Robot testa trattamenti termici dell'acciaio oltre 10 volte più veloce

All'interno dell'Institute for Materials Research della Tohoku University, un campione di acciaio viene riscaldato in un forno, poi un braccio robotico lo trasporta a uno strumento a raggi X e infine a una macchina per prove d'urto. Nessuno lo tocca tra una fase e l'altra. Una volta completato il trattamento termico, la manipolazione, la misurazione e il recupero di ogni campione richiedono circa 800 secondi.

Ottenere un acciaio al tempo stesso più resistente e più tenace significa esplorare una gamma enorme di condizioni di lavorazione. Anche con la stessa lega, il trattamento termico può modificare in modo drastico la microstruttura del metallo e le sue proprietà meccaniche. I metalli strutturali massivi sono stati particolarmente difficili da automatizzare rispetto a liquidi, polveri e film sottili, perché ogni campione solido deve essere trasportato, posizionato, riscaldato, caratterizzato e sottoposto a prove meccaniche, e ciascuna fase dipende da attrezzature grandi e specializzate.

La risposta del team è stata un insieme di strumenti dedicati alla movimentazione dei campioni e un unico computer che controlla tutti gli strumenti. La piattaforma combina un forno a induzione, un diffrattometro a raggi X (XRD) e una macchina per prove d'urto su micro-campioni, con un braccio robotico che sposta i campioni tra l'uno e l'altro. I ricercatori l'hanno usata per eseguire rinvenimenti in una e in due fasi su un acciaio legato a bassa lega commerciale JIS SCM435H, una qualità definita dalle norme industriali giapponesi. Ogni ciclo produce contemporaneamente dati su lavorazione, struttura e proprietà.

Gli autori riferiscono che la valutazione meccanica raggiunge una precisione paragonabile a quella delle misurazioni eseguite a mano dai ricercatori, mentre la sequenza sperimentale è oltre 10 volte più rapida. La piattaforma integra inoltre uno strumento di ottimizzazione basato sull'IA, inserito nel NIMS Orchestration System (NIMO), che già regola automaticamente i parametri di controllo del forno. Il ciclo che chiuderebbe il processo è descritto come lavoro futuro: l'IA analizza ogni risultato, propone il trattamento termico successivo, la piattaforma lo esegue e rinvia i nuovi dati.

Per i team che lavorano sui materiali, il vantaggio immediato è l'ampiezza dell'esplorazione. Secondo gli autori, il sistema potrebbe ampliare sensibilmente le condizioni di trattamento termico che i ricercatori possono esplorare, e genera i dati da cui l'IA può imparare. Il team non indica alcuna tempistica per l'uso industriale, e il ciclo chiuso non è ancora stato dimostrato. Per ora, le prove riguardano un solo tipo di acciaio, testato in un solo laboratorio, e l'obiettivo dichiarato da Miyamoto è accelerare la scoperta autonoma di nuovi percorsi di lavorazione e di materiali strutturali.