Der fleißige Roboterkollege im Chemielabor
Chemische Experimente können langwierig und voller Wiederholungen sein. Ein Roboter hat nun gezeigt, dass die Arbeit automatisiert und beschleunigt werden kann.
(Bild: Burger et.al)
Die Aufspaltung von Wasser mithilfe von Licht und Katalysatoren (Photokatalyse) gilt als vielversprechendes Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff und damit als Schlüsseltechnologie bei der Umstellung auf erneuerbare Energien. Um die optimale Mischung von Katalysatoren zu finden, sind aber aufwendige Experimente erforderlich. Die könnten zukünftig mehr und mehr von Robotern durchgeführt werden, wie britische Forscher jetzt demonstriert haben.
Monate an Arbeit in Tagen verrichtet
In der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift Nature berichtet das Forschungsteam um Andrew Cooper (University of Liverpool) vom erstmaligen Einsatz eines mobilen Roboters für chemische Reihenuntersuchungen. Dabei ging es darum, den Einfluss von zehn Variablen wie Ionenkonzentration, pH-Wert oder Beigabe von Farbstoffen auf die Effizienz des Katalysators zu bestimmen. Der Suchraum für dieses Problem habe über 98 Millionen möglicher Lösungen umfasst, schreiben die Wissenschaftler. Um in einem Näherungsverfahren die optimale Lösung zu ermitteln, sei der Roboter mit einem Bayes-Klassifikator programmiert worden, sodass er selbst auf Grundlage der Ergebnisse eines Experiments die Mischungen für das nächste bestimmen konnte.
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Die Automatisierung chemischer Untersuchungen ist an sich nicht neu, wird aber bislang mit speziell dafür entworfenen und fest installierten Geräten durchgeführt. Im Unterschied dazu arbeiteten die Liverpooler Forscher großenteils mit Standardkomponenten auf einem mobilen Roboter, der in einem 7,3 × 11 Meter großen Labor Ampullen abfüllte und hin und her transportierte. Sie wollten "den Forscher automatisieren anstelle der Instrumente", schreiben sie.
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Der Roboter sei täglich 21,6 Stunden im Einsatz gewesen, habe innerhalb von acht Tagen 688 Experimente durchgeführt und dabei photokatalytische Mischungen identifiziert, die bis zum Sechsfachen aktiver waren als die zu Beginn verwendeten. Ein Mensch, schätzen die Wissenschaftler, hätte dafür mehrere Monate gebraucht – wenn er überhaupt so lange durchgehalten hätte. In dem autonom arbeitenden Roboter sehen sie daher eine vielversprechende Möglichkeit, Probleme anzugehen, "bei denen unser gegenwärtiges Verständnis noch nicht ausreicht, um die Zahl der infrage kommenden Komponenten auf ein handhabbares Maß zu reduzieren".
Der Ansatz sei leicht auf andere Problemstellungen zu übertragen und soll zukünftig erweitert werden. So könne etwa der Suchalgorithmus, der bislang "blind" operiere, indem er alle Komponenten gleich gewichte, durch die Einbeziehung theoretischen Wissens und physikalischer Modelle verbessert werden.
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(mho)
