Адаптивная роботизированная платформа для автоматизации химической лаборатории: ускорение открытия материалов

Революция в химических лабораториях с помощью автономной робототехники

Предлагаемая платформа предлагает адаптивное решение для автоматизации химических лабораторий. Химики часто сталкиваются с утомительными и времязатратными задачами в лаборатории, от синтеза материалов до выполнения повторяющихся операций. Платформа, основанная на универсальных коллаборативных роботах, позволяет роботам автономно проводить химические эксперименты в полуструктурированной лабораторной среде. Система требует лишь высокоуровневого описания эксперимента, упрощая процесс и облегчая выполнение различных химических процедур.

Платформа модульна и высокоадаптивна, что позволяет расширять её для различных экспериментов, действий и лабораторных инструментов. Например, она поддерживает задачи, такие как растворение и рекристаллизация материалов, предоставляя химикам надежный инструмент, который повышает производительность и снижает потенциальное воздействие опасных веществ.

Планирование задач и движений для химических экспериментов

В основе платформы лежит продвинутая система планирования задач и движений (TAMP). Модуль TAMP принимает на вход высокоуровневые химические описания и генерирует как последовательности действий, так и траектории робота. Система использует решатель PDDLStream, который интегрирует планирование задач и ограничения движений. Это гарантирует безопасность движений робота, избегая столкновений и проливов во время выполнения эксперимента.

Использование PDDLStream позволяет роботу обрабатывать непрерывные действия и динамические описания задач, что делает его идеальным решением для сильно изменчивой среды химической лаборатории. Такая гибкость жизненно важна, поскольку позволяет роботу автономно планировать и выполнять сложные задачи, такие как перемещение контейнеров или смешивание материалов.

PDDLStream: сердце адаптивной робототехники в лабораториях

PDDLStream играет ключевую роль в выполнении задач, переводя химические задачи в конкретные планы действий. Он работает с кортежем, определяющим проблему, состоящим из предикатов, действий, потоков, начальных объектов и целевых состояний. Система генерирует последовательность действий, которые робот должен выполнить для достижения целей эксперимента.

Например, робот может выполнять действия, такие как захват, перемещение, размещение и наливание. Эти действия требуют точного планирования движений, чтобы обеспечить правильное положение рабочего органа робота во время выполнения задачи. Система включает непрерывные переменные и ограничения, гарантируя, что робот избегает столкновений при выполнении необходимых операций.

Кроме того, интеграция PDDLStream с классическими планировщиками PDDL позволяет генерировать оптимизированные последовательности действий. Если предложенный план сталкивается с препятствиями, система динамически корректируется, обеспечивая, что робот всегда может найти выполнимый путь для завершения задачи.

Обеспечение безопасного и точного движения с помощью ограниченного планирования

Безопасность является приоритетом, особенно при работе с потенциально опасными материалами. Для обеспечения безопасного проведения химических экспериментов система использует ограниченное планирование движений. Эта техника добавляет жесткие ограничения к движениям робота, предотвращая проливы жидкостей или случайное взаимодействие с опасными веществами.

В этой конфигурации робот может планировать свои движения в пространстве конфигураций с пониженной размерностью. Применяя выборку на основе ограничений, система эффективнее ориентируется в сложных условиях и избегает нежелательных взаимодействий с лабораторными объектами. Использование вероятностных дорожных карт (PRM⋆) для планирования движений позволяет системе быстро и эффективно исследовать пространство конфигураций, позволяя роботу выполнять задачи без необходимости повторных перерасчетов.

Роботизированные навыки для операций в химической лаборатории

Способность робота выполнять сложные химические процедуры усиливается благодаря универсальному набору навыков. Платформа разработана для выполнения различных задач, часто встречающихся в химических лабораториях. К ним относятся наливание жидкостей, перенос твердых частиц и работа с оборудованием, таким как стаканы, колбы и бутылочки с дозатором. Система использует обратную связь от датчиков для корректировки действий робота в реальном времени, что делает её высокоадаптивной к разным типам материалов и задач.

Например, во время операции наливания робот использует данные с датчиков, такие как вес с весов, чтобы регулировать скорость и траекторию наливания. Система постоянно корректирует свое поведение на основе измерений в реальном времени, имитируя адаптивные действия химика, выполняющего ручные эксперименты.

Модульная и масштабируемая роботизированная платформа для автоматизации лабораторий

Модульный характер предлагаемой системы делает её высокомасштабируемой и гибкой. Интегрируя различные лабораторные инструменты и датчики, такие как вискозиметры, весы и нагревательные элементы, робот может выполнять более сложные эксперименты, например растворение материалов или рекристаллизацию соединений. Система совместима с существующей лабораторной инфраструктурой, что делает её привлекательным вариантом для лабораторий, стремящихся автоматизировать свои операции без значительных инвестиций в новое оборудование.

Способность робота интегрироваться с лабораторными инструментами, такими как вискозиметр IKA RET для измерения вязкости, расширяет его функциональность и делает его идеальным для широкого спектра химических экспериментов. Связь между роботом и устройствами осуществляется через универсальный интерфейс навыков, обеспечивая адаптивность и простоту использования системы.

Повышение производительности химиков с помощью автоматизации

Платформа автоматизации значительно повышает производительность и безопасность химиков. Передавая повторяющиеся и опасные задачи роботу, химики могут сосредоточиться на более стратегических аспектах открытия материалов. Кроме того, способность робота работать с токсичными или опасными веществами снижает риск воздействия вредных химикатов на человека.

Эта система особенно ценна в таких областях, как материаловедение, где точный контроль экспериментов имеет решающее значение для достижения прорывов. Робот может ускорить темпы исследований, выполняя эксперименты более эффективно и с большей точностью, чем это мог бы сделать человек вручную.

Заключение: будущее робототехники в химических лабораториях

Предлагаемая адаптивная роботизированная платформа знаменует собой значительный шаг к полной автоматизации химических лабораторий. Объединяя продвинутое планирование задач, управление движениями и модульные навыки робота, эта система предлагает гибкое и масштабируемое решение для автоматизации широкого спектра химических процессов. Интеграция визуального восприятия, обратной связи в реальном времени и ограничений безопасности делает её надежным инструментом для выполнения сложных экспериментов в опасных условиях.

По мере развития автоматизации внедрение роботизированных систем в химические лаборатории неизбежно будет расти, предлагая значительные преимущества с точки зрения безопасности, эффективности и производительности. Будущее химических исследований и открытия материалов выглядит многообещающим благодаря этим инновационным роботизированным системам.