Des physiciens chercheurs du MIT ont mis au point une nouvelle technique qui pourrait un jour fournir un moyen de concevoir sur mesure des nanoparticules multicouches aux propriétés ciblées.

Ainsi, ces nanoparticules pourraient être utilisées dans divers domaines : de la fabrication d’écrans de pointe, aux dispositifs biomédicaux.

Cette technique permettrait également d’ aider les physiciens à résoudre certaines difficultés liées à la recherche.

De quoi s’agit-il ?

Le secteur des nanotechnologies connaît un essor fulgurant depuis une décennie.

En 2009, 1 015 produits de consommation courante contenaient déjà des nanoparticules, contre 54 en 2005. Soit une augmentation de + 1 000 % en quatre ans, avec une production mondiale de plusieurs millions de tonnes de nanoparticules.

Le procédé consiste à fractionner des matériaux connus en de minuscules particules, d’une taille inférieure à celle d’une cellule. Modifiant ainsi leurs propriétés, tout en créant une infinité de nouvelles possibilités.

Le préfixe nano signifie un milliardième. Ainsi, un nanomètre (nm) équivaut à un milliardième de mètre.

La Royal Academy of Engineering définit la nanoscience comme : « l’étude des phénomènes et la manipulation de matériaux aux échelles atomique, moléculaire et macromoléculaire où les propriétés diffèrent significativement de celles à plus grande échelle. »

Selon la norme ISO TS/27687, une nanoparticules est un nano-objet dont les trois dimensions sont à l’échelle nanométrique, c’est-à-dire une particule dont le diamètre nominal est inférieur à 100 nm environne nanoparticule.

Les nanoparticules peuvent être d’origine naturelles : comme les émanations issues des volcans ou de l’érosion.

Elles peuvent aussi être générées artificiellement, soit de manière involontaire, comme conséquence de l’activité humaine : émanations dues à la combustion et au gaz d’échappement. Mais aussi créées sciemment : manipulations chimiques,

Les nanoparticules de synthèse sont actuellement produites par des méthodes diverses : soit par manipulation chimique, ou en agglutinant des atomes (bottum-up),  ou encore par la dégradation des matériaux.

Comment l’IA et les nanoparticules peuvent interagir

L’innovation mise au point par les chercheurs du MIT consiste à utiliser les réseaux neuronaux pour “apprendre” comment la structure d’une nanoparticule affecte son comportement. En l’occurrence, la formation consiste à comprendre comment celle-ci diffuse les différentes couleurs de la lumière, sur la base de milliers d’exemples collectés.

Rappelons que les réseaux neuronaux imitent dans une certaine mesure le fonctionnement du cerveau biologique, c’est une forme d’intelligence artificielle qui « prend corps dans un ordinateur sous forme d’algorithmes. »

Après la formation, le programme peut essentiellement être exécuté pour concevoir une particule avec un ensemble désiré de propriétés de diffusion de la lumière ; un processus appelé conception inverse.

Les chercheurs du MIT ont utilisé le réseau neuronal] sur un système particulier pour la nanophotonique. Un système de nanoparticules sphériques concentriques. Les nanoparticules sont superposées comme un oignon, mais chaque couche est faite d’un matériau différent et a une épaisseur différente.

Les nanoparticules ont des tailles comparables aux longueurs d’onde de la lumière visible ou plus petites, et la façon dont la lumière de différentes couleurs disperse ces particules dépend des détails de ces couches et de la longueur d’onde du faisceau entrant. Le calcul de tous ces effets pour les nanoparticules à plusieurs couches peut être une tâche de calcul intensive pour les nanoparticules à plusieurs couches, et la complexité augmente au fur et à mesure que le nombre de couches augmente.

L’étape suivante consistait essentiellement à exécuter le programme à l’envers, à utiliser un ensemble de propriétés de diffusion souhaitées comme point de départ et à voir si le réseau neuronal pouvait alors calculer la combinaison exacte des couches de nanoparticules nécessaires pour obtenir ce résultat.

Quoi qu’il en soit le domaine des nanotechnologies n’en est encore qu’à ses prémices !

Par la rédaction.