低コスト自作型材料合成ロボット『FLUID』が化学実験の自動化を加速

近年、触媒インフォマティクスの進展に伴い、人工知能を活用した材料開発が加速している。しかし、材料合成や評価といった化学実験の工程は依然として人の手に大きく依存しており、完全自動化には至っていないのが現状である。商業用化学合成ロボットの登場により一部の自動化は実現されているものの、高額であることや特定用途に特化していることが、導入の障壁となっている。こうした状況を受けて、北海道大学の研究グループは「誰もが手軽に使える自作型の低コスト合成ロボット」の開発に着手した。（上部画像は北海道大学のプレスリリース［研究発表］出典：北海道大学）

3Dプリンター活用で完全オープンソース化

本研究において開発されたのは、完全自作型の材料合成ロボット「FLUID」である。特徴的なのは、特殊部品を一切使用せず、3Dプリンターによって出力した部品と、ネジ、モーター、シリンジなどの一般的な市販部品のみで構成されている点で、誰でも低コストでロボットを組み立てることが可能となった。さらに、ロボットの制御には直感的な操作を実現するための専用ソフトウェアを開発。オープンソースの理念に基づき、設計図、回路図、組立手順、3Dプリンタ用データ、ソースコードなどをすべて公開しており、利用者自身が自由に改良・再設計できるよう配慮されている。

完全自動でニッケル・コバルト酸化物の合成に成功

「FLUID」は、共沈法によるニッケル・コバルト酸化物の合成プロセスを完全自動で実行することに成功した。実験において人の手を一切介さずに合成が完了し、その結果も安定しており、再現性の高さが実証された。ロボットによる自動合成により、実験データのばらつきが最小限に抑えられたことは、科学的にも大きな意味を持つ。汎用性の高い構造を採っているため、異なる材料系にも容易に適用でき、幅広い研究領域への応用可能性が示唆されている。

低コスト自作ロボット「FLUID」が切り拓く実験の新常識

FLUIDのような低コストかつ汎用性のあるロボットの登場は、従来の高価な商業用装置に依存しない新たな研究スタイルを可能にする。本技術の普及により、実験の効率性や再現性が高まるとともに、データ駆動型材料開発の加速が期待される。また、オープンソース化されていることから、世界中の研究者が自由に改良・発展を遂げることが可能であり、新たなイノベーション創出の土壌としても注目される。

本研究は、科学技術振興機構（JST）による戦略的創造研究推進事業「さきがけ」および「ERATO（前田化学反応創成知能プロジェクト）」、さらに文部科学省の世界トップレベル研究拠点プログラム（WPI）の支援を受けて実施されたものである。

誰もが使える研究基盤として世界へ

将来的には、「FLUID」のような低コストで汎用性の高い自作型ロボットが、化学実験の標準装備となる可能性がある。本技術の普及により、これまで高額な装置導入が困難だった中小規模の研究機関や教育機関でも、実験の自動化が現実のものとなる。特に、材料開発分野では高い再現性とデータの一貫性が求められており、FLUIDはそのニーズに的確に応える存在となるだろう。また、オープンソースとして公開されていることで、世界中の研究者が自由に改良を加え、さらなる高機能化や多用途化が進むことが予想される。こうしたグローバルな共同開発の広がりが、新たな技術革新を次々と生み出す起点となり得る。

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