大がかりな実験はロボットサイエンティストに任せて

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 (Experiment too big? Hire a mobile robot scientist)

2020/7/8 リバプール大学

・ リバプール大学が、長時間継続して実験作業を遂行するインテリジェントなロボットサイエンティストを開発。

・ 高さ1.75m、重さ400kgの同ロボットは、標準的な研究室で人間の研究者の器具を用いて化学的な実験を独自の判断で実施。1日21.5時間作業を続け、充電時のみ停止する。

・ 膨大な未知の化学分野を探求し、クリーンエネルギーを生産する材料や新薬の開発等、現在の技術では達成できない大規模で複雑な問題に対処する可能性が期待できる。

・ これまでも化学分野の研究でロボットが使用されているが、対象作業が特定の実験に限られていた。人間のような体格の同ロボットサイエンティストは、ビジョンは使わずレーザースキャニングとタッチフィードバックにより位置決めし、実験室内を移動しながら固形物の計量、液体の配分や触媒反応等、実験に必要な様々なタスクを遂行する。

・ 今回は192時間(8日間)のうちの172時間において688件の実験を実施。これには、319種類の挙動、6,500回の操作と2.17kmの距離の移動が含まれる。

・ 同ロボットの中枢のアルゴリズムが、10個のパラメータからなる9千8百万件を超える実験条件を探索し、前実験結果に基づき次の実施に最適な実験を決定する。これにより、研究チームのガイダンス無しで6倍の活性の触媒を発見した。

・ 機器よりも研究者の自動化を狙った今回の研究は、人間による作業方法と対処する問題の両方に変革をもたらす柔軟性を生み出すもの。ロボットが特殊能力を備えた新しい研究者の一員として働くことで、人間の研究者による創造的思案のための時間を提供する。

・ 本研究には、Leverhulme Trustおよび工学・物理科学研究評議会(EPSRC)が資金を提供した。

URL: https://news.liverpool.ac.uk/2020/07/08/experiment-too-big-hire-a-mobile-robotscientist/

<NEDO海外技術情報より>

(関連情報)

Nature 掲載論文(アブストラクトのみ:全文は有料)

A mobile robotic chemist

URL: https://www.nature.com/articles/s41586-020-2442-2

Abstract

Technologies such as batteries, biomaterials and heterogeneous catalysts have functions that are defined by mixtures of molecular and mesoscale components. As yet, this multi-length-scale complexity cannot be fully captured by atomistic simulations, and the design of such materials from first principles is still rare1,2,3,4,5. Likewise, experimental complexity scales exponentially with the number of variables, restricting most searches to narrow areas of materials space. Robots can assist in experimental searches6,7,8,9,10,11,12,13,14 but their widespread adoption in materials research is challenging because of the diversity of sample types, operations, instruments and measurements required. Here we use a mobile robot to search for improved photocatalysts for hydrogen production from water15. The robot operated autonomously over eight days, performing 688 experiments within a ten-variable experimental space, driven by a batched Bayesian search algorithm16,17,18. This autonomous search identified photocatalyst mixtures that were six times more active than the initial formulations, selecting beneficial components and deselecting negative ones. Our strategy uses a dexterous19,20 free-roaming robot21,22,23,24, automating the researcher rather than the instruments. This modular approach could be deployed in conventional laboratories for a range of research problems beyond photocatalysis.

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