Robotski laboratorij provodi eksperimente na zahtjev

Svaka nova generacija zaslona telefona, televizijskog ekrana i solarnih panela rezultat je eksperimenata precizne optike, koji koriste lasere i druge izvore svjetlosti za mjerenje optičkih svojstava kandidata za materijale. Ovi eksperimenti mogu trajati mjesecima, zahtijevajući od znanstvenika da precizno podešavaju i prilagođavaju osjetljive izvore svjetlosti, zrcala, kamere i druge komponente, u pažljivom i stalnom podešavanju koje može biti fizički zamorno i dugotrajno.

No znanstvenici s američkog tehnološkog instituta MIT kažu da bi cijeli proces izgradnje i provođenja optičkog eksperimenta jednog dana mogao biti potpuno automatiziran. Čineći korak prema takvoj budućnosti, razvili su rekonfigurabilni, robotski optički laboratorij.

Novi robotski laboratorij autonomno sastavlja standardne optičke komponente u željene konfiguracije. Zatim može podesiti kut i položaj zrcala i leća s mikronskom preciznošću kako bi proizveo snopove svjetlosti sa specifičnim svojstvima. Sustav također može sigurno rastaviti eksperiment i ponovno sastaviti dijelove u potpuno novu postavku, kao što možete vidjeti u ovom videu.

Inženjeri MIT-a izgradili su robotski optički laboratorij koji gradi, pokreće i rastavlja optički eksperiment, na zahtjev. Postavka se temelji na robotskoj ruci koja fizički raspoređuje zrcala, leće i druge optičke komponente, a svaka je postavljena u posebno dizajnirana kućišta s QR kodom. Robot raspoređuje svaku komponentu u precizna poravnanja kako bi usmjerio i fokusirao snop svjetlosti (crveni laser).

Istraživači proširuju robotski laboratorij, u fizičkom i virtualnom smislu. Osim poboljšanja fizičkog osjećanja, manevriranja i ukupnog prostora sustava, razvijaju aplikaciju temeljenu na oblaku koja korisnicima omogućuje virtualni pristup fizičkom robotu. Zamišljaju da će jednog dana znanstvenici s bilo kojeg mjesta moći daljinski pristupiti robotskim optičkim laboratorijima i virtualno slati eksperimentalne protokole ili upite koje bi laboratoriji zatim postavili i autonomno pokretali.

Većina laboratorija uključuje određenu razinu automatizacije u optičke postavke, poput motoriziranih tunera koji mehanički okreću gumbe za precizno podešavanje kuta zrcala.

Robotski laboratorij tima usredotočen je na robotsku ruku sa sedam pomičnih zglobova koja je pričvršćena na metalnu ploču stola. Robot bira i postavlja leće, zrcala i druge optičke komponente, a svaku od njih istraživači su instalirali u vlastito 3D printano plastično kućište.

Kućišta su dizajnirana tako da robot može lako i sigurno uhvatiti i pomicati svaku komponentu. Istraživači su na vrh svakog kućišta ugravirali QR kod koji sadrži informacije o komponenti unutar kućišta (npr. je li riječ o leći ili zrcalu, te o njezinim točnim dimenzijama i mogućnostima). Svako kućište ima magnetsku bazu koja pomaže stabilizirati komponentu nakon što je ruka postavi na metalnu površinu stola.

Istraživači su osmislili "alat za fino podešavanje" s omogućenim Wi-Fi-jem koji se pričvršćuje na nosač standardnih optičkih komponenti. Motorizirani alat može se bežično upravljati za okretanje gumba komponente, na primjer za podešavanje kuta zrcala.

Tim je također instalirao dvije kamere preko cijelog sustava koje pružaju pogled iz ptičje perspektive na stolni eksperiment. Konačno, razvili su "softverski paket" ili skup programa koji robotu omogućuje navigaciju kroz svaki korak postavljanja i kontinuiranog podešavanja eksperimenta. Ti koraci uključuju prepoznavanje određene komponente, znanje kako joj sigurno pristupiti i podići je, gdje je premjestiti i kako izbjeći sudare s drugim dijelovima eksperimenta na tom putu.

Konačno, osmislili su jednostavno virtualno korisničko sučelje koje omogućuje eksperimentatoru daljinsko upravljanje robotom. Na primjer, kada korisnik povuče ikonu zrcala s jednog mjesta na drugo i klikne gumb za potvrdu, robot reagira podizanjem stvarnog zrcala i njegovim postavljanjem na odgovarajuće mjesto na stolu.

Kao demonstraciju, uputili su robota da sastavi različite komponente u lasersku šupljinu. Laserska šupljina sastoji se od dva zrcala postavljena s obje strane kristala. Kada se snop svjetlosti usmjeri u postavku, on se kreće naprijed-natrag između dva zrcala. Sa svakim prolazom, svjetlost također prolazi kroz kristal, što pojačava intenzitet svjetlosti, do točke u kojoj je svjetlost koja izlazi dovoljno intenzivna da formira laser.

Na kraju je robot uspješno izgradio funkcionalnu lasersku šupljinu autonomnim izvođenjem 50 manevara, sve unutar 30 minuta. Kada su istraživači uveli fizičke poremećaje u postavku, poput nasumičnog pomicanja komponente na stolu, sustav je automatski prilagodio komponente kako bi održao intenzitet lasera. 

Istraživači zamišljaju da bi se robotski laboratoriji poput njihovog mogli upariti s obližnjom bibliotekom fizičkih komponenti koje bi drugi robot mogao preuzeti i dostaviti stolnom robotu kako bi ih organizirao u eksperiment.

Takav sustav mogao bi raditi na izgradnji i provođenju eksperimenata, zatim ih rastaviti i postaviti nove na zahtjev ili kontinuirano provoditi eksperiment koji zahtijeva aktivno praćenje 24 sata dnevno, 7 dana u tjednu.