令和７年４月９日
北海道大学
科学技術振興機構（ＪＳＴ）
３Ｄプリンターを活用した安価な材料合成ロボットの開発
～材料合成プロセスの自動化～
ポスト
ポイント
- 電気回路・組み込み・部品の印刷・制御ソフト開発まで完全自作した化学ロボットを開発。
- 設計図、３Ｄプリンター図面、ソフト、組み込み、電気回路図などをすべて公開。
- 開発した材料ロボットによる無機材料の合成に成功。
北海道大学 大学院理学研究院・総合イノベーション創発機構 化学反応創成研究拠点（ＷＰＩ－ＩＣＲｅＤＤ）の髙橋 啓介 教授、髙橋 ローレン 助教、クワハラ・ミカエル 学術研究員、前田 理 教授らの研究グループは、３Ｄプリンターを活用して完全自作可能な材料合成ロボット「ＦＬＵＩＤ」を開発しました。
これまで、研究グループは触媒インフォマティクスを活用し、人工知能による材料開発を実現してきました。しかし、触媒の合成や評価は依然として人が担っており、化学実験の完全自動化には至っていませんでした。一方、海外では化学合成ロボットの販売が始まっていますが、高額かつ汎用性の低さが導入の大きな障壁となっていました。そこで研究グループは、安価で誰もが手に入れられる汎用部品のみで構築できる材料合成ロボットの開発に取り組みました。大部分の部品を３Ｄプリンターで印刷し、ネジやモーターなど、特別な部品を使わずに組み立てられる設計を実現しました。汎用部品のみで構成する場合、精密な動作制御が技術的な課題でしたが、独自の機構設計と独自の制御ソフトウェアを開発することで、低コストながら高精度な操作を可能にしました。そのため、従来の高価なロボットと同等の機能を持ちながら、手軽に導入できる革新的な材料合成ロボットを開発することができました。今回開発したロボットを正確に制御する独自のソフトウェアは、直感的なインターフェースを備えており、専門知識がなくても簡単に操作できる点も特徴です。より多くの研究者や技術者がロボットを活用し、新しい材料の開発に貢献できることが期待されます。
本ロボットの最大の特徴は、その完全オープンソース化です。設計図や電気回路図、組み込みシステム、組み立て方法、３Ｄプリンターデザインファイル、ロボット制御ソフトウェアのソースコード、使用した部品のリストなどをすべて公開しました。産業界や研究機関のみならず、誰でも自由に利用・改良できる環境を整えました。さらに、開発したロボット「ＦＬＵＩＤ」を用いて、実際に材料合成を実施しました。その結果、材料ロボットによる共沈法を実施し、ニッケルとコバルトの酸化物を人の手を使わずに合成することに成功しました。本研究では、ロボットを正確に制御する独自のソフトウェアを開発し、溶液の供給速度や混合プロセスを綿密に調整できるようにしました。これにより、従来の高価な装置でも難しかった流体制御を実現し、均一な粒子サイズや組成を持つ酸化物の合成が可能となりました。この精密な流体制御技術は、より複雑な材料合成や化学反応開発にも応用できると期待されます。
また、ロボットの設計データや制御ソフトウェアは、ＧｉｔＨｕｂ(https://github.com/Materials-Informatics-Group)でＧＰＬ３．０ライセンスのもと、誰でも無償でアクセス可能です。この成果は、低コストで自由度の高い材料合成ロボットの実現可能性を示すものであり、今後の材料開発の自動化の発展に大きく貢献すると期待されます。
本研究成果は、日本時間２０２５年４月９日（水）に、米国化学会「ＡＣＳ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ」誌にてオンライン公開されます。
本研究は、科学技術振興機構（ＪＳＴ） 戦略的創造研究推進事業 さきがけ（ＪＰＭＪＰＲ２４Ｔ５）、同 戦略的創造研究推進事業 ＥＲＡＴＯ（前田化学反応創成知能プロジェクト）（ＪＰＭＪＥＲ１９０３）、文部科学省 世界トップレベル研究拠点プログラム（ＷＰＩ）の支援のもとで行われました。
＜プレスリリース資料＞
＜論文タイトル＞
- “Development of an Open-Source 3D-Printed Material Synthesis Robot FLUID: Hardware and Software Blueprints for Accessible Automation in Materials Science”
- ＤＯＩ：10.1021/acsaenm.5c00084
＜お問い合わせ先＞
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＜研究に関すること＞
髙橋 啓介（タカハシ ケイスケ）
北海道大学 大学院理学研究院 教授
Tel：011-706-4661
E-mail：keisuke.takahashisci.hokudai.ac.jp
髙橋 ローレン（タカハシ ローレン）
北海道大学 大学院理学研究院 助教
Tel：011-706-4663
E-mail：lauren.takahashsci.hokudai.ac.jp
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＜ＪＳＴ事業に関すること＞
櫻間 宣行（サクラマ ノリユキ）
科学技術振興機構 戦略研究推進部 ＩＣＴグループ
〒102-0076 東京都千代田区五番町７ Ｋ’ｓ五番町
Tel：03-3512-3526 Fax：03-3222-2066
E-mail：prestojst.go.jp
永井 諭子（ナガイ サトコ）
科学技術振興機構 研究プロジェクト推進部 グリーンイノベーショングループ
〒102-0076 東京都千代田区五番町７ Ｋ’ｓ五番町
Tel：03-3512-3528
E-mail：eratowwwjst.go.jp
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＜報道担当＞
北海道大学 社会共創部 広報課
〒060-0808 北海道札幌市北区北8条西5丁目
Tel：011-706-2610 Fax：011-706-2092
E-mail：jp-pressgeneral.hokudai.ac.jp
科学技術振興機構 広報課
〒102-8666 東京都千代田区四番町５番地３
Tel：03-5214-8404 Fax：03-5214-8432
E-mail：jstkohojst.go.jp
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