Một nhóm nghiên cứu do Yan Zeng, nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Berkeley (Phòng thí nghiệm Berkeley) của Bộ Năng lượng Mỹ dẫn đầu đã xây dựng một phòng thí nghiệm nghiên cứu vật liệu mới. Tại phòng thí nghiệm này robot thực hiện công việc và Trí tuệ Nhân tạo (AI) sẽ đưa ra những quyết định trong quá trình thử nghiệm. Quá trình tự động hóa cho phép hoạt động được tiến hành suốt ngày đêm, đẩy nhanh tốc độ nghiên cứu.

 

Những cơ sở nghiên cứu và thiết bị đo đạc đã vượt qua một chặng đường dài trong nhiều thập kỷ, nhưng bản chất của các nghiên cứu vẫn không thay đổi. Trung tâm của mỗi thí nghiệm là nhà khoa học thực hiện các phép đo đạc, nắm bắt và hiểu rõ ý nghĩa của dữ liệu, quyết định những bước thực nghiệm tiếp theo sẽ được thực hiện. Trong cơ sở A-Lab, được thành lập tại Berkeley, các nhà khoa học do Yan Zeng dẫn đầu đặt mục tiêu phá vỡ tốc độ nghiên cứu hiện nay bằng phương thức sử dụng robot và AI.

A-Lab là gì?

A-Lab là một không gian rộng 600 bộ vuông (183 m2), được trang bị 3 cánh tay robot và 8 lò nung. Công việc xây dựng ý tưởng bắt đầu vào năm 2020 với nguồn tài trợ từ Bộ Năng lượng Mỹ, quá trình xây dựng bắt đầu vào năm 2022 và hoàn thành sau hơn một năm.

Nhiệm vụ trọng tâm của A-Lab là tổng hợp các vật liệu mới, có thể được sử dụng để chế tạo những loại sản phẩm tiên tiến như pin mặt trời, pin nhiên liệu và điện nhiệt (sản xuất năng lượng từ sự chênh lệch về nhiệt độ) và những công nghệ tiên tiến khác trong lĩnh vực năng lượng sạch.

Các nhà khoa học của Berkeley đã sử dụng những phương pháp tính toán để dự đoán những vật liệu mới trong nhiều thập kỷ, nhưng quá trình thử nghiệm vật liệu luôn là một nút cổ chai lớn vì đây là một hoạt động chậm chạp. Tại A-Lab, quy trình tính toán và thử nghiệm có thể được tăng tốc gấp 100 lần so với làm việc thủ công.

Một cánh tay robot đang làm việc trong A-Lab Phòng thí nghiệm Berkeley

Để thực hiện quy trình phát triển vật liệu mới, các nhà khoa học hoặc AI chọn một vật liệu mục tiêu để tổng hợp và một cánh tay robot bắt đầu thực hiện cân và trộn những thành phần nguyên liệu khác nhau, được tính toán là cần thiết để tạo ra vật liệu mới. Nguyên liệu có thể là các kim loại khác nhau hoặc các oxit kim loại, được cung cấp ở dạng bột và trộn trong dung môi để phân phối đồng đều rồi chuyển đến lò nung.

Hỗn hợp nguyên vật liệu được đưa vào một nồi nấu kim loại, được robot gửi đến một lò nung, nơi hỗn hợp có thể được nung nóng đến 2.200 độ F (1.200 độ C) đồng thời có thể được bơm các loại khí theo yêu cầu. AI kiểm soát toàn bộ quá trình thực nghiệm, tự động thiết lập các thành phần và điều kiện phản ứng để đạt được kết quả mong muốn theo các tính toán mô phỏng.

Một cánh tay robot khác sẽ thu hồi vật liệu mới từ nồi nấu kim loại và di chuyển mẫu thu được lên một tấm kính, vật liệu được phân tích dưới máy đo nhiễu xạ tia X và kính hiển vi điện tử. Kết quả được chuyển tới AI, AI sẽ đánh giá phân tích, xác định tỷ lệ hỗn hợp được trộn lại và nhanh chóng lặp lại quy trình thử nghiệm cho đến khi vật liệu mới đạt yêu cầu mong muốn.

Các nhà khoa học theo dõi quá trình thử nghiệm thông qua nguồn cấp dữ liệu video và những thông tin kết quả thử nghiệm do hệ thống cung cấp cũng như các cảnh báo về vật liệu, thực hiện tinh chỉnh hoạt động thí nghiệm như bổ sung nguồn cung cấp vật liệu, thay đổi tiền chất, điều chỉnh hoạt động trộn vật liệu, gia nhiệt hoặc làm nguội chất lỏng trong quy trình.