Nottingham: labo IA et robotique pour revêtements thermiques

Des chercheurs du Centre d’excellence pour l’ingénierie des revêtements et des surfaces de l’université de Nottingham ont développé un laboratoire autonome combinant intelligence artificielle et robotique pour accélérer la découverte de matériaux capables de résister à de très hautes températures. Le système vise notamment à optimiser des revêtements de barrière thermique, essentiels dans des secteurs comme l’aérospatiale, l’énergie et les procédés industriels fonctionnant dans des conditions extrêmes. La plateforme automatise plusieurs étapes habituellement réalisées séparément par des chercheurs : mesure et mélange précis d’ingrédients chimiques, dépôt de liquides, transfert des échantillons, traitement dans un four à haute température, refroidissement contrôlé puis récupération des matériaux traités. Deux bras robotiques, un outil spécifique de dosage liquide, des équipements de laboratoire et un logiciel conçu sur mesure coordonnent l’ensemble du processus. Cette automatisation complète un autre objectif important du laboratoire : le choix intelligent des expériences à mener. Le système utilise une méthode d’apprentissage actif, un type d’intelligence artificielle qui s’appuie sur les résultats des essais précédents pour déterminer les compositions suivantes à tester. Cette approche a permis aux chercheurs d’identifier et de préparer plusieurs candidats présentant une structure cristalline particulière, connue sous le nom de pyrochlore, et considérés comme prometteurs pour des applications de revêtements thermiques. L’intérêt de ces matériaux réside dans leur capacité à réduire la chaleur transférée vers les pièces protégées. Une barrière thermique agit comme un bouclier : moins elle conduit la chaleur, plus elle peut protéger des composants soumis à des températures élevées, comme certaines pièces de moteurs aéronautiques. Automatiser la préparation de ces matériaux pourrait donc contribuer à découvrir plus rapidement des revêtements plus efficaces et mieux adaptés aux environnements extrêmes. Le principal défi technique était de faire fonctionner ensemble la préparation chimique, la manipulation des échantillons et le traitement à haute température de manière fiable. Les robots sont déjà utilisés dans certains laboratoires pour répéter des tâches simples, mais connecter ces étapes complexes dans un seul flux de travail est plus difficile, surtout lorsque la manipulation de liquides doit être associée à un usage de fours. Les chercheurs de Nottingham ont réalisé des expériences de calibration pour vérifier l’exactitude du dosage de différents liquides, puis ont démontré que le système pouvait produire automatiquement une solution précurseur, l’amener au four, gérer le refroidissement et récupérer l’échantillon fini. Les auteurs soulignent que cette démarche pourrait rendre la recherche sur les matériaux avancés plus cohérente, plus reproductible et plus rapide. En réduisant les interventions manuelles répétitives, le laboratoire autonome offre une base pour des expérimentations à plus haut débit, dans lesquelles un nombre plus important de compositions pourrait être testé en moins de temps. Le projet a été présenté par Tanvir Hussain, professeur d’ingénierie des revêtements et des surfaces, et par Mohammadreza Lalegani Dezaki, chercheur en ingénierie mécanique et industrielle. Ils expliquent que le travail démontre une voie concrète pour relier plusieurs opérations de laboratoire en un seul flux robotisé coordonné. Les travaux ont été publiés dans la revue Engineering Applications of Artificial Intelligence et dans un article scientifique déposé sur la plateforme ChemRxiv.