Robotar revolutionerade tillverkningsindustrin genom att automatisera löpande band. Nu, mer och mer, används de för att påskynda takten i vetenskapliga upptäckter.
Neutronspridningsinstrument är som gigantiska kraftfulla mikroskop som använder strålar av neutroner för att studera material på atomär skala. BIO-SANS-instrumentet, beläget vid Oak Ridge National Laboratorys High Flux Isotope Reactor, eller HFIR, är det senaste neutronspridningsinstrumentet som eftermonteras med den senaste robottekniken och anpassad programvara.
Den sofistikerade uppgraderingen fyrdubblar antalet prover som instrumentet kan mäta automatiskt och minskar behovet av mänsklig hjälp avsevärt. BIO-SANS är specialiserat på att studera beteende, form och storlek hos komplexa biologiska material.
"Det är ett anmärkningsvärt steg framåt i kapacitet. Möjligheten att analysera fler prover betyder att vi kommer att få bättre resultat", säger ORNL Group Leader Mark Loguillo. "Inte bara det, utan automatisering ger oss bättre tidshantering som i sin tur gör att vi kan göra fler mätningar i ett experiment än vi kunde tidigare."
Installerad på BIO-SANS är UR5E Universal Robot, en lätt mekanisk arm utrustad med fem mycket ledade leder. Roboten är fäst i taket inuti en aluminiumram som innehåller en plattform för förvaring av experimentella prover. Gripdon som är fästa vid armens ände fungerar som fingrar som tar tag i prover – pulver eller flytande lösningar som förvaras inuti små metallbehållare som är ett par kubiktum stora.
Roboten flyttar prover till och från en bricka direkt under den och placerar dem i en neutronstråle för analys. Cirka 84 prover kan lagras inuti provhöljet åt gången. Roboten kan arbeta nonstop så länge provbrickan är full, vilket är en av de enda delarna av experimentet som kräver mänsklig hjälp när experimentet väl börjar. Forskare kan samla in sina data och övervaka sina experiment från sitt kontor eller hem.
"När covid-19-pandemin slog till visste vi att vi behövde ett sätt att automatisera experiment så att de kunde göras på distans", sa Loguillo. "Vi installerade en prototyprobot som tydligt visade värdet av att integrera robotik och potentialen den hade, men så småningom led prototypen av tillförlitlighetsproblem. Den nya roboten av industrikvalitet är mycket anpassningsbar, vilket gör att vi kan fortsätta att göra förbättringar av dess mjukvara och kapacitet."
Planer är under utveckling för att utrusta roboten med artificiell intelligens som kommer att minska tiden det tar för varje experiment genom att eliminera onödiga mätningar. I sin tur kommer framtida uppgraderingar att göra det möjligt för BIO-SANS att ta emot mer komplexa experiment och öka den vetenskapliga produktiviteten.
Förutom Loguillo är gruppmedlemmar som är involverade i projektet ORNL-forskarna Mariano Ruiz-Rodriguez och John Wenzel. Baserat på robotens framgångar planerar teamet att uppgradera andra instrument, som GP-SANS vid HFIR och MANDI-diffraktometern vid Spallation Neutron Source, eller SNS.
Tillhandahålls av Oak Ridge National Laboratory
