La DARPA exploite l'IA pour innover en matière de batteries et d'explosifs

• La DARPA a développé des outils basés sur l'apprentissage automatique pour produire de nouvelles molécules.
• Le programme, nommé Make-It, peut accélérer le processus de découverte chimique pour plusieurs produits et applications militaires.

L’un des défis les plus difficiles de la chimie organique moderne consiste à apprendre aux ordinateurs à planifier des synthèses chimiques. Malgré des années de recherche, nous n'avons pas réussi à réaliser des parcours complets construits par ordinateurs et ensuite mis en œuvre avec succès en laboratoire.

À l'heure actuelle, les logiciels et le matériel informatique ne sont pas suffisamment capables de gérer une énorme base de connaissances sur la transformation chimique, de naviguer efficacement dans de vastes « arbres » de possibilités de synthèse et de logique d'ordre supérieur.

La DARPA travaille actuellement sur un outil logiciel basé sur des techniques d'apprentissage automatique et codées par des experts pour prédire des voies de synthèse optimisées pour des paramètres tels que le temps, le coût, la sécurité et la minimisation des déchets.

Le programme, nommé Make-It, vise à libérer les chercheurs afin qu'ils puissent se concentrer sur l'innovation chimique, au lieu de tester de nombreuses voies de synthèse de composés. L'équipe tente de construire un équipement automatisé (basé sur le concept d'un seul appareil et de plusieurs molécules) qui génère les composés souhaités en utilisant sa propre base de connaissances et son processus d'essais et d'erreurs.

Cela peut accélérer le processus de découverte chimique pour plusieurs produits et applications militaires. La bonne nouvelle est qu'ils ont récemment démontré des progrès remarquables dans la construction de cet équipement automatisé.

Cela pourrait permettre de produire une large gamme de produits de défense de nouvelle génération, notamment des batteries plus petites et plus durables, des piles à combustible, des explosifs plus sûrs à manipuler, des propulseurs efficaces pour les moteurs de fusée, de meilleurs adhésifs, peintures et revêtements.

Comment cela va-t-il aider les chercheurs en chimie ?

Habituellement, un chercheur en chimie passe des dizaines d'heures à créer des voies de synthèse vers un nouveau composé, et des mois à exécuter et à améliorer la synthèse en laboratoire. Ce nouvel outil aidera les chimistes à utiliser leur puissance cérébrale dans d'autres domaines précieux comme la découverte moléculaire.

Les chercheurs chimistes seraient en mesure de générer des molécules selon leurs besoins au lieu de les acheter auprès de fournisseurs et de les éliminer en vrac. L'outil pourrait être bénéfique non seulement dans le domaine de la chimie, mais également dans de nombreux autres domaines technologiques impliquant la recherche et le développement de petites molécules.

Graphiques de possibilités synthétiques émergeant de la cible et s'étendant avec le nombre. d'itérations de recherche

Avec des méthodologies non automatisées, les changements mineurs et négligeables peuvent avoir un impact énorme sur le débit et la pureté des composés générés, ce qui rend difficile la reproduction d'une synthèse antérieure. La synthèse chimique automatisée, quant à elle, génère des procédures reproductibles qui accélèrent et démocratisent la production.

Référence :ScienceDirect | est ce que je:10.1016/j.chempr.2018.02.002 | DARPA

Selon les développeurs, Make-It garantit une reproductibilité précise. Étant donné que les parcours sont exécutés par des instructions informatiques, cela n'entraîne pas de variabilité d'un laboratoire à l'autre.

Les appareils de synthèse Make-It offrent une solution plus propre, plus sûre et sécurisée. Il n’est pas nécessaire de manipuler physiquement des produits chimiques nocifs comme des explosifs. De plus, ces appareils nécessitent de faibles volumes de solvant, produisant moins de déchets.

Autres outils similaires

De nombreux autres instituts et organisations explorent différentes manières de développer des outils capables de concevoir automatiquement de nombreuses options de voies chimiques. L’outil d’optimisation du chemin moléculaire de Grzybowski Scientific Inventions (GSI) permet aux scientifiques de filtrer des millions de points de données et de trouver les meilleures voies pour la découverte de médicaments et la chimie médicinale. L'outil est disponible dans le commerce.

Des chercheurs de l’Université de Glasgow travaillent actuellement sur des outils peu coûteux permettant d’imprimer en 3D des réacteurs portables pour fabriquer des composés particuliers en déplacement. Le MIT applique également son expertise sur les modèles d'apprentissage automatique pour faciliter la découverte de médicaments.

Synthétiseur chimique automatisé | Crédit : MIT

L’image ci-dessus montre le synthétiseur chimique automatisé du MIT, dans lequel les produits chimiques s’écoulent dans les réacteurs alignés verticalement. Un bras robotique peut insérer, réorganiser ou retirer ces réacteurs chimiques pour réaliser des synthèses conçues par ordinateur.

L'Université Purdue a mis au point un processus de dépistage à haut débit qui utilise des logiciels de traitement de données, des robots, des détecteurs sensibles et des dispositifs de manipulation de liquides pour effectuer rapidement des millions de tests génétiques et pharmacologiques.

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Ce qui est passionnant avec Make-IT de la DARPA, c’est qu’il vise à générer n’importe quelle molécule, s’adressant non seulement aux produits pharmaceutiques mais à tous les domaines de la défense. Dans les années à venir, les chercheurs utiliseront des instruments analytiques avancés pour intégrer la classification en temps réel d'un processus de synthèse et développer des composés plus complexes.