Chemie ‘Robotlab’ van de toekomst
Fontys bouwt mee
Nederland is een koploper in chemisch onderzoek. In 2016 won chemicus Ben Feringa de Nobelprijs voor zijn baanbrekende werk in moleculaire machines. Ook zijn er opvallende vorderingen in complexe materialen. Toch vraagt het werkveld om veranderingen en een beter gebruik van digitalisering. Data en AI biedt kansen, vertelt Peter Lambooij. Hij is docent en als onderzoeker met een team van Fontys-collega’s betrokken bij het Groeifondsproject 'De Revolutie van Zelfsturende Moleculaire Systemen'. In dit project wordt een zogenaamd ‘robotlab’ voor de chemie ontwikkeld.
labomgeving automatiseren
De chemie staat uiteraard niet stil; er zijn al processen die geautomatiseerd worden. Toch komt er bij heel wat experimenten en analyses nog manueel werk kijken.
Teade Punter (verantwoordelijk lector): "Heel wat chemisch onderzoek bestaat uit repetitieve handelingen, bijvoorbeeld het in kaart brengen van kenmerken van een substantie. Je ziet automatisering op dit gebied al terug in de vorm van specifieke chemiefabriekjes. Een recente trend is de inzet van robots om chemietaken over te nemen.
Daarnaast is er AI die de strategie van de experimenten kan bepalen. De combinatie van robots en AI maken dat de experimenten veel flexibeler worden. Lambooij: “ons doel is om met praktijkgericht onderzoek deze trends te versnellen.
Robotlab
Vanuit deze visie werken Lambooij en Punter met collega-onderzoekers en in nauwe samenwerking met vier academische instellingen en bedrijven aan het ‘robotlab’ van de toekomst.
Lambooij: "We willen met vaste en mobiele robots het lab vergaand automatiseren. Met onze partners denken wij dat de echte kansen liggen in het gebruik van big chemistry data. Nu blijven data over alle denkbare substanties deels onbenut. Het inzetten van big data kan helpen om een ‘recommender system’ te maken voor nieuwe chemische experimenten."
Van slim testen naar slim voorspellen
Een concreet voorbeeld is het domein van fasediagrammen. Chemici geven hiermee de ordening van stoffen aan onder verschillende omstandigheden. Denk aan varianten op de klassieke indeling: vast, vloeibaar, gas. Het systematisch handmatig in kaart te brengen van een dergelijk diagram is tijdrovend.
Een AI kan op basis van de resultaten van de eerste proeven gaan voorspellen waar de scheidslijnen liggen, en specifiek daarop laten testen. Dit maakt het proces vele malen efficiënter. Zo kom je veel sneller tot resultaten.
ChemGPT
Een meer geavanceerde stap zou zijn om een andere AI in te zetten om op basis van vele fase diagrammen nieuwe hypotheses te genereren voor nieuwe experimenten. Lambooij: "denk aan ChemGPT (‘het neefje’ van ChatGPT) aan wie je vraagt hoe je experimenten zou moeten doen om milieuvriendelijke verf te ontwikkelen. Maar zover zijn we nog lang niet. Daarom loopt dit Groeifondsproject zeven jaar."
Leerplatform
De eerste uitdaging voor de onderzoekers bij Fontys is om het domein en de werkwijze van chemici in detail te begrijpen. Punter: "Zo kunnen we toepassingen voor het robotlab ontwikkelen".
Lambooij vervolgt: "De eerste resultaten met de diagrammen lijken veelbelovend. We beginnen dezelfde taal te spreken, en het voorbeeld van AI als voorspeller van diagrammen zorgt voor vertrouwen."
Daarnaast vindt het team bij Fontys het ook belangrijk om een leerplatform te creëren waarin docenten, bedrijven studenten kunnen samenwerken.
Punter: "We ontwikkelen ook challenges voor studenten, die onderdeel zijn het grotere project, maar de juiste scope hebben voor onze studenten."
Over het project
‘De Revolutie van Zelfdenkende Moleculaire Systemen’ is een project ondersteund vanuit het Nationaal Groeifonds. Fontys Hogeschool is systeemintegrator en ontwikkelt het robotlab met de universiteiten en bedrijven. Fontys werkt samen met Radboud Universiteit, Rijksuniversiteit Groningen, Technische Universiteit Eindhoven, AMOLF.
Vanuit Fontys is het lectoraat High Tech Embedded Software (Fontys ICT) projectleider. Het lectoraat werkt samen met het lectoraat Mechatronica & Robotica (Fontys Engineering). Het project wordt ondersteund door het Ministerie van Onderwijs, Cultuur en Wetenschap. Het fysieke Robotlab verschijnt uiteindelijk op de Novio campus.
Bron: Fontys