The potential use of robotics for laboratory experiments offers an attractive route to alleviate scientists from tedious tasks while accelerating the process of obtaining new materials, where topical issues such as climate change and disease risks worldwide would greatly benefit. While some experimental workflows can already benefit from automation, it is common that sample preparation is still carried out manually due to the high level of motor function required when dealing with heterogeneous systems, e.g., different tools, chemicals, and glassware. A fundamental workflow in chemical fields is crystallisation, where one application is polymorph screening, i.e., obtaining a three dimensional molecular structure from a crystal. For this process, it is of utmost importance to recover as much of the sample as possible since synthesising molecules is both costly in time and money. To this aim, chemists have to scrape vials to retrieve sample contents prior to imaging plate transfer. Automating this process is challenging as it goes beyond robotic insertion tasks due to a fundamental requirement of having to execute fine-granular movements within a constrained environment that is the sample vial. Motivated by how human chemists carry out this process of scraping powder from vials, our work proposes a model-free reinforcement learning method for learning a scraping policy, leading to a fully autonomous sample scraping procedure. To realise that, we first create a simulation environment with a Panda Franka Emika robot using a laboratory scraper which is inserted into a simulated vial, to demonstrate how a scraping policy can be learned successfully. We then evaluate our method on a real robotic manipulator in laboratory settings, and show that our method can autonomously scrape powder across various setups.


翻译:实验室实验中机器人的潜在用途提供了一种有吸引力的途径,可以缓解科学家们的乏味任务,同时加快获取新材料的进程,这样,气候变化和疾病等全球风险等热点问题将大有裨益。虽然一些实验工作流程已经能够受益于自动化,但由于处理多种系统(例如不同工具、化学品和玻璃软件)时需要高度的机体功能,样本准备工作仍然手工进行。化学领域的一个基本工作流程是结晶化,其中一种应用是多形态筛选,即从晶体中获取三维分子结构。对于这一过程来说,最重要的是尽可能地恢复样品,因为合成分子在时间和金钱上都是昂贵的。为了这个目的,化学家们必须用小瓶子在成成像板传输之前用胶液回收样品内容。 自动化这一过程具有挑战性,因为它超越了机器人插入任务,因为根本要求必须在各种受制约的环境中进行精细的基因运动,也就是从水晶体中获取三维分子结构结构结构结构。对于这一过程来说,最重要的是尽可能多地回收样品,因为合成分子的样品,因为合成分子们首先要利用一个在实验室中学习一种自动粉末化的方法, 学习一种自化的方法。

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