新素材特性を高速測定するロボットプローブ開発(Robotic probe quickly measures key properties of new materials)

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2025-07-04 マサチューセッツ工科大学 (MIT)

MITの研究グループは、半導体材料の光電導度(photoconductance)を測定する完全自律型ロボット探針システムを開発しました。探針は材料の表面に接触し、光がもたらす電気応答を計測。画像解析に基づく機械学習モデルが、試料上の最適な接触点を推定し、効率的なパスプランニングで探針を高速に移動させます。24時間自律稼動実験では、1時間あたり125回以上、合計で約3,000回の個別測定を実施し、既存のAI法より精度とショット数で優れた結果を達成しました。これにより、太陽電池向け高効率な新素材の探索が加速すると期待されます。システムは、化学・材料科学の専門知識をロボットに取り込むことで、接触型計測の高速化と信頼性向上を実現しており、将来的には自動材料ラボ全体への展開も視野に入れられています。

<関連情報>

半導体特性の自律的接触ベースの空間マッピングのための自己教師ロボットシステム A self-supervised robotic system for autonomous contact-based spatial mapping of semiconductor properties

Alexander E. Siemenn, Basita Das, Kangyu Ji, Fang Sheng, and Tonio Buonassisi
Science Advances  Published:4 Jul 2025
DOI:https://doi.org/10.1126/sciadv.adw7071

新素材特性を高速測定するロボットプローブ開発(Robotic probe quickly measures key properties of new materials)

Abstract

Integrating robotically driven contact-based material characterization techniques into self-driving laboratories can enhance measurement quality, reliability, and throughput. While deep learning models support robust autonomy, current methods lack reliable pixel-precision positioning and require extensive labeled data. To overcome these challenges, we propose an approach for building self-supervised autonomy into contact-based robotic systems that teach the robot to follow domain expert measurement principles at high throughputs. We demonstrate the performance of this approach by autonomously driving a 4-DOF robotic probe for 24 hours to characterize semiconductor photoconductivity at 3025 uniquely predicted poses across a gradient of drop-casted perovskite film compositions, achieving throughputs of more than 125 measurements per hour. Spatially mapping photoconductivity onto each drop-casted film reveals compositional trends and regions of inhomogeneity, valuable for identifying manufacturing defects. With this self-supervised neural network–driven robotic system, we enable high-precision and reliable automation of contact-based characterization techniques at high throughputs, thereby allowing measurement of previously inaccessible yet important semiconductor properties for self-driving laboratories.

0403電子応用
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