Comment Material Projects, Google DeepMind et l’A-Lab accélèrent le développement de nouveaux matériaux

Material Projects, une base de données en libre accès du Berkeley Lab, permet aux chercheurs d’accéder à des informations cruciales sur divers matériaux, Google DeepMind a permis avec son outil GNoME d’y ajouter 380 000 structures cristallines. Certains des calculs de GNoME ont été utilisés avec les données du projet Materials pour tester A-Lab, un laboratoire futuriste du Berkeley Lab, combinant robotique et IA pour accélérer la découverte de nouveaux matériaux.

Fondé en 1931, le Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), est un laboratoire national multiprogramme géré par l’Université de Californie pour le compte de l’Office of Science du département de l’Énergie des États-Unis. Le laboratoire A-Lab, qui y est installé, a démarré ses activités en février dernier et fonctionne 24h/24, 7 jours/7.

Material Projects : une base de données pour la découverte de matériaux

Lancé en 2011 par le Berkeley Lab, le Materials Project est le dépôt d’informations en libre accès sur les matériaux inorganiques qui compte le plus grand nombre d’utilisateurs (400 000) dans le monde. En calculant les propriétés des matériaux connus ou prédits, il permet aux chercheurs de se concentrer sur des matériaux prometteurs pour les technologies futures, comme des alliages plus légers qui permettraient d’économiser le carburant, des cellules solaires plus efficaces pour stimuler les énergies renouvelables ou des transistors plus rapides pour la prochaine génération d’ordinateurs.

Google DeepMind a utilisé les informations du projet Materials pour développer l’outil  GNoME, basé sur le deep learning, qui a permis la découverte de 2,2 millions de nouveaux cristaux, dont 380 000, considérés comme stables et prometteurs pour des applications technologiques futures, ont été ajoutés à la base de données de Material Projects.

L’ensemble de données comprend la façon dont les atomes d’un matériau sont disposés (la structure cristalline) et sa stabilité (énergie de formation).

Kristin Persson, fondatrice et directrice du Materials Project au Berkeley Lab et professeure à l’UC Berkeley, explique :

“Nous devons créer de nouveaux matériaux si nous voulons relever les défis environnementaux et climatiques mondiaux. Grâce à l’innovation dans les matériaux, nous pouvons potentiellement développer des plastiques recyclables, exploiter l’énergie résiduelle, fabriquer de meilleures batteries et construire des panneaux solaires moins chers qui durent plus longtemps, entre autres choses”.

A-Lab : l’automatisation guidée par l’IA pour la synthèse de nouveaux matériaux

Dirigé par la scientifique Yan Zeng, le laboratoire A-Lab utilise des robots guidés par l’IA pour effectuer les étapes complexes du processus de synthèse de matériaux. Cette automatisation permet de traiter 50 à 100 fois plus d’échantillons par jour que ne le ferait un chercheur humain, accélérant considérablement le rythme de découverte.

En seulement 17 jours , A-Lab a permis de créer 41 nouveaux composés prédits par le Materials Project sur une tentative de 58, soit un rythme de plus de deux nouveaux matériaux par jour, là où il aurait fallu des mois à un chercheur humain. Les données du GNoME ont été utilisées comme vérification supplémentaire de la stabilité de ces matériaux prévus.

Gerd Ceder, chercheur principal d’A-Lab et scientifique au Berkeley Lab et à l’UC Berkeley, conclut :

“Nous avons eu ce taux de réussite stupéfiant de 71 %, et nous avons déjà quelques moyens de l’améliorer. Nous avons montré que la combinaison de la théorie et des données avec l’automatisation donne des résultats incroyables. Nous pouvons fabriquer et tester des matériaux plus rapidement que jamais, et l’ajout de points de données supplémentaires au projet sur les matériaux signifie que nous pouvons faire des choix encore plus intelligents”.

Références : blog Berkeley Lab

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