Rainbow: многороботная лаборатория, которая ускоряет открытие квантовых точек

Исследователи из Университета Северной Каролины представили Rainbow — первую в своем роде многороботную самоуправляемую лабораторию, которая автономно открывает высокопроизводительные квантовые точки. Эти полупроводниковые наночастицы критически важны для дисплеев следующего поколения, солнечных элементов, светодиодов и квантовых технологий.

Сочетая передовую робототехнику с искусственным интеллектом, Rainbow может проводить и анализировать до 1000 экспериментов в день без вмешательства человека, значительно ускоряя темпы открытия новых материалов. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.

Rainbow объединяет нескольких роботов, работающих согласованно для автономного исследования и оптимизации сложных химических процессов с необычайной эффективностью

— говорит Милад Аболхасани, автор работы и профессор химической и биомолекулярной инженерии в NC State.

Роботы Rainbow автоматически готовят химические прекурсоры, смешивают их и проводят множественные реакции параллельно с использованием миниатюрных реакторов — до 96 реакций одновременно. Система затем автоматически передает все продукты реакции роботу для характеризации, который анализирует результаты. С начала до конца каждый шаг полностью автоматизирован и интеллектуально координируется.

Пользователи начинают работу с Rainbow, указывая целевое свойство материала — например, длину волны излучения или ширину запрещенной зоны. Также они задают системе «бюджет» экспериментов — сколько опытов следует провести до остановки.

После этого Rainbow самостоятельно проектирует, выполняет и анализирует каждый эксперимент, используя оптическую характеризацию в реальном времени и машинное обучение для определения следующих шагов в поиске идеального нанокристалла. Другими словами, система автономно определяет, какой рецепт синтеза квантовых точек наиболее эффективно преобразует входную энергию в желаемый выход.

Rainbow не спит; он работает круглосуточно, выполняя за дни то, что заняло бы у исследователей-людей годы. Но он создан не для замены ученых, а для расширения их возможностей за счет обработки утомительных, трудоемких частей открытия, чтобы они могли сосредоточиться на проектировании и инновациях

— отмечает Аболхасани.

После того как Rainbow идентифицирует лучший рецепт для производства желаемой квантовой точки, систему можно преобразовать из работы с небольшими исследовательскими реакторами в работу с крупномасштабными реакторами для производства.

Интересный факт: Квантовые точки, которые открывает Rainbow, уже используются в современных телевизорах с технологией QLED, обеспечивая более яркие и насыщенные цвета по сравнению с традиционными LCD-экранами.