Nederland heeft in het verleden met succes gekozen voor de ontwikkeling van kennis van complexe moleculaire systemen, hetgeen onder andere geleid heeft tot een Nobelprijs voor Ben Feringa. Het verder begrijpen, manipuleren en synthetiseren van dergelijke systemen zou een doorbraak teweeg kunnen brengen naar nieuwe duurzame materialen en energiezuinige oplossingen voor dataopslag en dataverwerking.
Hiervoor is een radicaal nieuwe aanpak van moleculair onderzoek nodig die chemie verbindt met big data en AI, oftewel ‘Big Chemistry’. Om dat te bereiken wordt gebouwd aan een volledig gerobotiseerd laboratorium, gekoppeld aan excellente wetenschap aan de ene kant en industriële R&D op het gebied van formulering van complexe mengsels aan de andere kant.
Het Robotlab dat hieruit ontstaat heeft onder de titel ‘De Revolutie van Zelfdenkende Moleculaire Systemen’ steun gekregen van het Nationaal Groeifonds (€ 96,9 miljoen). Fontys Hogeschool werkt hierin samen met Radboud Universiteit, Rijksuniversiteit Groningen, Technische Universiteit Eindhoven en AMOLF. Vanuit Fontys is het lectoraat High Tech Embedded Software (Fontys ICT) projectleider. Ook het lectoraat Mechatronica & Robotica (Fontys Engineering) is betrokken. Het fysieke Robotlab verschijnt uiteindelijk op de NovioTech campus. Het fundamentele onderzoek zal deels gelieerd worden aan de Max Planck Gesellschaft, via de binationale Max Planck Campus.
Het werkveld vraagt om veranderingen en een beter gebruik van digitalisering en data en AI bieden daarbij kansen, stelt docent-onderzoeker Peter Lambooij van Fontys. “Ons doel is om met praktijkgericht onderzoek deze trends te versnellen.” Lector Teade Punter: “Chemisch onderzoek bestaat vaak uit veel repetitieve handelingen, bijvoorbeeld om kenmerken van een substantie in kaart te brengen. Je ziet automatisering op dit gebied al terug in de vorm van specifieke ‘chemiefabriekjes’. Een recente trend is het gebruik van robots, die chemietaken overnemen. 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.”
Robotlab
Vanuit deze visie werken Lambooij en Punter met collega-onderzoekers en in nauwe samenwerking met 4 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.”
Slim voorspellen
Een concreet voorbeeld is volgens Lambooij het domein van fase-diagrammen. “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 zeer 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.” 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 Fontys onderzoekers is om het domein en de werkwijze van chemici in detail te begrijpen. Punter: “Zo kunnen we toepassingen voor het robotlab ontwikkelen.” De eerste resultaten met de diagrammen zijn veelbelovend, stelt Lambooij: “We beginnen dezelfde taal te spreken, en het voorbeeld van AI als voorspeller van diagrammen zorgt voor vertrouwen.” Daarnaast vindt het Fontys team het ook belangrijk om een leerplatform te creëren waarin docenten, bedrijven en studenten kunnen samenwerken. Punter: “We ontwikkelen ook challenges voor studenten, die onderdeel zijn het grotere project, maar de juiste scope hebben voor onze studenten.”
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
