Die Entwicklung eines Katalysators für die Ammoniaksynthese nach der Haber-Bosch-Methode erforderte zu Beginn des 20. Jahrhunderts mehr als 10.000 Experimente, bis sie erfolgreich war. Die Entwicklung neuer Materialien ist vom Design bis zur Kommerzialisierung ein zeitaufwändiger und kostspieliger Prozess.
Allerdings arbeiten Forscher in den letzten Jahren daran, die Entwicklungszeit durch den Einsatz künstlicher Intelligenz (KI) zu verkürzen. In Kombination mit Robotern ist es möglich, 24 Stunden am Tag und 365 Tage im Jahr Materialentwicklungsforschung ohne menschliches Eingreifen durchzuführen.
Dr. Sang Soo, Han und Dr. Donghun, Kim vom Computational Science Research Center und Professor Kwan-Young Lee vom Department of Chemical Engineering and Biotechnology der Korea University haben eine maßgeschneiderte Syntheseplattform für Nanomaterialien mithilfe von KI und Robotik namens Smart entwickelt Labor.
Die Forschung ist veröffentlicht im Tagebuch Fortschrittliche Funktionsmaterialien.
Das gemeinsame Forschungsteam des Korea Institute of Science and Technology (KIST) und der Korea University entwickelte zunächst ein automatisiertes Gerät, das Nanopartikel auf Basis eines Roboterarms synthetisiert und die optischen Eigenschaften der synthetisierten Nanopartikel misst. Durch die Kombination von KI-Technologie wurde ein intelligentes Labor für die maßgeschneiderte Synthese von Nanomaterialien entwickelt, mit dem Forscher einfach durch Eingabe der gewünschten Materialeigenschaften Nanomaterialien synthetisieren können, die ihren Anforderungen entsprechen.
Die auf der Smart Lab-Plattform angewandte KI-Technologie kombiniert eine Bayes’sche Optimierungsmethode mit der Early-Stopp-Technologie, um die Effizienz der Materialentdeckung im Vergleich zu einfachen automatisierten Geräten um mehr als das 500-fache zu steigern.
Es ist oft schwierig, bei Menschenversuchen reproduzierbare Ergebnisse zu erhalten, da die Ergebnisse sehr stark von der Forschungsumgebung und der Leistungsfähigkeit der Forscher abhängen. Das entwickelte Smart Lab hat jedoch den Vorteil, konsistente, qualitativ hochwertige Daten in großen Mengen zu produzieren.
Die Forscher entwickelten außerdem eine KI-Technologie, um die Sicherheit von Smart Labs zu gewährleisten. Obwohl für Forscher in unbemannten Smart Labs keine Verletzungsgefahr besteht, ist es schwierig, Sicherheitsunfälle wie Fehlfunktionen aufgrund einer Überlastung des Roboters zu verhindern.
Um solche Sicherheitsunfälle bereits im Vorfeld zu erkennen und zu verhindern, haben die Forscher eine KI-Vision-Technologie (DenseSSD) entwickelt und im Smart Lab installiert. DenseSSD erkennt verschiedene Objekte im Labor, einschließlich Forschungsgeräten und -materialien, und benachrichtigt Benutzer über etwaige Auffälligkeiten, damit sie entsprechende Maßnahmen ergreifen können.
„Die Smart-Lab-Plattform, die die Materialentwicklung ohne menschliches Eingreifen ermöglicht, wird ein neues Forschungs- und Entwicklungsparadigma sein, das das Problem des altersbedingten Rückgangs der Forschungskräfte lösen kann“, sagte Dr. Sang Soo, Han von KIST.
„Wir planen, in Zukunft interaktive Sprachmodelle wie ChatGPT zu integrieren, um Laien die Nutzung des Smart Labs zu erleichtern“, sagte Dr. Donghun, Kim. Das Forschungsteam plant, die Smart Lab-Plattform auf verschiedene Materialbereiche wie Katalysatoren, Batterien und Displays auszudehnen.
Mehr Informationen:
Hyuk Jun Yoo et al., Maßgeschneiderte Metall-Nanopartikel-Synthese bei Raumtemperatur und Entdeckung chemischer Erkenntnisse über das Nanopartikel-Wachstum durch autonome Experimente, Fortschrittliche Funktionsmaterialien (2024). DOI: 10.1002/adfm.202312561