Autonomiczne laboratorium PoLARIS - 12 godzin zamiast lat poszukiwań nanomateriałów
Tradycyjne poszukiwanie nowych nanomateriałów optycznych przypomina szukanie igły w stogu siana. Inżynieria materiałowa przez dekady opierała się na metodzie prób i błędów, co w przypadku złożonych struktur, takich jak perowskity, oznaczało lata żmudnych badań laboratoryjnych. Największym wyzwaniem w tej dziedzinie pozostaje wyeliminowanie toksycznego ołowiu przy zachowaniu wysokiej wydajności emisji światła. Liczba możliwych kombinacji składników chemicznych, temperatur i czasów reakcji jest tak ogromna, że ludzkie zespoły badawcze są w stanie sprawdzić jedynie ułamek potencjalnych receptur.
Zespół naukowców z North Carolina State University oraz Brown University pod kierunkiem prof. Milada Abolhasaniego opracował autonomiczne laboratorium PoLARIS (Perovskite Laboratory for Autonomous Reaction Inference and Synthesis), które drastycznie przyspiesza ten proces. System wykorzystuje zaawansowaną architekturę mikrofluidyczną, w której reakcje chemiczne zachodzą wewnątrz mikroskopijnych kropel cieczy przemieszczających się w ciągłym przepływie. Każda taka kropla służy jako miniaturowe naczynie reakcyjne. Kluczowym elementem jest algorytm sztucznej inteligencji działający w pętli zamkniętej. AI wybiera parametry kolejnego eksperymentu na podstawie wyników poprzedniego, analizowanych w czasie rzeczywistym przez wbudowane spektrometry.
Podczas jednej, zaledwie 12-godzinnej kampanii badawczej, system PoLARIS przeprowadził 120 odrębnych eksperymentów, przeszukując przestrzeń miliardów teoretycznych kombinacji. W tym krótkim czasie robot zidentyfikował optymalną recepturę na bezołowiowe nanopłytki z tzw. podwójnych perowskitów. Są to arkuszowate nanokryształy o grubości zaledwie kilku miliardowych części metra, składające się z nanocząstek zawierających nawet sześć różnych pierwiastków. Dzięki precyzyjnej kontroli temperatury i stężeń prekursorów, system uzyskał materiały o najwyższej w swojej klasie jasności fotoluminescencji.
Jak podkreśla prof. Abolhasani, PoLARIS pełni rolę „naukowej mapy GPS”, budując w trakcie pracy model zależności między chemią a wydajnością końcową materiału. Pozwala to badaczom zrozumieć mechanizmy reakcji, a nie tylko otrzymać gotowy produkt. Wyniki prac, opublikowane w czasopiśmie „Nature Communications”, wskazują na szerokie zastosowania nowo odkrytych substancji. Nanomateriały te nadają się do produkcji bezpieczniejszych dla środowiska diod LED, wyświetlaczy nowej generacji oraz fotodetektorów. Technologia ta może również przyspieszyć rozwój systemów wytwarzania paliw z energii słonecznej. Modułowa budowa laboratorium pozwala na płynne przejście z fazy poszukiwań do ciągłego wytwarzania zoptymalizowanego materiału, co stanowi istotny krok w stronę całkowicie autonomicznej inżynierii materiałowej.
Źródło: https://phys.org/news/2026-05-ai-powered-lab-brighter-free.html
