RAINBOTTM：基于数字孪生的低成本自动液体处理机器人平台
研究人员开发了RAINBOTTM，一种基于消费级3D打印机的低成本液体处理机器人，配备数字孪生系统实现远程监控，成本低于1300美元，可大幅降低实验室自动化门槛。
实验室自动化能够显著加速科学发现进程，然而传统商业液体处理系统的高昂成本、封闭的专有设计以及有限的远程监控能力，极大地限制了其在中小型实验室中的普及。为了解决这一困境，来自哈马德·本·哈利法大学的研究团队提出了一种名为RAINBOTTM的低成本、可公开复现的液体处理机器人。该机器人基于消费级笛卡尔3D打印机（Elegoo Neptune 4 Max）进行改造，通过替换打印机挤出机为精密单通道移液器，并利用打印机原有的G代码驱动X-Y-Z龙门架实现精确定位。移液器的柱塞运动和枪头弹出则由两个小型线性执行器在Python控制下完成，整体硬件成本控制在1300美元以内，仅为入门级商业液体处理系统的十分之一左右。
为了提升实验的透明度和可远程监督性，研究团队实现了基于浏览器的数字孪生系统。该系统与物理平台双向同步，实时反映运动学和移液状态，研究人员可以通过任何网络浏览器查看实验进程、进行远程干预甚至执行紧急停止操作。在概念验证实验中，RAINBOTTM成功完成了不同颜色水溶液的顺序交换任务，并利用集成的颜色传感器对混合结果进行定量分析。测量得到的红、黄、蓝三色响应值与预期混合行为之间的平均绝对误差仅为两个百分点，充分验证了机器人精确执行和实时追踪的能力。
更进一步，该平台与CEIDTM（协同逆设计探索器）框架进行了耦合。CEIDTM框架将传统的迭代手动猜测实验模式转变为目标导向的逆设计搜索，同时保持人类研究人员在回路中提供指导。这一闭环控制架构使RAINBOTTM能够自主探索实验参数空间，加速材料或化学配方的优化。整个系统不仅成本极低，而且设计开放，所有硬件和软件细节均可被其他实验室复现，为自驱动实验室自动化建立了一个易于访问的物理-虚拟融合框架。