Искусственный интеллект уже придумывает эксперименты. Теперь робот научился собирать их руками
Исследователи создали роботизированную оптическую лабораторию, которая сама расставляет компоненты, настраивает лазерную систему и восстанавливает работу после физического смещения деталей. В демонстрации робот собрал рабочий лазерный резонатор примерно за 30 минут, выполнив около 50 отдельных манёвров без ручной юстировки со стороны исследователей.
Автоматизировать именно оптические эксперименты сложно из-за высокой чувствительности оборудования. Сдвиг зеркала или линзы на десятки или сотни микрометров либо небольшое изменение угла может полностью нарушить прохождение луча. Поэтому обычному роботу недостаточно просто поставить деталь в заданную точку, система должна видеть результат каждого действия и постоянно корректировать положение компонентов.
Разработчики установили семиосевой манипулятор над металлическим оптическим столом и поместили зеркала, линзы, фильтры и другие детали в стандартизированные корпуса с магнитными основаниями. Для распознавания компонентов система использует визуальные метки ArUco, а несколько камер определяют положение деталей и контролируют лазерные лучи. Дополнительный моторизованный инструмент подключается к регулировочным винтам стандартных оптических креплений и позволяет роботу точно менять угол зеркал.
Одного механического позиционирования для такой задачи оказалось недостаточно. Робот сначала приблизительно устанавливает компонент, затем анализирует положение луча и небольшими перемещениями доводит систему до рабочего состояния. В испытаниях исследователи получили субмиллиметровую точность установки, а для некоторых компонентов погрешность составляла десятки микрометров. Угловую настройку зеркал программа выполняет с обратной связью от камер и алгоритмами оптимизации.
Самым сложным тестом стала сборка настольного лазерного резонатора. Робот начинал с деталей, случайно разложенных на рабочем поле, самостоятельно находил нужные компоненты, переносил их, совмещал оптические оси и регулировал зеркала, пока установка не начинала генерировать лазерное излучение. По данным ученых, полный цикл занял менее получаса.
После сборки исследователи намеренно нарушали юстировку, в том числе смещали компоненты на столе. Система замечала падение характеристик лазера и самостоятельно перенастраивала установку, восстанавливая интенсивность излучения. Такой режим особенно интересен для длительных экспериментов, поскольку даже вибрации и температурный дрейф постепенно выводят чувствительную оптику из оптимального положения.
Пока речь идёт не об универсальном роботе-учёном. Эксперимент работает в специально подготовленной среде, использует стандартизированные корпуса, камеры и созданный командой моторизованный регулятор. Исследователи показали автономную сборку, юстировку и восстановление конкретного класса оптических систем, а не способность робота самостоятельно придумать эксперимент и провести любое лабораторное исследование.
Следующим шагом команда хочет расширить рабочую область и дать исследователям удалённый доступ к установке через облачный интерфейс. В перспективе такие лаборатории смогут круглосуточно собирать разные оптические схемы, проводить измерения, разбирать установку и готовить следующую конфигурацию. Ученые уже применяет платформу для исследования материалов, связанных с улавливанием углекислого газа, а среди возможных направлений разработчики называют солнечные элементы, дисплеи, сенсоры и квантовые технологии.
Работа показывает недостающий кусок концепции автономной науки. Алгоритмы уже способны предлагать гипотезы и планы экспериментов, но физическая лаборатория по-прежнему требует человеческих рук. Робот пока не замыкает весь научный цикл, однако демонстрирует, как часть такого цикла можно перенести из компьютера в реальный эксперимент.