Autonomní laboratoř objevila kvantové tečky za pár hodin. Lidem by to trvalo roky

Pokud by materiálová laboratoř plná lidí hledala dopované perovskitové kvantové tečky pro pokročilé solární technologie, jejichž kvantový výtěžek by překonal dosavadní rekord, mohlo by to trvat klidně 10 let. Autonomní laboratoř Smart Dope to zvládne za několik hodin. Stačí jí říct, co má zjistit a jaké chemikálie má používat.

Jsme na úsvitu éry autonomních laboratoří? Kredit: Milad Abolhasani / North Carolina State University.

Kdyby se špičková laboratoř provozovaná lidmi zaměřila na vývoj nových kvantových teček pro elektronická a fotonická zařízení, pravděpodobně by jim to trvalo celé roky. Co kdyby to ale dělala autonomní chytrá laboratoř bez lidských zásahů? Odborníci americké North Carolina State University a dalších institucí takovou laboratoř postavili. Ukázalo se, že zmíněné zadání vyřeší za pár hodin.

Milad Abolhasani z North Carolina State University jeho kolegové postavili systém Smart Dope, jehož účelem je řešit chronický problém materiálové vědy – dopování perovskitových kvantových teček. Kvantové tečky jsou polovodičové nanokrystaly se zajímavými optickými a elektronickými vlastnostmi. Pokud jsou dopované, čili obohacené dalšími látkami, může to zajímavým způsobem měnit jejich vlastnosti.

Milad Abolhasani. Kredit: North Carolina State University.

Perovskitové kvantové tečky jsou už delší doby v hledáčku materiálových odborníků. Slibují si od nich novou generaci fotovoltaických a dalších fotonických a optoelektronických zařízení. Jak uvádí Abolhasani, mohou být například využity pro vylepšení účinnosti solárních článků, protože mohou absorbovat UV záření v širším rozsahu než samotný solární článek.

Perovskitové kvantové tečky jsou nepochybně velmi slibné. Jde o to najít jejich vhodné složení a vhodné postupy pro jejich syntézu, aby vznikly co nejkvalitnější kvantové tečky pro daný účel. Zní to jednoduše. Podle Abolhasaniho by ale v laboratoři s lidským týmem takový výzkum trval klidně 10 let. Proto s kolegy vyvinuli autonomní laboratoř, která to zvládne mnohem rychleji.

Autonomní laboratoř Smart Dope. Kredit: Bateni et al. (2023), Advanced Energy Materials.

Laboratoř Smart Dope pracuje sama. Operátor ji pouze sdělí, jaké má používat výchozí látky a čeho má dosáhnout. V tomto případě měla laboratoř za úkol nalézt dopované perovskitové kvantové tečky s co největším kvantovým výtěžkem, čili takové, které vyzáří co nejvíc fotonů (infra nebo viditelného světla) k počtu absorbovaných fotonů (UV záření).

Smart Dope se hned pustila do práce. Používala reaktor s kontinuálním průtokem, v němž velmi rychle probíhala syntéza kvantových teček z extrémně malých množství chemických látek. Tyto látky protékaly systémem a přitom spolu reagovaly. Laboratoř během těchto experimentů měnila různé parametry v experimentu a současně měřila vlastnosti vyrobených kvantových teček, které opouštěly zmíněný reaktor.

Laboratoř samozřejmě využívá umělou inteligenci, která je schopná se učit, proniká do procesu syntézy dopovaných kvantových teček a navrhuje nastavení i průběh experimentů. Výsledkem toho všeho bylo, že Smart Dope během několika hodin našla recept na dopované perovskitové kvantové tečky, které zvýšily dosavadní rekord kvantového výtěžku v této kategorii ze 130 na 158 procent. Lidští zaměstnanci laboratoří by tento vývoj měli pozorně sledovat.

Video: Self-Driving Lab: Autonomous Development of Energy Materials