Les robots ont révolutionné l'industrie manufacturière en automatisant les chaînes de montage. Aujourd'hui, ils sont de plus en plus utilisés pour accélérer le rythme des découvertes scientifiques.
Les instruments de diffusion de neutrons sont comme des microscopes géants de grande puissance qui utilisent des faisceaux de neutrons pour étudier les matériaux à l'échelle atomique. L'instrument BIO-SANS, situé au réacteur isotopique à haut flux (HFIR) du laboratoire national d'Oak Ridge, est le dernier instrument de diffusion de neutrons à être équipé d'une robotique de pointe et d'un logiciel personnalisé.
Cette mise à niveau sophistiquée quadruple le nombre d’échantillons que l’instrument peut mesurer automatiquement et réduit considérablement le besoin d’assistance humaine. BIO-SANS est spécialisé dans l'étude du comportement, de la forme et de la taille de matériaux biologiques complexes.
"C'est une avancée remarquable en termes de capacités. La capacité d'analyser davantage d'échantillons signifie que nous obtiendrons de meilleurs résultats", a déclaré Mark Loguillo, chef du groupe ORNL. "De plus, l'automatisation nous offre une meilleure gestion du temps, ce qui nous permet d'effectuer plus de mesures dans une expérience qu'auparavant."
Le robot universel UR5E est installé sur BIO-SANS, un bras mécanique léger équipé de cinq articulations hautement articulées. Le robot est fixé au plafond à l'intérieur d'un cadre en aluminium contenant une plate-forme de stockage des échantillons expérimentaux. Les pinces fixées à l'extrémité du bras agissent comme des doigts qui saisissent des échantillons :des poudres ou des solutions liquides stockées dans de petits bidons métalliques de quelques pouces cubes.
Le robot déplace les échantillons vers et depuis un plateau directement en dessous et les positionne dans un faisceau de neutrons pour analyse. Environ 84 échantillons peuvent être stockés simultanément dans l’enceinte d’échantillons. Le robot peut fonctionner sans arrêt tant que le plateau d’échantillons est plein, ce qui est l’une des seules parties de l’expérience qui nécessite une assistance humaine une fois l’expérience commencée. Les chercheurs peuvent collecter leurs données et suivre leurs expériences depuis leur bureau ou leur domicile.
"Lorsque la pandémie de COVID-19 a frappé, nous savions que nous avions besoin d'un moyen d'automatiser les expériences afin qu'elles puissent être réalisées à distance", a déclaré Loguillo. « Nous avons installé un prototype de robot qui a clairement démontré l'intérêt de l'intégration de la robotique et son potentiel, mais le prototype a finalement souffert de problèmes de fiabilité. Le nouveau robot de qualité industrielle est hautement personnalisable, ce qui nous permet de continuer à améliorer ses logiciels et capacités."
Des plans sont en cours d’élaboration pour équiper le robot d’une intelligence artificielle qui contribuera à réduire le temps nécessaire à chaque expérience en éliminant les mesures inutiles. À leur tour, les futures mises à niveau permettront à BIO-SANS de prendre en charge des expériences plus complexes et d'augmenter la productivité scientifique.
Outre Loguillo, les membres de l'équipe impliqués dans le projet comprennent les chercheurs de l'ORNL Mariano Ruiz-Rodriguez et John Wenzel. Sur la base du succès du robot, l'équipe prévoit de mettre à niveau d'autres instruments, tels que le GP-SANS au HFIR et le diffractomètre MANDI à la source de neutrons de spallation, ou SNS.
Fourni par le Laboratoire national d'Oak Ridge
