Các nhà nghiên cứu tại MIT đã phát triển một hệ thống robot hoàn toàn tự động nhằm tăng tốc độ tìm kiếm các chất bán dẫn tiên tiến. Công nghệ này được thiết kế để giải quyết một thách thức lâu dài: tốc độ đo lường thủ công các đặc tính quan trọng của vật liệu mới còn chậm, điều này đã hạn chế sự phát triển trong các lĩnh vực như năng lượng mặt trời.

Trọng tâm của hệ thống là một đầu dò robot có khả năng đo quang dẫn – một đặc tính cho thấy cách vật liệu phản ứng với ánh sáng. Bằng cách tích hợp kiến thức chuyên môn từ các nhà khoa học vật liệu vào mô hình học máy, robot có thể xác định những điểm mang lại nhiều thông tin nhất để thăm dò trên mẫu vật. Kết hợp với thuật toán lập kế hoạch chuyên biệt, phương pháp này cho phép robot di chuyển nhanh chóng và hiệu quả giữa các điểm tiếp xúc.

Trong một thử nghiệm kéo dài 24 giờ, robot đã thực hiện hơn 125 phép đo mỗi giờ, vượt qua độ chính xác và độ tin cậy của các phương pháp dựa trên AI trước đây. Bước nhảy vọt về tốc độ và độ chính xác này có thể thúc đẩy sự phát triển của các tấm pin mặt trời hiệu quả hơn cũng như các thiết bị điện tử khác.

Nhóm nghiên cứu, do sinh viên sau đại học Alexander Siemenn dẫn đầu, cùng với các nhà nghiên cứu Basita Das và Kangyu Ji, đã công bố những phát hiện của họ trên tạp chí Science Advances. Theo nội dung đăng tải, hành trình đổi mới này bắt đầu vào năm 2018, khi MIT bắt đầu xây dựng phòng thí nghiệm nhằm khám phá vật liệu hoàn toàn tự động, đặc biệt tập trung vào perovskite – một loại chất bán dẫn được dùng trong các tấm pin mặt trời.

Hệ thống bắt đầu bằng cách chụp ảnh mẫu perovskite bằng camera tích hợp, sau đó sử dụng thị giác máy tính để phân tích hình ảnh và xác định các điểm tiếp xúc tối ưu.

Mạng nơ-ron nhân tạo giúp xác định các điểm tiếp xúc tốt nhất dựa trên hình dạng và thành phần của mẫu, từ đó bộ lập kế hoạch đường đi xác định lộ trình hiệu quả nhất cho robot. Theo báo cáo, khả năng thích ứng của phương pháp này rất quan trọng vì các mẫu thường có hình dạng độc đáo.

Một cải tiến đáng chú ý là tính tự giám sát của mạng nơ-ron cho phép chọn điểm tiếp xúc tối ưu từ hình ảnh mẫu mà không cần dữ liệu huấn luyện được gắn nhãn. Nhóm nghiên cứu cũng đã cải thiện thuật toán lập kế hoạch đường đi giúp robot tìm ra những lộ trình ngắn hơn.

Sau khi xây dựng hệ thống, các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm từng thành phần và cho thấy thời gian tính toán nhanh hơn nhiều. Trong một thí nghiệm tự động kéo dài 24 giờ, robot đã hoàn thành hơn 3.000 phép đo quang dẫn, xác định cả các khu vực hiệu suất cao và các vùng suy thoái trong vật liệu.

Nhóm nghiên cứu dự kiến sẽ tiếp tục cải tiến hệ thống và tiến tới thành lập một phòng thí nghiệm hoàn toàn tự động để khám phá vật liệu, với sự hỗ trợ từ các tổ chức như First Solar, Eni, MathWorks, Bộ Năng lượng Mỹ và Quỹ Khoa học Quốc gia Mỹ.

Tin liên quan:

Pin mặt trời siêu mỏng có thể mang trên người

Loại pin mặt trời thế hệ mới có thể tạo ra điện dù nắng yếu