Laboratório automatizado acelera o desenvolvimento de materiais
Nova plataforma de investigação estuda, de forma autónoma, materiais para a energia fotovoltaica de camada fina e outras aplicações optoeletrónicas
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Analisar, avaliar e desenvolver de forma específica milhares de variantes de materiais – é isso que permite a nova Energy Materials Acceleration Platform (E-MAP) do Instituto de Tecnologia de Karlsruhe (KIT). Esta plataforma combina experiências automatizadas com uma caracterização precisa dos materiais, criando assim as bases para um desenvolvimento acelerado de materiais energéticos.
Para novos materiais funcionais, é frequentemente necessário testar inúmeras combinações de materiais. As experiências convencionais atingem rapidamente os seus limites quando é necessário comparar muitas variantes entre si. Por isso, a nova Energy Materials Acceleration Platform (E-MAP) do KIT automatiza etapas-chave do trabalho em laboratório. «Os sistemas robóticos assumem, entre outras coisas, a preparação de materiais, o manuseamento de amostras, a deposição de camadas finas e a respetiva caracterização», afirma o Dr. Holger Röhm, do Instituto de Tecnologia da Luz (LTI) do KIT, cuja equipa de investigação criou a plataforma. «Isto permite realizar experiências com elevada precisão e reprodutibilidade. Com a E-MAP, podemos identificar mais rapidamente quais as composições de materiais e condições de fabrico que se revelam particularmente promissoras para uma determinada aplicação.»
Estrutura modular e expansível de forma flexível
A E-MAP está integrada num sistema fechado. Isto permite processar até mesmo materiais sensíveis em condições controladas. A plataforma produz camadas finas a partir de matérias-primas em solução. Um sistema microfluídico permite a produção e formulação automatizadas de tintas semicondutoras. Os investigadores vão complementando continuamente a instalação com novos métodos de caracterização de camadas finas. «Uma vantagem essencial da E-MAP é a sua estrutura modular», afirma o professor Alexander Colsmann, do LTI do KIT. «Podemos integrar novas experiências e métodos de caracterização, adaptando assim a plataforma a diferentes questões científicas. Também os parceiros de cooperação do meio académico e da indústria podem contribuir com os seus próprios métodos e equipamentos.»
De experiências automatizadas ao desenvolvimento de materiais apoiado pela IA
A automatização gera grandes quantidades de dados experimentais. No futuro, os investigadores pretendem analisar esses dados com métodos de Inteligência Artificial. Desta forma, é possível identificar combinações de materiais promissoras já em simulações virtuais e controlar processos de triagem autónomos ou semi-autónomos. Para tal, integram várias plataformas de investigação automatizadas. «Quando a síntese, o processamento, a caracterização e a análise de dados são interligados, surge um processo de investigação no qual podemos planear e realizar experiências cada vez mais orientadas por dados», afirma Röhm.
Sobre a E-MAP
A Energy Materials Acceleration Platform (E-MAP) é um Self-Driving Lab (SDL), ou seja, uma plataforma de investigação que funciona de forma amplamente autónoma. Estes SDLs constituem uma componente central da Agenda Alemã de Alta Tecnologia. A construção da E-MAP teve início em 2023. Até ao momento, o KIT disponibilizou cerca de 600 000 euros para o equipamento técnico da plataforma. A Fundação Carl Zeiss apoiou o desenvolvimento nos últimos anos no âmbito do projeto de investigação KeraSolar. A E-MAP está integrada na futura Helmholtz Acceleration Alliance (HELMA), que visa interligar plataformas de investigação autónomas nas ciências dos materiais e das ciências da vida, abrangendo vários Centros Helmholtz.
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