IA : fabrication automatisée de matériaux atome par atome

Des chercheurs du laboratoire national Oak Ridge, financé par le département de l'Énergie des États-Unis, ont développé un système automatisé utilisant l'intelligence artificielle pour fabriquer des matériaux fonctionnels atome par atome. Cette avancée, publiée en 2025 dans la revue ACS Nano, marque un tournant dans la fabrication de matériaux à l'échelle nanométrique. L'équipe, dirigée par P. Ganesh Narasimha et Arthur P. Baddorf, a réussi à piloter une pointe de microscope ultra-fine pour déplacer des molécules sur une surface de cuivre, sans intervention humaine constante. Le système repose sur une combinaison de vision par ordinateur et d'apprentissage par renforcement. Un algorithme nommé YOLO détecte en temps réel la position des molécules, tandis qu'un modèle d'IA sert de cerveau en évaluant différentes stratégies de manipulation. Chaque déplacement réussi est récompensé numériquement, permettant au système d'apprendre progressivement les paramètres optimaux de courant, de tension et de vitesse pour positionner les atomes sans endommager l'outil. Cette architecture a permis à l'IA de fonctionner plus de vingt-cinq heures de suite pour assembler des structures complexes. Pour valider leur méthode, les scientifiques ont utilisé l'IA pour construire un réseau artificiel de graphène composé de trente-sept molécules disposées en nid d'abeille. Les tests spectroscopiques ont confirmé la réussite du projet : le matériau présente un point de Dirac, une signature électronique identique à celle du graphène naturel. À titre de démonstration de flexibilité, l'IA a également réussi à épeler les initiales du laboratoire avec des molécules isolées. Cette réussite ouvre la voie à une nouvelle ère de conception inverse, où les chercheurs définissent d'abord les propriétés électroniques souhaitées, laissant l'IA déterminer et assembler la structure atomique correspondante. Cette approche pourrait accélérer le développement d'électroniques haute vitesse, de mémoires avancées et de qubits topologiques pour les ordinateurs quantiques. Toutefois, le processus reste actuellement semi-automatisé et lent. Il faut environ une minute pour manipuler une seule molécule, ce qui a nécessité près de neuf cents itérations pour le réseau de graphène. Une maintenance humaine occasionnelle reste également nécessaire pour stabiliser la pointe du microscope. Malgré ces limites, cette intégration entre précision atomique et prise de décision algorithmique pose les bases d'un contrôle programmé de la matière, promettant de profonds progrès dans la science des matériaux et les technologies quantiques.