Concevoir de meilleurs filtres à eau avec l’IA

Même les meilleurs filtres à eau laissent passer certaines choses, mais concevoir des matériaux améliorés puis les tester prend du temps et est difficile. Désormais, les chercheurs de Sciences centrales de l’AEC rapportent que l’intelligence artificielle (IA) pourrait accélérer le développement de matériaux prometteurs. Dans une étude de preuve de concept, ils ont simulé différents modèles de groupes hydrophile et hydrophobe recouvrant la membrane poreuse d’un filtre et ont trouvé des arrangements optimaux qui devraient laisser passer l’eau facilement et ralentir certains contaminants.

Les systèmes de filtration, allant des accessoires de robinet aux systèmes industriels de la taille d’une pièce, nettoient l’eau pour la consommation et d’autres utilisations. Cependant, les membranes de filtration actuelles ont du mal si l’eau est extrêmement sale ou contient de petites molécules neutres, telles que l’acide borique, un insecticide couramment utilisé sur les plantes cultivées. En effet, les matériaux poreux synthétiques sont généralement limités au tri des composés par taille ou par charge. Mais les membranes biologiques ont des pores constitués de protéines, telles que l’aquaporine, qui peuvent séparer l’eau des autres molécules par leur taille et leur charge en raison des différents types de groupes fonctionnels, ou collections d’atomes, tapissant les canaux. Inspirés à faire de même avec un matériau poreux synthétique, M. Scott Shell et ses collègues ont voulu utiliser des ordinateurs pour concevoir l’intérieur d’un pore de nanotube de carbone pour filtrer l’eau contenant de l’acide borique.

Les chercheurs ont simulé un canal de nanotubes de carbone avec des groupes hydroxyle (attirant l’eau) et/ou méthyle (repoussant l’eau) attachés à chaque atome sur la paroi interne. Ensuite, ils ont conçu et testé des milliers de modèles de groupes fonctionnels avec des algorithmes d’optimisation et l’apprentissage automatique, un type d’IA, pour évaluer la vitesse à laquelle l’eau et l’acide borique se déplaceraient à travers les pores. Voici ce qu’ils ont trouvé :

Selon les chercheurs, cette étude démontre l’utilité de l’IA pour développer des membranes de purification de l’eau dotées de nouvelles propriétés et pourrait constituer la base d’un nouveau type de système de filtration. Ils ajoutent que l’approche pourrait être adaptée pour concevoir des surfaces qui pourraient avoir des interactions uniques avec l’eau ou d’autres molécules, telles que des revêtements qui résistent à l’encrassement.