ENGINEERINGNET.BE - De eerste versie van dit autonoom werkende laboratoriumsysteem, genaamd RoboChem, koppelt flowchemie aan een NMR analyseapparaat en wordt aangestuurd door een machine learning AI-module.
Het systeem werkt 24 uur per dag en kan zelfstandig de synthese van tien tot twintig moleculen optimaliseren, iets waar een promovendus enkele maanden over zou doen.
Onderzoeker Timothy Noël van de Universiteit van Amsterdam: “Het nadeel was wel dat het systeem ruim 50.000 dollar kostte, zonder het peperdure NMR-apparaat.
Daarom besloten we op zoek te gaan naar een manier om de kosten te verlagen en de veelzijdigheid te vergroten.”
Het resultaat is RoboChem-Flex, compleet met een handleiding waarmee alle laboratoria ter wereld dit systeem kunnen bouwen voor circa 5000 dollar.
Het systeem heeft toepassingsmogelijkheden op gebieden als fotokatalyse, biokatalyse en andere chemische conversies.
"Er zijn andere betaalbare geautomatiseerde systemen op de markt, maar die zijn gericht op tamelijk nauw gedefinieerde toepassingen," aldus Noël.
"Wij hebben RoboChem-Flex gedemonstreerd in zes uitdagende casestudy's die diverse gebieden van de chemie bestrijken. Daarmee laten we zien hoe flexibel het systeem is.”
RoboChem-Flex maakt gebruik van algemeen verkrijgbare onderdelen of 3D-geprinte varianten. Dit leidt tot een aanzienlijke kostenbesparing, en maakt snelle aanpassing en iteratieve ontwikkeling mogelijk.
De communicatie tussen de hardware onderdelen van het systeem verloopt via door de onderzoekers zelf ontwikkelde software die open source is.
Noël: “Dit zorgt voor naadloze modulariteit en maakt een plug-and-play-architectuur mogelijk waarbij de gebruiker slechts minimale programmeerinspanning hoeft te leveren.”
Daarnaast maakt RoboChem-Flex gebruik van geïntegreerde Bayesiaanse optimalisatiesoftware. Hiermee kunnen gebruikers de AI-gestuurde optimalisatie van de synthese in lijn brengen met de experimentele doelstellingen.
Het systeem ondersteunt ook de integratie met een breed scala aan analytische apparatuur. Daarmee ontstaat een volledig autonoom systeem dat 24 uur per dag zelfstandig reacties kan optimaliseren.
Een flinke adder onder het gras is wel dat de geïntegreerde analyseapparatuur ruimschoots duurder is dan de 5000 dollar die Noël voor ogen had.
Daarom besloot zijn groep een goedkoop, 3D-geprint onderdeel te maken waarmee vloeistofmonsters zijn te nemen.
“Dit maakte het mogelijk de analyse ergens anders te doen, met apparatuur waar onderzoekers vaak al over beschikken, bijvoorbeeld gedeeld met andere groepen.”
Deze benadering biedt de onderzoekers een praktisch en betaalbaar instapmodel, zegt Noël.
“Zo brengen we autonome systemen binnen bereik van onderzoeksgroepen met een beperkt budget. RoboChem-Flex trekt het speelveld gelijk en bevordert innovatie op alle schaalniveaus.”
