Dnešní laboratoře už bádají samy. Autonomní laboratoř řízená AI objevila během pouhých 12 hodin jasněji zářící, a přitom bezolovnaté nanomateriály. Mohly by najít využití ve fotodetektorech i při výrobě paliv pomocí sluneční energie. Systém přitom dokáže hledat nejlepší receptury a současně také vysvětlovat, proč fungují, a následně podle nich materiály vyrábět.
Experimentální uspořádání: injekční čerpadla (žlutá), mikromixér na míru (bílá), T-kus (šedá), vyhřívaný průtokový reaktor (oranžová), regulátor teploty reaktoru (červená), průtokové cely (modrá), světelné zdroje včetně UV-VIS a LED (fialová), spektrometry (zelená) © UNC
Vědci Státní univerzity Severní Karolíny (UNC — University of North Carolina) vyvinuli systém PoLARIS, který hledá optimální podmínky pro přípravu perovskitů. Jde o materiály, jejichž složení lze upravovat tak, aby se měnily jejich optické vlastnosti. Vědci se zaměřili na nanodestičky, tedy krystaly tenké pouhé miliardtiny metru, které účinně vyzařují ultrafialové a viditelné světlo (UV-Vis) a neobsahují olovo ani další těžké kovy.
Vývoj takových materiálů obvykle trvá roky. Je totiž nutné vyzkoušet mnoho kombinací výchozích látek, jejich poměrů, teplot a reakčních podmínek. PoLARIS tento proces výrazně zrychluje. Automaticky připravuje vzorky, analyzuje jejich optické vlastnosti a výsledky předává ke zpracování umělé inteligenci.
Konkrétně během jediné 12hodinové kampaně PoLARIS provedl 120 experimentů, zlepšil jasnost připravovaných materiálů a vystopoval nejvhodnější recepturu. Podle vedoucího výzkumu Milada Abolhasaniho se PoLARIS se učí z každého experimentu a vytváří mapu vztahů mezi chemickým složením, teplotou a vlastnostmi výsledného materiálu.
Vědcům tento systém pomáhá nalézt lepší řešení, pochopit, proč funguje, a omezit spotřebu výchozích látek. Podobné samořídící laboratoře by mohly urychlit vývoj materiálů pro budoucí energetiku, elektroniku a udržitelné technologie.
Výzkumníci dodávají, že PoLARIS je škálovatelný — nejenže dokáže objevit dvojité perovskitové nanodestičky, které jsou nejlepší ve své třídě, ale také může přepínat režimy pro kontinuální výrobu optimalizovaného materiálu, který nás zajímá.
Schematické znázornění frameworku PoLARI S: zrychlené fundamentální a aplikované studie HDP NPL s velkým parametrickým prostorem (červené hvězdičky představují kombinace různých parametrů) za použití mikrofluidní SDL (a), v souladu s vědeckým cílem je navržen přizpůsobený pracovní postup s uzavřenou smyčkou, který se skládá ze čtyř vzájemně propojených fází: mikrofluidní syntéza, charakterizace in situ a zpracování dat v reálném čase, trénování modelu a výběr experimentu, přičemž všechna surová a zpracovaná data jsou uložena v cloudové databázi (b), PoLARI S autonomně odhaluje optimální podmínky syntézy a vývoj nejlepšího výkonu v průběhu iterací (c) © UNC
Schematické znázornění vyvinuté mikrofluidní platformy (tj. hardwaru PoLARI S) pro syntézu HDP NPL na základě dat (a), pracovní postup mikrofluidní platformy integruje injekční pumpy pro podávání prekurzorů, sedmicestný spoj pro míchání, T-spoj pro generování kapiček, spirálový reaktor na bázi hliníku s PID řízeným ohřevem a průtokovou celou připojenou ke zdroji světla a spektrometru pro optickou charakterizaci in situ (b), studie reprodukovatelnosti (c) a stability vyvinuté mikrofluidní platformy založené na integrované oblasti PL (d); zdrojová data jsou poskytována jako soubor © UNC