Grâce à l'intelligence artificielle : Une nouvelle méthode pour la conception ciblée de molécules
Les applications potentielles comprennent les processus industriels, la découverte de médicaments et l'optoélectronique.
L'ingénierie de nouvelles molécules et de nouveaux matériaux dotés de propriétés spécifiques peut permettre des avancées significatives pour les processus industriels, la découverte de médicaments et l'optoélectronique. Cependant, la recherche de nouvelles molécules et de nouveaux matériaux est comparable à la recherche d'une aiguille dans une botte de foin, car le nombre de molécules dans l'espace chimique est de l'ordre inimaginable de 10 à la puissance 60. Cela signifie qu'il y a beaucoup plus de molécules que d'étoiles dans l'univers connu. Des scientifiques de l'université de Leipzig et de l'université de Warwick ont réussi à mettre au point une nouvelle méthode qui permet de concevoir de manière ciblée des molécules et des matériaux aux propriétés spécifiques. Ils viennent de publier les résultats de leurs recherches dans "Nature Computational Science".
L'image montre comment les molécules sont créées à partir d'une boîte. Grâce à l'intelligence artificielle, ces molécules peuvent ensuite être passées au crible avec d'autres modèles, représentés par les deux boîtes adjacentes. Cela permet d'identifier les molécules qui ont des propriétés spécifiques et souhaitées.
Joe Gilkes
Les chercheurs ont combiné diverses méthodes d'intelligence artificielle dans leurs expériences. Le premier auteur, la professeure adjointe Julia Westermayr de l'Institut de chimie physique et théorique Wilhelm Ostwald de l'université de Leipzig, explique : "Un modèle a appris à prédire les propriétés chimiques quantiques des molécules, tandis que l'autre a appris comment ces molécules sont construites." Elle ajoute que le premier modèle est nécessaire pour permettre un haut degré de précision lors du criblage des propriétés, car les méthodes classiques de calcul des propriétés mécaniques quantiques prennent beaucoup de temps et nécessitent une puissance de calcul considérable. Dans un processus itératif qui implique la répétition des étapes jusqu'à ce qu'un certain objectif soit atteint ou que certains critères soient remplis, les chercheurs ont ensuite utilisé les deux modèles pour générer de nouvelles molécules et les filtrer en fonction de certaines propriétés. "À chaque tour, le modèle de conception a appris comment les molécules les mieux adaptées sont construites et a donc prédit spécifiquement des molécules aux propriétés optimisées pour le tour suivant", explique M. Westermayr.
Les bases de cette étude ont été jetées par Rhyan Barrett lors d'un stage à l'université de Warwick en Angleterre, financé par le réseau AI4SD (Artificial Intelligence and Augmented Intelligence for Automated Investigations for Scientific Discovery).
Des molécules aux propriétés optimisées
"Nous avons été particulièrement surpris de pouvoir utiliser l'intelligence artificielle pour trouver des modèles dans les données qui ont conduit à des propriétés optimisées", explique Rhyan Barrett. Enfin, les chercheurs ont réussi à optimiser plusieurs propriétés. Il est donc possible d'utiliser la méthode pour trouver des solutions Pareto-optimales. Une solution Pareto-optimale existe lorsque la solution de plusieurs propriétés optimisées a été trouvée et que les propriétés individuelles ne peuvent s'améliorer que si une autre propriété se dégrade dans le processus.
La méthode développée a été utilisée pour concevoir des molécules organiques fonctionnelles pertinentes pour l'optoélectronique. Ces nouveaux matériaux plus efficaces pourraient être utilisés dans des domaines tels que l'industrie de l'énergie solaire, l'éclairage LED, la technologie d'affichage, le stockage de données, la technologie des capteurs et les fibres optiques dans la technologie des communications. La nouvelle méthode peut également être transférée à d'autres domaines. Parmi les autres domaines d'application potentiels, citons le développement de principes actifs pour de nouveaux médicaments aux propriétés ciblées et améliorées, efficaces contre des maladies spécifiques. La conception moléculaire peut également être utilisée dans le domaine de l'ingénierie environnementale pour développer de nouveaux procédés de purification des eaux usées et de l'air. En biotechnologie, de nouveaux biocatalyseurs et enzymes sont développés sur la base de la conception de molécules ayant des fonctions spécifiques.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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