Il laboratorio automatizzato accelera lo sviluppo dei materiali
Una nuova piattaforma di ricerca studia in modo autonomo i materiali per il fotovoltaico a film sottile e altre applicazioni optoelettroniche
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Analizzare sistematicamente, valutare e sviluppare in modo mirato migliaia di varianti di materiali: è ciò che rende possibile la nuova Energy Materials Acceleration Platform (E-MAP) presso l’Istituto di Tecnologia di Karlsruhe (KIT). Essa combina esperimenti automatizzati con una caratterizzazione precisa dei materiali, gettando così le basi per uno sviluppo accelerato dei materiali energetici.
Per i nuovi materiali funzionali è spesso necessario testare numerose combinazioni di materiali. Gli esperimenti tradizionali raggiungono rapidamente i propri limiti quando si devono confrontare tra loro molte varianti. La nuova Energy Materials Acceleration Platform (E-MAP) del KIT automatizza quindi le fasi di lavoro fondamentali in laboratorio. «I sistemi robotici si occupano, tra l’altro, della preparazione dei materiali, della manipolazione dei campioni, della deposizione di film sottili e della loro caratterizzazione», afferma il dott. Holger Röhm dell’Istituto di Tecnica della Luce (LTI) del KIT, il cui team di ricerca ha realizzato la piattaforma. «Ciò consente di condurre esperimenti con elevata precisione e riproducibilità. Grazie all’E-MAP possiamo individuare più rapidamente quali composizioni dei materiali e quali condizioni di produzione siano particolarmente promettenti per una determinata applicazione».
Struttura modulare e espandibile in modo flessibile
L’E-MAP è integrata in un sistema chiuso. Ciò consente di lavorare anche materiali sensibili in condizioni controllate. La piattaforma produce film sottili a partire da materiali di base in soluzione. Un sistema microfluidico permette la produzione e la formulazione automatizzate di inchiostri semiconduttori. I ricercatori integrano continuamente nell’impianto ulteriori metodi per la caratterizzazione dei film sottili. «Un vantaggio fondamentale dell’E-MAP è la sua struttura modulare», afferma il professor Alexander Colsmann dell’LTI del KIT. «Possiamo integrare nuovi esperimenti e metodi di caratterizzazione, adattando così la piattaforma a diverse problematiche scientifiche. Anche i partner di cooperazione del mondo accademico e industriale possono contribuire con i propri metodi e apparecchiature».
Dagli esperimenti automatizzati allo sviluppo di materiali supportato dall’intelligenza artificiale
L’automazione genera grandi quantità di dati sperimentali. In futuro, i ricercatori intendono analizzarli utilizzando metodi di intelligenza artificiale. In questo modo è possibile identificare combinazioni di materiali promettenti già nelle simulazioni virtuali e controllare processi di screening autonomi o semi-autonomi. A tal fine, stanno integrando diverse piattaforme di ricerca automatizzate. «Quando sintesi, lavorazione, caratterizzazione e analisi dei dati vengono collegate tra loro, si crea un processo di ricerca in cui possiamo pianificare e condurre esperimenti in modo sempre più basato sui dati», afferma Röhm.
Informazioni su E-MAP
L’Energy Materials Acceleration Platform (E-MAP) è un Self-Driving Lab (SDL), ovvero una piattaforma di ricerca che opera in modo ampiamente autonomo. Tali SDL costituiscono una componente centrale dell’Agenda High-Tech tedesca. La realizzazione dell’E-MAP è iniziata nel 2023. Finora il KIT ha stanziato circa 600.000 euro per la dotazione tecnica della piattaforma. Negli ultimi anni la Fondazione Carl Zeiss ha sostenuto lo sviluppo nell’ambito del progetto di ricerca KeraSolar. L’E-MAP è integrata nella prevista Helmholtz Acceleration Alliance (HELMA), che ha lo scopo di mettere in rete piattaforme di ricerca autonome nel campo delle scienze dei materiali e delle scienze della vita tra diversi centri Helmholtz.
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