ПОДПИСИ: Янтарная роза
Исследователи из Аргоннского университета используют Polybot, автоматизированную лабораторию материалов на основе искусственного интеллекта, для производства тонких электронных полимерных пленок с высокой проводимостью и низким содержанием дефектов.
Пластик, который проводит электричество, может показаться невозможным. Но существует особый класс материалов, известный как «электронные полимеры», который сочетает в себе гибкость пластика с функциональностью металла. Этот тип материала открывает двери для прорыва в области носимых устройств, печатной электроники и передовых систем хранения энергии.
Тем не менее, изготовление тонких пленок из электронных полимеров всегда было сложной задачей. Для достижения правильного баланса физических и электронных свойств требуется много тонкой настройки. Исследователи из Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США (DOE) создали инновационное решение этой проблемы с помощью искусственного интеллекта (ИИ).
«Мы создаем метод, который показывает, как искусственный интеллект и автоматизация могут преобразовать химическую инженерию и материаловедение», — Цзе Сюй, ученый из Аргоннского университета.
Они использовали автоматизированную лабораторию материалов на основе искусственного интеллекта, инструмент под названием Polybot, чтобы изучить методы обработки и производства высококачественных пленок. Polybot расположен в Центре наноразмерных материалов, пользовательском объекте Управления науки Министерства энергетики США в Аргонне.
Polybot — это новейший метод автономного обнаружения, общий подход, который сочетает в себе робототехнику с возможностями искусственного интеллекта для ускорения открытий и инноваций.
«Polybot работает самостоятельно, с роботом, проводящим эксперименты на основе решений, основанных на искусственном интеллекте», — сказал Цзе Сюй, ученый из Аргоннского университета.«Мы создаем метод, который показывает, как искусственный интеллект и автоматизация могут преобразовать химическую инженерию и материаловедение».
Исследователи использовали Polybot для решения ключевых задач в области электронной обработки полимеров. Например, на конечные свойства этих материалов влияет сложная история производства. В процессе изготовления существует почти миллион возможных комбинаций, которые могут повлиять на конечные свойства пленок — слишком много возможностей для тестирования человеком.
«Мы столкнулись с ограниченными ресурсами и мало знали об обширных возможностях обработки», — сказал Генри Чан, ученый по вычислительному материаловедению в Аргонне.«Используя исследования и статистические методы на основе искусственного интеллекта, Polybot эффективно собрал надежные данные, что помогло нам найти условия обработки тонких пленок, которые соответствовали нескольким материальным целям».
Polybot помог исследователям одновременно оптимизировать два ключевых свойства: проводимость и дефекты покрытия. Улучшение проводимости и уменьшение количества дефектов делает устройства более надежными и повышает электрические характеристики.
Эта полностью автоматизированная платформа оптимизирует этапы разработки рецептуры, нанесения покрытия и постобработки, позволяя быстро экспериментировать и собирать данные. В результате команде удалось создать тонкие пленки со средней проводимостью, сопоставимой с самыми высокими стандартами, достижимыми в настоящее время. Они же разрабатывали «рецепты» для масштабного производства этих фильмов.
Кроме того, одним из ключевых достижений этого проекта, по словам ученого-исследователя из Аргоннского университета Айкатерини Вриза, является использование передовых компьютерных программ, способных обрабатывать и анализировать изображения.
«Эти программы не только помогли нам проводить эксперименты и создавать фильмы, но и позволили нам делать снимки и оценивать качество фильмов», — сказал Вриза.«Эта информация имела решающее значение для наших усилий по производству высококачественных пленок с высокой проводимостью».
Помимо создания фильмов, исследователи собрали ценные данные, которыми планируют поделиться с научным сообществом через базу данных. Это значительно повышает ценность их работы.
«Данные имеют решающее значение», — сказал Вриза.«Мы поддерживаем исследования по открытым источникам, и, делясь этими данными, мы надеемся мотивировать сообщество вносить свой вклад, тестировать и улучшать нашу методологию».
Влияние этой работы выходит за рамки простого изготовления электронных полимеров в лаборатории. Он также устанавливает важные руководящие принципы для крупномасштабного производства. Рецепты и инструкции из этого исследования содержат практические советы для ученых и производителей, которые хотят изучить потенциал электронных полимеров в различных приложениях.
«Этот проект — только начало», — сказал Сюй.«Мы показали, что наш подход работает. Далее мы хотим углубиться в использование искусственного интеллекта и автоматизированных процессов для решения более реальных задач и помощи в открытии новых материалов».
В этом исследовании использовались Исследовательский центр материаловедения в Аргонне для поддержки электронной печати и Национальный источник синхротронного излучения II в Брукхейвенской национальной лаборатории Министерства энергетики США для широкоугольного рентгеновского рассеянияктеризация.
В этой работе также приняли участие Чэнши Ван, Йон-Джу Ким, Рохит Батра, Арун Баскаран, Пьер Дарансе, Логан Уорд, Юзи Лю, Мария К.Й. Чан, Х. Кристофер Фрай и Кристина С. Миллер из Аргонна; Найсонг Шань и Нань Ли из Чикагского университета; и Субраманиан К.Р.С. Санкаранараянан из Аргонна и Университета Иллинойса, Чикаго.
Результаты этого исследования были опубликованы в журнале Nature Communications. Исследование финансировалось Управлением фундаментальных энергетических наук Министерства энергетики США, Программой лабораторных исследований и разработок в Аргонне и Чикагским университетом.
Центр наноразмерных материалов является одним из пяти наноразмерных научно-исследовательских центров Министерства энергетики США, ведущих национальных пользовательских объектов для междисциплинарных исследований в наномасштабе, поддерживаемых Управлением науки Министерства энергетики США. Вместе NSRC представляют собой набор взаимодополняющих объектов, которые предоставляют исследователям самые современные возможности для изготовления, обработки, определения характеристик и моделирования наноразмерных материалов, а также представляют собой крупнейшую инфраструктурную инвестицию в рамках Национальной нанотехнологической инициативы. NSRC расположены в Аргоннской, Брукхейвенской, Лоуренс-Беркли, Оук-Ридж, Сандийской и Лос-Аламосской национальных лабораториях Министерства энергетики США. Для получения дополнительной информации о NSRC Министерства энергетики США, пожалуйста, посетите https://science.osti.gov/User-Facilities/User-Facilities-at-a-Glance.
ЛУЧШИЙ 
Cтратегический карточный симулятор 