自律型実験システムが自ら材料を成長させることを学習(Fully automated lab system learns to grow materials on its own)

2025-11-26 シカゴ大学(UChicago)

シカゴ大学の研究チームは、材料を“自律的に学習しながら成長させる”完全自動化ラボシステム MAMA(Motomaterials Acceleration and Machine-learning Autonomy) を開発した。MAMA はロボットアームと計測装置、機械学習アルゴリズムを統合し、300回以上の実験を繰り返しながら、液体中の分子集合体を条件に応じて最適な形状へ誘導する方法を自動で学習する。研究対象となったのは、生物の細胞構造や膜に見られる「ラメラ構造」で、MAMA は温度や化学組成を変えながら最適条件を探索し、従来の人手による試行錯誤より大幅に高速に成長プロセスを最適化した。本技術は材料科学の自動化を加速させ、自己組織化材料、ソフトマター、生体模倣材料などの開発に新しい道を開くと期待される。

自律型実験システムが自ら材料を成長させることを学習(Fully automated lab system learns to grow materials on its own)
The “self-driving” lab system. Photo by John Zich

<関連情報>

サンプル固有の決定を即座に行う自動運転物理蒸着システム A self-driving physical vapor deposition system making sample-specific decisions on the fly

Yuanlong Bill Zheng,Connor Blake,Layla Mravac,Fengxue Zhang,Yuxin Chen & Shuolong Yang
npj Computational Materials  Published:05 November 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41524-025-01805-0

Abstract

We present an autonomous physical vapor deposition system that integrates hardware automation, in-situ optical spectroscopy, and Bayesian machine learning into a complete self-driving laboratory framework making decisions on the fly. Using silver thin films as a model material, our platform efficiently navigates a complex parameter space through active learning. By introducing a thin physical layer denoted as calibration layer, the machine learning models adapt to sample-specific conditions on the fly and reliably predict the deposition conditions to achieve user-specified optical properties. Moreover, from the high-throughput experimental data, the algorithm systematically captures the complex parameter-property relationships that are challenging to deduce by conventional trial-and-error methods. This study demonstrates the potential of self-driving laboratories for both reducing human labor and gaining new understanding of materials, providing a streamlined approach to enable self-driving physical vapor deposition systems.

0500化学一般
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