[發(fā)明專利]功能材料數(shù)字化設(shè)計(jì)、制備與評價(jià)自動(dòng)化平臺(tái)

在審

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• 申請日: 2020-11-10
• 公開（公告）號(hào): CN112697706A
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙海濤;喻學(xué)鋒;王本正;康翼鴻;李龍;何睿
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): G01N21/01
• 分類號(hào): G01N21/01;C07K1/00;B65G47/90
• 代理公司: 北京市誠輝律師事務(wù)所 11430
• 代理人: 朱偉軍

本發(fā)明涉及高端裝備制造、新材料、智能制造、新一代信息技術(shù)、及生物技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種功能材料數(shù)字化設(shè)計(jì)、制備與評價(jià)自動(dòng)化平臺(tái)，包括第一操作區(qū)、第二操作區(qū)、第三操作區(qū)、第一機(jī)械手、第二機(jī)械手、第三機(jī)械手；第一機(jī)械手將物料在三個(gè)操作區(qū)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)移；第二機(jī)械手用于將第二操作區(qū)內(nèi)的物料進(jìn)行提取、轉(zhuǎn)移和混合；第三機(jī)械手用于將第三操作區(qū)內(nèi)的物料進(jìn)行提取、轉(zhuǎn)移和混合。本發(fā)明采用機(jī)械手代替操作人員，通過“人?人工智能?機(jī)器人”協(xié)作進(jìn)行物料提取、功能材料配方篩選、設(shè)計(jì)、制備與評價(jià)，減小了勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省時(shí)間且能提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，完成“設(shè)計(jì)—測試—表征—學(xué)習(xí)—再設(shè)計(jì)”，實(shí)現(xiàn)新型功能材料數(shù)字制造與迭代創(chuàng)新。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高端裝備制造、新材料、智能制造、新一代信息技術(shù)及生物技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種機(jī)器人與數(shù)字制造相結(jié)合的新型高性能能源環(huán)保、生物醫(yī)藥與電子信息相關(guān)領(lǐng)域功能材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制備與評價(jià)不同功能分區(qū)的“島”及其整體平臺(tái)。

背景技術(shù)

目前，高性能材料的能源環(huán)保、生物醫(yī)藥與電子信息相關(guān)領(lǐng)域生物化學(xué)合成與制備仍然是勞動(dòng)密集型的，一些制備方法和步驟存在錯(cuò)誤或模糊性，因此，需要將新材料研發(fā)由“科學(xué)直覺與試錯(cuò)”的傳統(tǒng)模式向“理論預(yù)測結(jié)合實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證”的新模式轉(zhuǎn)變，全面提高功能材料從發(fā)現(xiàn)到應(yīng)用的速度，降低成本。

另外，功能材料傳統(tǒng)研發(fā)過程成本高、耗時(shí)長，對實(shí)驗(yàn)的效率和可重復(fù)性都有很高的要求，實(shí)驗(yàn)的低效和浪費(fèi)將是對研究成本和人才的極大消耗。若只依賴于人工手動(dòng)操作不僅耗費(fèi)時(shí)間、體力，更容易產(chǎn)生誤差，這將很大程度影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可重復(fù)性。另一方面，傳統(tǒng)的方法在預(yù)測材料的特性與成分，加工條件等關(guān)系上，有明顯的不足。此外，一些有毒性的固體試劑在提取和稱樣的過程中存在很大的風(fēng)險(xiǎn)，不僅可能對實(shí)驗(yàn)人員造成傷害，更將對環(huán)境造成不可控的污染。

隨著21世紀(jì)信息科學(xué)的蓬勃發(fā)展，數(shù)據(jù)密集型科學(xué)發(fā)現(xiàn)(Data-intensiveScientific Discovery)正成為“第四研究范式”。探索第四范式與高端裝備制造、新材料、智能制造、新一代信息技術(shù)、和生物等技術(shù)領(lǐng)域的交叉融合，將為生物醫(yī)藥與電子信息等領(lǐng)域關(guān)鍵科學(xué)問題的解決以及“卡脖子”技術(shù)的突破提供全新的方法論。傳統(tǒng)生物醫(yī)藥與電子信息等領(lǐng)域的功能材料研發(fā)需經(jīng)歷海量分子的合成與測試，是研發(fā)的關(guān)鍵瓶頸之一。

因此，結(jié)合目前學(xué)科發(fā)展的最前沿技術(shù)，開發(fā)“人-人工智能-機(jī)器人”協(xié)作的功能材料數(shù)字化設(shè)計(jì)、制備與評價(jià)自動(dòng)化平臺(tái)；機(jī)器人化學(xué)家數(shù)字化自動(dòng)化多功能平臺(tái)；數(shù)字化生物化學(xué)功能材料制備智能島意義重大，將開啟新型功能材料在能源環(huán)保、電子信息、和生物醫(yī)學(xué)技術(shù)、及其交叉領(lǐng)域的快速發(fā)展，為能源、信息、高端裝備制造和人類健康等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐，促進(jìn)生物化學(xué)材料合成云端化，IT化，數(shù)據(jù)化，AI化，自動(dòng)化，服務(wù)高性能材料數(shù)據(jù)要素市場的建立。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種功能材料數(shù)字化設(shè)計(jì)、制備與評價(jià)自動(dòng)化平臺(tái)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的高性能材料的生物化學(xué)合成與制備勞動(dòng)密集型、方法和步驟存在錯(cuò)誤或模糊性，缺乏數(shù)字化規(guī)范性的問題，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化“設(shè)計(jì)—測試—表征—學(xué)習(xí)—再設(shè)計(jì)”新型功能材料迭代創(chuàng)新。

本發(fā)明解決上述問題的技術(shù)方案是：一種數(shù)字化高性能能源環(huán)保、生物醫(yī)藥與電子信息相關(guān)領(lǐng)域功能材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制備與評價(jià)自動(dòng)化平臺(tái)，其特殊之處在于：

包括第一操作區(qū)、第二操作區(qū)、第三操作區(qū)、第一機(jī)械手；

所述第一操作區(qū)包括存儲(chǔ)區(qū)、溫控區(qū)、分析區(qū)、離心區(qū)；

第二操作區(qū)包括第二機(jī)械手、光照區(qū)、制備區(qū)、反應(yīng)區(qū)、振動(dòng)區(qū)、移液頭收集區(qū)、移液頭放置區(qū)、原料盒和底物盒；

第三操作區(qū)包括交互區(qū)、第三機(jī)械手；

第一機(jī)械手用于將物料在第一操作區(qū)、第二操作區(qū)、第三操作區(qū)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)移；

所述第二機(jī)械手用于將第二操作區(qū)內(nèi)的物料進(jìn)行提取、轉(zhuǎn)移和混合；