L'IA à la recherche de la super-batterie
La recherche de matériaux adéquats pour de nouvelles batteries est longue. Des chercheurs ont analysé 32 millions de substances à l'aide de l'intelligence artificielle et ont trouvé une solution.
C'est l'une des nombreuses promesses de l'intelligence artificielle : cette technologie devrait accélérer massivement la recherche de nouveaux matériaux et molécules et aider ainsi à résoudre certains des problèmes les plus urgents de notre époque. Les spécialistes espèrent obtenir des plans de construction chimique pour de meilleurs catalyseurs, des batteries plus performantes et d'autres substances inédites. Aujourd'hui, une équipe de Microsoft, en collaboration avec le Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), un institut de recherche du ministère américain de l'énergie, a annoncé avoir franchi une étape importante vers la réalisation de cette vision. A l'aide d'une IA, ils ont filtré un matériau jusqu'alors inconnu parmi 32 millions de substances possibles et l'ont ensuite synthétisé en laboratoire. Selon les chercheurs, cette substance a un grand potentiel de stockage d'énergie efficace en termes de ressources. Les résultats n'ont pas encore été vérifiés de manière indépendante.
Normalement, la recherche sur de nouvelles substances chimiques est un processus complexe, coûteux et de longue haleine. Il faut généralement des années, voire des décennies, pour trouver, fabriquer et tester de nouveaux composés. Par exemple, le développement de la batterie lithium-ion, aujourd'hui très répandue, a pris environ deux décennies. Aujourd'hui, l'ensemble du processus - de la recherche de matériaux candidats appropriés à la sélection, aux tests et à la fabrication d'un prototype de batterie - a été réduit à neuf mois. "Nous sommes à l'aube d'une nouvelle ère de découvertes scientifiques", a déclaré Jason Zander, vice-président de la stratégie et des technologies chez Microsoft, cité dans un communiqué de presse. "Notre succès dans la recherche d'un nouveau matériau de batterie à l'aide de l'IA n'est qu'un exemple parmi d'autres de la façon dont notre approche innovante de la recherche sur les matériaux peut améliorer notre vie quotidienne à l'avenir."
La plateforme "Azure Quantum Elements" de Microsoft fait appel à différents systèmes d'IA, au cloud computing, à des ordinateurs haute performance et, dans un avenir plus lointain, à un ordinateur quantique, et les combine entre eux. L'équipe a d'abord entraîné une IA à déterminer les combinaisons possibles des différents éléments chimiques pour cette application particulière. L'algorithme a ensuite proposé 32,6 millions de candidats. Les scientifiques ont ensuite utilisé un autre système d'IA pour déterminer tous les matériaux qui forment une configuration stable dans des conditions naturelles. Un troisième outil d'IA a filtré les molécules qui, sur la base de leur réactivité et de leur conductivité ionique, pouvaient être considérées comme des matériaux de batterie. Il restait environ 800 substances. Tous les modèles d'IA utilisés pour ce processus de sélection sont basés sur un réseau neuronal graphique. De tels réseaux peuvent traiter des données qui peuvent être représentées dans des graphes.
La recette est déjà testée
L'IA est peut-être rapide, mais elle manque de la précision nécessaire à la recherche sur les matériaux. Les chercheurs ont donc ensuite utilisé des ordinateurs classiques à haute performance pour simuler, par exemple, la dynamique moléculaire des matériaux restants. La liste s'est ainsi réduite à 150 candidats. Enfin, les scientifiques ont évalué la disponibilité, le coût et de nombreux autres paramètres, ce qui a permis d'identifier 23 matériaux, dont cinq étaient déjà connus. Tout cela n'aurait pris que 80 heures, sans compter le temps de formation et de programmation. La sélection finale du matériau qui avait le plus de chances de réussir sur tous les points requis a été effectuée par les experts du PNNL.
La formule de l'électrolyte solide qui va être testée au centre de recherche du ministère de l'énergie contient à la fois du lithium et du sodium, ainsi que quelques autres éléments. Cela permettrait de réduire considérablement la teneur en lithium des batteries, peut-être jusqu'à 70 pour cent. Auparavant, on pensait que le sodium et le lithium ne faisaient pas très bon ménage. Le lithium étant déjà relativement rare et cher et son extraction ayant de nombreux effets négatifs sur l'environnement, les chercheurs en matériaux du monde entier sont depuis longtemps à la recherche d'alternatives. En outre, les électrolytes solides sont considérés comme plus sûrs que les versions liquides ou en gel traditionnelles et ils offrent une densité énergétique plus élevée. Ainsi, le développement commercial d'un tel stockage d'énergie présenterait d'énormes avantages environnementaux, sécuritaires et économiques.
Ce n'est pas tant ce matériau de batterie particulier qui est en cause, mais plutôt la vitesse à laquelle il a été identifié.
Brian Abrahamson, directeur du département numérique du PNNL, précise toutefois que ce matériau n'en est malgré tout qu'à un stade précoce de recherche. Selon lui, sa composition chimique exacte doit encore être optimisée et il pourrait encore s'avérer inadapté lors d'essais à plus grande échelle. "Ce n'est pas tant ce matériau de batterie particulier qui est en cause, mais plutôt la vitesse à laquelle il a pu être identifié", a-t-il déclaré. Selon lui, c'est le goulot d'étranglement décisif qui freine la recherche. En effet, le nombre de compositions de matériaux à étudier et à analyser pour trouver des solutions innovantes pourrait bien dépasser le nombre d'atomes dans l'univers connu.
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Photo d'en-tête : Shutterstock / IM Imagery
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