Jaká byla potřeba klienta – identifikace problému
- Automatizované umístění stovek malých krystalů pro experimenty nepružného neutronového rozptylu je dosud silně limitováno množstvím ruční práce, což způsobuje nejen časovou náročnost, ale také vysoké riziko nepřesností a lidských chyb.
- Zařízení Automatic Laue Sample Aligner (ALSA), vyvinuté na Katedře fyziky kondenzovaných látek, MFF UK, tento problém řeší částečnou automatizací orientace a umisťování krystalů.
- Přetrvává problém přesnosti umístění krystalů na cílové destičce.
- Současné metody neumožňují rychlou a objektivní evaluaci této přesnosti.
- Cílem je zrychlit a objektivizovat vyhodnocení krystalů na destičce z fotek: natočení vůči ideální orientaci, přesnost pozice a detekce překryvů/dotyků mezi krystaly.
Návrh řešení
- Řešení založené na algoritmech počítačového vidění a umělé inteligence, které umožnilo přesnou automatizovanou detekci natočení a pozic jednotlivých krystalů z fotografických snímků pořízených po umístění.
- Tímto se získala objektivní a přesná metrika, díky které je možné systematicky vyhodnocovat a srovnávat přesnost zařízení ALSA.
- Tato metrika zároveň umožňuje efektivně monitorovat vliv jednotlivých technologických vylepšení, optimalizovat postupy při přípravě vzorků.
- Softwarový nástroj řízený AI a počítačovým viděním pro automatizované vyhodnocení natočení, pozice a překryvu krystalů.
- Dodání zdrojového kódu napojitelného na Python skripty pro rychlé nasazení do pilotního provozu + prototyp → validace → finální verze a dokumentace.
Přínosy pro klienta
- Významně zrychlení evaluace kvality přípravy vzorků
- Zpřesnění následných měření.
- Urychlení celého výzkumného procesu v materiálové fyzice.
(C) obrázku: ALSA
(C) obrázku: ALSA
The situation
- The automated placement of hundreds of small crystals for inelastic neutron scattering experiments is still heavily limited by the amount of manual work involved, which is not only time-consuming but also carries a high risk of inaccuracies and human error.
- The Automatic Laue Sample Aligner (ALSA) device, developed at the Department of Condensed Matter Physics, Faculty of Mathematics and Physics, Charles University, solves this problem by partially automating the orientation and placement of crystals.
- The problem of the accuracy of crystal placement on the target plate remains.
- Current methods do not allow for a quick and objective evaluation of this accuracy.
- Speed up and standardise evaluation of crystals on a plate from images: rotation vs ideal orientation, position accuracy, and overlap/contact detection.
The solution
- A solution based on computer vision and artificial intelligence algorithms, which enabled accurate automated detection of the rotation and position of individual crystals from photographs taken after placement.
- This provided an objective and accurate metric that can be used to systematically evaluate and compare the accuracy of the ALSA device.
- This metric also allows for effective monitoring of the impact of individual technological improvements and optimisation of sample preparation procedures.
- An AI + computer-vision software tool for automated evaluation of crystal rotation, position, and overlaps.
- Deliver source code integrable with Python scripts for quick pilot deployment, following a prototype → validation → final tool + documentation flow.
Why it matters
- Significant acceleration of sample preparation quality evaluation.
- Greater accuracy of subsequent measurements.
- Acceleration of the entire research process in materials physics.