Fechando o ciclo entre inteligência artificial e experimentos robóticos

A busca por materiais inovadores será muito auxiliada por softwares que possam sugerir novas possibilidades experimentais e também controlar os sistemas robóticos que os verificam.

A inteligência artificial (IA) e os sistemas experimentais robóticos se uniram em um trabalho pioneiro de prova de conceito no Instituto Nacional de Ciência de Materiais (NIMS) no Japão. Os pesquisadores descrevem o desenvolvimento e a demonstração de seu software de automação de “circuito fechado” na revista Ciência e Tecnologia de Materiais Avançados: Métodos.

“O objetivo geral do nosso trabalho é permitir que experimentos que exploram a ciência dos materiais sejam projetados e depois prossigam automaticamente, sem intervenção humana”, diz o físico e engenheiro de software Ryo Tamura, do Centro NIMS de Pesquisa Básica em Materiais. A IA primeiro executa as tarefas de coleta de informações e de projeto experimental normalmente realizadas por humanos e, em seguida, controla os sistemas robóticos que podem executar as tarefas físicas necessárias.

A equipe demonstrou o potencial de seu sistema usando-o para identificar eletrólitos que seriam adequados para mediar o movimento de íons em baterias de metal-lítio.

O software, denominado NIMS Orchestration System (NIMS-OS), contém dois tipos básicos de módulos. O primeiro usa algoritmos de IA para explorar dados arquivados sobre as propriedades dos materiais. Seleciona materiais promissores e propõe procedimentos experimentais que lhes permitam atingir o objetivo desejado. O segundo tipo de módulo gera as instruções necessárias para controlar um sistema robótico que colocará as instruções em prática.

Para tornar todo o processo o mais fácil de usar possível para uma ampla gama de pesquisadores, a equipe também projetou uma interface gráfica de usuário fácil de usar para controlá-lo.

“Os resultados do trabalho inicial do sistema robótico via NIMS-OS podem ser retroalimentados para refinar os algoritmos de IA que o controlam, através de vários ciclos de testes e melhorias”, diz Tamura.

Na tarefa de prova de conceito que explorou opções para produzir eletrólitos que maximizam o desempenho de um eletrodo em uma bateria de metal de lítio, o NIMS-OS utilizou sistemas que foram montados roboticamente em células eletroquímicas e submetidos a ciclos de carga e descarga para analisar seu desempenho. Os resultados identificaram claramente a melhor composição eletrolítica e indicaram que há espaço para melhorias nos eletrólitos que são atualmente amplamente utilizados comercialmente.

“Nosso NIMS-OS agora está disponível publicamente como software de código aberto no amplamente utilizado site GitHub”, diz Tamura. “Agora planejamos desenvolvê-lo ainda mais para permitir que funcione em conjunto com muitos tipos diferentes de sistemas robóticos experimentais.”