RoboLink – Intelligent Metadata Generation and Machine Learning-Enhanced Experiment Planning for Robotics

RoboLink zielt darauf ab, einen vollständig integrierten Arbeitsablauf zu etablieren, der multifunktionale robotergestützte Testplattformen , Forschungsdatenverwaltung und Versuchsplanung mit Hilfe des maschinellen Lernens miteinander verbindet, um Materialforschung zu beschleunigen. Die robotische Plattform ist für Hochdurchsatztests von metallischen Werkstoffen in Elektrolyten unterschiedlicher Komplexität ausgelegt. Das Projekt befasst sich mit einer zentralen Herausforderung von Hochdurchsatzexperimenten: der Umwandlung heterogener, komplexer Versuchsdaten in einheitliche, hochwertige, wiederverwendbare (Meta-) Datensätze, die direkt für adaptives Lernen und Entscheidungsfindung genutzt werden können.

Im Mittelpunkt von RoboLink steht die Kopplung automatisierter robotergestützter Experimente mit dem elektronischen Labor-Notizbuch Kadi4Mat. Hereons Roboterplattform ermöglicht die autonome, hochdurchsatzfähige Ausführung von Versuchen mit hoher Präzision und Reproduzierbarkeit. Versuchsdaten und zugehörige Metadaten werden automatisch aus den Rohdateien extrahiert, die von der Autosuite-Software zur Steuerung der Roboterplattform generiert werden, und in einem strukturierten, maschinenlesbaren Format in Kadi4Mat integriert. Dies gewährleistet Datenintegrität, Rückverfolgbarkeit und Zugänglichkeit, die wesentliche Voraussetzungen für robuste Anwendungen des maschinellen Lernens (ML) sind.

Aufbauend auf dieser kuratierten Datenbasis integriert RoboLink quantitative Struktur-Eigenschafts-Beziehungsmodelle (QSPR-ML-Modelle) zu verwenden um Versuchsergebnisse zu analysieren. So können vielversprechende chemische Verbindungen identifiziert und eine adaptive Versuchsplanung durchgeführt werden. Die kontinuierliche Rückkopplungsschleife zwischen neuen Versuchsergebnissen, der Datenkuratierung in Kadi4Mat und der ML-gestützten Analyse ermöglicht zunehmend verbesserte Vorhersagen der Materialeigenschaften und eine effizientere Versuchsplanung.

Ein zentrales Ziel von RoboLink besteht darin, Kadi4Mat in den Datenfluss der robotischen Testplattform zu integrieren. Dazu gehören die Erweiterung der Backend-Funktionen für die automatisierte Validierung der Vollständigkeit und Konsistenz von Metadaten, die Verbesserung der Webschnittstelle für die intuitive Interaktion mit großen Datensätzen und die Erweiterung von Kadi-APY zur Unterstützung der Übermittlung von Daten mit hohem Durchsatz und der erweiterten Abfrage von Metadaten. Diese Entwicklungen ermöglichen skalierbare, automatisierte Arbeitsabläufe und senken die Hürden für die Übernahme durch andere Forschungsgruppen.