麻省理工學院（Massachusetts Institute of Technology，MIT）研究團隊打造一套可自主執行光學實驗的機器人系統，讓機器人能自行組裝鏡子、透鏡等光學元件，並依照研究需求調整實驗配置。《Forbes》報導，這套系統可協助研究人員自動完成大量重複性的實驗準備工作，並有望應用於包括量子力學在內的多種研究。
MIT 開發全自動機器人實驗室：30 分鐘組裝「桌上型雷射腔」
這項研究由 MIT 電子研究實驗室（Research Laboratory of Electronics）團隊進行，共同研究主持人 Sachin Vaidya 等人致力於將涉及光與電磁力的實驗準備流程自動化。《MIT News》指出，這套機器人實驗室能自主將標準光學元件組裝成指定配置，並以微米級精度調整鏡子與透鏡的角度及位置，進而產生具備特定特性的光束。實驗完成後，系統還能安全拆解原有配置，重新組裝元件，建立全新的實驗架構。
整套系統以一支具備 7 個可活動關節的機械手臂為核心，安裝在金屬工作桌上。機械手臂能抓取並放置透鏡、鏡子等光學元件，每個元件則固定在專門設計的 3D 列印塑膠外殼中，方便機器人安全抓取與移動。外殼頂部刻有 QR Code，記錄其中元件的相關資訊，底部則設有磁性底座，讓元件放置在金屬工作桌後能保持穩定。
MIT 團隊以「桌上型雷射腔」（tabletop laser cavity）作為展示案例，讓機器人自主完成光學元件的組裝與校準。最終，機器人共執行 50 次操作，在 30 分鐘內成功建立可運作的雷射腔；研究人員進一步故意移動實驗桌上的元件，系統也能自動重新調整配置，維持雷射的光強度。
除了自主執行實驗外，研究團隊也建立虛擬使用者介面，讓研究人員能直接控制機器人的操作流程，並可透過遠端方式使用這套設備。如此一來，研究人員不必親自在實驗室，也能進行相關實驗。MIT 物理學教授 Marin Soljacic 也表示，機器人可以長時間執行重複且枯燥的工作，能替科學家省下大量時間，讓研究人員將更多心力投入理論研究與新實驗設計。
機器人代勞省下數天至數月人工微調時間？MIT 自動化光學系統進軍量子力學
這套自動化光學實驗系統也可應用於量子力學研究。《Forbes》指出，量子力學主要探討原子、光等微觀尺度的物理現象，而光學設備則能用於操控原子，以及研究光與物質之間的交互作用。例如，雷射產生的光學偶極力（optical dipole force）能作用於可極化粒子，根據光強度的變化，將粒子拉向高光強區域或推離該區域。這項原理也被應用於光學鑷子，利用光所產生的力量捕捉並固定微小粒子。
目前的光學實驗仍高度依賴人工調整。MIT 說明，精密光學實驗會使用雷射等光源測量候選材料的光學特性，而一套實驗可能需要數天甚至數個月才能完成，研究人員必須反覆調整光源、鏡子、透鏡與攝影機的位置與角度。雖然現有實驗室已使用部分自動化設備，例如可電動調整鏡子角度的調節器，但過去仍缺乏能從零開始組裝、校準到完成實驗的完整自動化系統。
透過機器人自動組裝與調整光學元件，研究人員未來可更靈活地建立不同實驗配置，進一步探索量子疊加（superposition）、干涉（interference）與量子糾纏（entanglement）等現象，並測試相關理論預測。
MIT 團隊表示，將實驗準備、元件調整與配置切換等工作交由機器人執行，可減少研究人員處理重複性工作的時間，讓科學家能投入更多精力進行理論研究與實驗設計。隨著系統能長時間運作並快速切換不同實驗配置，這類機器人實驗室有望成為未來科學研究的新型工具。
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＊本文開放合作夥伴轉載，資料來源：《Forbes》、《MIT News》，圖片來源：MIT。
