DARPA exploite l'IA pour innover dans les batteries et explosifs

DARPA a développé des outils basés sur l'apprentissage automatique pour produire de nouvelles molécules.

Le programme « Make-It » accélère la découverte chimique pour produits et applications militaires.

Le défi de la synthèse chimique

L'un des défis les plus ardus de la chimie organique moderne : enseigner aux ordinateurs à planifier des synthèses chimiques. Malgré des années de recherche, pas de parcours complets construits par ordinateurs et implémentés avec succès au laboratoire.

Les logiciels/matériels actuels ne gèrent pas une vaste base de connaissances de transformations chimiques, ne naviguent pas efficacement dans les immenses « arbres » de possibilités synthétiques, ni la logique d'ordre supérieur.

Make-It : automatisation de la découverte chimique

DARPA travaille sur un outil logiciel combinant techniques expertes encodées et apprentissage automatique pour prédire des voies synthétiques optimisées selon temps, coût, sécurité, minimisation des déchets.

Make-It vise à libérer les chercheurs pour qu'ils se concentrent sur l'innovation chimique, au lieu de tester de nombreuses voies de synthèse. L'équipe construit des équipements automatisés (concept « un dispositif, plusieurs molécules ») générant les composés souhaités via leur propre base de connaissances et essai-erreur.

Cela accélère la découverte chimique pour produits militaires. Progrès remarquables récents vers cet équipement automatisé.

Permettra une large gamme de produits de défense de nouvelle génération : batteries plus petites et durables, piles à combustible, explosifs plus sûrs, propergols efficaces pour moteurs-fusées, meilleurs adhésifs, peintures, revêtements.

Comment cela aide les chimistes chercheurs ?

Un chimiste passe des dizaines d'heures à créer des voies synthétiques vers un nouveau composé, et des mois à exécuter et affiner la synthèse au labo. Ce nouvel outil aide à utiliser leur intelligence pour la découverte moléculaire.

Les chimistes pourront générer les molécules selon leurs besoins au lieu de les acheter et les jeter en vrac. L'outil bénéficie non seulement à la chimie, mais à de nombreux domaines technologiques impliquant la R&D de petites molécules.

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

Avec méthodes non-automatisées, de petits changements anodins ont un impact énorme sur le débit et la pureté, rendant difficile la reproduction de synthèses antérieures. La synthèse chimique automatisée génère des procédures reproductibles qui accélèrent et démocratisent la production.

Référence : ScienceDirect | doi:10.1016/j.chempr.2018.02.002 | DARPA

Make-It assure une reproductibilité précise : les voies sont exécutées par instructions informatiques, pas de variabilité labo-labo.

Les dispositifs Make-It offrent une solution plus propre, sûre, sécurisée. Pas de manipulation physique de produits chimiques dangereux comme explosifs. Faibles volumes de solvants, moins de déchets.

Outils similaires

D'autres instituts explorent des outils pour concevoir automatiquement des voies chimiques. Grzybowski Scientific Inventions (GSI) : outil d'optimisation de parcours moléculaires, filtre millions de points de données, trouve meilleures routes pour découverte de médicaments. Disponible commercialement.

Université de Glasgow : outils peu coûteux pour imprimantes 3D de réacteurs portables produisant des composés spécifiques à la demande. MIT : modèles ML pour aider la découverte de médicaments.

Synthétiseur chimique automatisé du MIT : produits chimiques s'écoulent dans réacteurs alignés verticalement. Bras robotique insère, réordonne, retire les réacteurs pour exécuter synthèses conçues par ordinateur.

Purdue : criblage haut débit avec logiciels traitement données, robotique, détecteurs sensibles, manipulation de liquides pour millions de tests génétiques/pharmacologiques rapides.

Ce qui est excitant avec Make-It : vise à générer N'IMPORTE QUELLE molécule, pas seulement pharmaceutiques, tous domaines de défense. Dans les années à venir, intégration d'instrumentation analytique avancée pour classification temps réel de synthèse et composés plus complexes.