AI och robotisering ska snabba på utvecklingen av nya energimaterial

8 maj 2024

AI förändrar många branscher i grunden och inom materialforskningen kan AI ihop med ökad robotisering snabba på utvecklingen av nya material. Det menar Jesper Jacobsson som fått ÅForsks repatrieringsanslag.

– Vi inom materialforskningen kan inte tro att AI-experterna kommer till oss och säger hur vi bäst använder tekniken, vi behöver ta saken i egna händer, säger Jesper Jacobsson.

AI och automation är ofta förknippat med självkörande bilar och industrirobotar men tekniken kan också förändra arbetsgången på forskarnas labb, inte minst genom att bidra till en mer effektiv process. Nu får Jesper Jacobsson ÅForsks repatrieringsanslag, på två miljoner kronor under två års tid, för att utforska hur AI och automation kan vara till nytta för utvecklingen av nya material. I sin forskning lägger Jesper särskilt fokus på materialgruppen perovskiter och deras potential som material i solceller. Perovskiter närmar sig effektiviteten hos traditionella kiselsolceller och genom att exempelvis användas i kombination med kisel skulle solcellernas verkningsgrad drastiskt kunna öka. Under sina år utomlands som bland annat postdok i Berlin, England och Schweiz har intresset för perovskiter fullkomligt exploderat och de första kommersiella solcellerna är inom räckhåll.

– Materialforskningen tenderar att vara rätt långsam. Resan från labb till kommersiell produkt tar tid och kostar mycket pengar. Samtidigt har vi många moment som är repetitiva och som en robot kan göra snabbare och där vi utan den mänskliga faktorn skulle få högre kvalitet på datan. Jag vill utforska möjligheten till automatisering men inte stanna där. Med hjälp av AI vill jag också beräkna vilka experiment som verkligen lönar sig, så att vi kan fokusera på rätt saker. Sammantaget skulle det innebära en stor och nödvändig effektivisering, säger Jesper Jacobsson.

”Repatrieringsanslaget bygger trovärdighet”

De senaste två åren har Jesper varit professor vid Nankai University i Kina men 2023 återvände han till Sverige och landade i en tjänst som lektor vid Linköpings universitet. Här vill han stanna och bygga upp sin forskning. Pengarna från ÅForsk repatrieringsanslag går till att köpa en robotutrustning som kan automatisera några av de repetitiva moment som utförs av människor idag. Roboten ska göra arbetsmoment inom syntes och karaktärisering, det kan handla om att med hög noggrannhet blanda olika kemikalier och att undersöka materialets egenskaper. I idealfallet kan en robot göra vissa moment upp till 20 gånger mer effektivt än en människa, och forskaren som annars hade gjort jobbet får mer tid till det analytiska arbetet.

– Att ha tillgång till den här utrustningen stärker min profil som forskare och gör mig till en mer intressant samarbetspartner. På så vis innebär repatrieringsanslaget inte bara att jag kan investera i den här utrustningen, det bygger också trovärdighet. Jag har ett internationellt kontaktnät, har jobbat med den här sortens robotar tidigare och har bra kunskap om både AI och perovskiter. Allt det har jag nytta av nu när jag etablerar mig som forskare i Sverige, säger Jesper.

AI hittar experimenten som tar forskningen framåt

Inom materialforskningen görs vanligtvis otaliga experiment för att hitta vägen framåt, men med hjälp av AI kan roboten fokusera på de experiment som är mest lovande. I sitt projekt lär Jesper upp en AI-modell enligt closed loop-principen. Den innebär att resultaten från olika experiment i realtid går som feedback till AI:n så att den kan lära om sig och hela tiden bli bättre. Inledningsvis baseras AI-modellen på några få experiment men genom att hela tiden matas med nya data lär sig modellen att se var osäkerheten i resultaten ligger och den kan ge förslag på vad som är intressant att experimentera vidare med. Färre ”onödiga” experiment behöver göras för att hitta de som bär frukt och tar forskningen framåt.

– Kombinationen automation och AI är intressant för akademin. Det saknas nyckelfärdiga lösningar för hur vi använder AI för att designa nya material från scratch. Vi inom materialforskningen kan inte tro att AI-experterna kommer till oss och säger hur vi bäst använder tekniken, vi behöver ta saken i egna händer. Ska materialforskning vara relevant behöver vi hitta sätt att öka takten. Min strategi kan enkelt appliceras på andra materialsystem också, säger Jesper.

Lovande resultat och intressanta utmaningar

Jesper har själv sin bakgrund inom kemin men bestämde sig för att sätta sig in i AIs utveckling och se hur han kunde dra nytta av tekniken i sin forskning.

– Idag skapar vi nya material och utforskar sedan vad de kan användas till. Med hjälp av ny teknik finns potential att istället vända på det och börja med att specificera vilka egenskaper vi vill ha och därefter säga vad det är för material och hur vi tar fram det. Det kallas inverse design och är ett avlägset mål men genom att fokusera på avgränsade materialklasser kan vi driva metodiken framåt. Det finns en del lovande resultat att bygga på men också många intressanta utmaningar återstår, säger Jesper.

Om ÅForsk repatrieringsanslag

Repatrieringsanslaget kan sökas av forskare som har disputerat de senaste cirka fem åren och som under minst ett år har bedrivit forskning i utlandet som akademisk eller industriell postdoc, eller som anställd industriforskare.

Forskningsstiftelsen ÅForsk finansierar forskning som håller hög vetenskaplig kvalitet och som kan tillämpas inom kärnområdena Energi, Miljö, Säkerhet & Hållbarhet, Infrastruktur, Materialteknik, Utveckling av processer samt Produkter från förnybara råvaror.

Anslaget är på två år och totalt 2 Mkr. Sista dag för ansökan är den 30 september 2024. Läs mer på sidan för anslag och ansökan.