Группа исследователей из Массачусетского технологического института (MIT) представила роботизированную лабораторию, способную самостоятельно собирать, настраивать и повторно калибровать прецизионные оптические эксперименты. Проект описан в статье «A Framework for Closed-Loop Robotic Assembly, Alignment and Self-Recovery of Precision Optical Systems».
Оптические эксперименты играют ключевую роль в разработке солнечных элементов, дисплеев, камер, сенсоров и квантовых технологий. Обычно учёные вручную размещают зеркала, линзы и источники света, затем многократно корректируют их для получения излучения нужной длины волны, частоты или интенсивности. В зависимости от задачи такая настройка может занимать дни или месяцы.
Система MIT использует семисуставчатый роботизированный манипулятор, установленный рядом с металлическим оптическим столом. Каждая линза, зеркало или другой компонент помещается в корпус с QR-кодом, который идентифицирует деталь и её свойства. Магнитные основания фиксируют компоненты после их размещения. Для точных корректировок разработан инструмент с Wi-Fi, который вращает стандартные регуляторы оптических креплений. Две камеры, установленные сверху, и программное обеспечение помогают роботу идентифицировать, захватывать, размещать компоненты и избегать столкновений.
В демонстрации робот собрал работающий лазерный резонатор из компонентов, расположенных случайным образом. Система выполнила 50 отдельных манёвров за примерно 30 минут. Когда исследователи намеренно нарушили настройку, система автоматически выровняла компоненты, чтобы сохранить выходное излучение лазера. Система также может центрировать и выравнивать пучки и автоматически корректировать компоненты при вибрациях или изменении температуры.
Сахин Вайдья, постдокт в Лаборатории электроники MIT, отметил: «Даже крошечные вибрации или изменения температуры могут ухудшить оптический эксперимент. Автономная лаборатория могла бы непрерывно отслеживать свою производительность и устранять неполадки до потери ценных данных».
Пока работа сосредоточена на прототипе настольного типа, а не на полностью автономной лаборатории. Команда MIT работает над улучшением сенсорных и маневренных возможностей робота, а также над разработкой облачного интерфейса для удалённой отправки экспериментов. Учёные envisionedют лаборатории будущего, где роботы будут самостоятельно извлекать компоненты из хранилищ, собирать эксперименты, запускать их, разбирать и настраивать новые по требованию. Такие системы позволят экспериментам, требующим круглосуточного мониторинга, работать с меньшим вмешательством человека.
Мэрин Солжачич, профессор физики MIT, сказал: «Робот не устанет. Он может работать 365 дней, 24 часа в сутки, над очень скучными вещами. Это освободит так много творчества и времени для учёных, чтобы они могли развивать теории и исследовать возможности. Наука может прогрессировать гораздо быстрее».
Команда уже применяет роботизированную лабораторию к экспериментам с материалами для улавливания углерода, используя контролируемый свет для изучения того, как кандидаты поглощают углекислый газ. Вайдья добавил: «Такая система могла бы помочь индустрии быстрее тестировать прототипы для всего: от камер и дисплеев до солнечных элементов и очков AR/VR. Экспериментальная оптика — основа многих важных областей. Наша работа делает первый шаг к оптическим лабораториям, которые могут работать быстрее, надёжнее и без ручного вмешательства».
В проекте участвовали исследователи из MIT, Nokia Bell Labs и Университета штата Аризона. Поддержку оказали Фонд передовых исследований Южной Кореи, Национальный научный фонд США, Управление научных исследований армии США, Парвиз Таебати, программа MIT Undergraduate Research Opportunities, консорциум MIT Generative AI Impact и Shell International Exploration and Production Inc. Команда MIT планирует представить систему на конференции Intelligent Robots and Systems.
