Un scientifique dans un laboratoire de Milan examine ce qui ressemble à un morceau de plexiglas ordinaire, passant une main gantée le long de son bord. Mais si l’équipe de cette startup italienne est sur la bonne voie, cette feuille de plastique semi-transparente teintée de marron pourrait devenir une fenêtre de gratte-ciel produisant de l’électricité à partir de la lumière du soleil.
L’idée d’utiliser du verre pour produire de l’énergie existe depuis un certain temps, mais la startup israélienne Materials Zone travaille avec des collègues de Glass to Power à Milan pour trouver la combinaison précise de minuscules nanoparticules à incorporer dans le plastique pour faire de ce rêve une réalité, produire des fenêtres pour les immeubles de grande hauteur qui produisent de l’électricité à partir du soleil.
« Cela permettra aux gratte-ciel du monde d’utiliser les surfaces verticales de leurs bâtiments pour créer de l’énergie, rendant les villes beaucoup plus vertes », déclare Sergio Brovelli, président du comité scientifique de Glass to Power et professeur à l’Université de Milan-Bicocca. Mais d’abord, les scientifiques doivent examiner une grande quantité de données provenant d’expériences pour déterminer la composition exacte du nouveau matériau générateur d’énergie.
« Chaque fois que nous ajustons ou modifions une petite chose, nous devons à nouveau examiner les performances du matériau et la corrélation entre les performances réelles et les performances requises, et fondamentalement, ce sont des tonnes de données à enregistrer et à analyser », déclare Brovelli, soulignant l’un des plus grands défis dans le domaine de la science des matériaux, qui utilise la chimie, la physique et l’ingénierie pour développer des matériaux nouveaux et innovants.
La science nécessaire à Glass to Power et à bien d’autres peut désormais évoluer beaucoup plus rapidement grâce à la plateforme Materials Zone, qui utilise l’apprentissage automatique et l’intelligence artificielle pour collecter et analyser les résultats de plusieurs expériences de laboratoire, permettant une recherche guidée et basée sur les données.
« Si nous n’avions pas cet outil de Materials Zone, nous aurions besoin de plus de personnes et de plus de temps pour faire notre travail », déclare Brovelli. « Cette plate-forme nous aide à avancer sur notre projet actuel et sera essentielle pour nous permettre d’étendre nos solutions à d’autres domaines, y compris la fabrication de meilleures machines à rayons X, des voitures autonomes plus sûres et des serres qui donnent aux plantes exactement la quantité de lumière ils ont besoin. »
Des produits révolutionnaires comme ceux-ci dépendent tous de nouveaux matériaux.
« Une grande partie de l’avenir de l’innovation dépend des percées dans la science des matériaux », déclare Jon Medved, PDG de OurCrowd, une plateforme d’investissement en actions basée à Jérusalem qui investit actuellement dans Materials Zone.
La création de nouveaux matériaux nécessite d’innombrables heures de recherche en laboratoire qui produisent des tonnes de données, qui doivent être suivies et analysées afin de passer à l’étape suivante, avec de nombreuses autres expériences pour trouver la combinaison parfaite d’ingrédients.
« Il faut des années pour découvrir de nouveaux matériaux », déclare Assaf Anderson, fondateur et PDG de Materials Zone. La société héberge une équipe interdisciplinaire de scientifiques des matériaux, de scientifiques des données et d’ingénieurs en logiciel. « Vous avez besoin de centaines d’expériences, et aujourd’hui, il s’agit essentiellement d’essais et d’erreurs. »
L’amélioration de la collecte et du traitement des données peut aider à accélérer les choses et à réduire les coûts, explique M. Anderson, soulignant comment l’industrie pharmaceutique a adopté les mégadonnées pour favoriser la découverte et le développement de médicaments, ce qui a conduit à l’émergence de la bioinformatique.
« Vous n’avez pas vraiment d’informatique matérielle, mais c’est exactement ce dont nous avons besoin », déclare Anderson. C’est ce que propose Materials Zone.
Parmi les autres sociétés utilisant Materials Zone, citons Forge Nano, basée au Colorado, qui fabrique des revêtements personnalisés à base de nanoparticules qui peuvent tout faire, de la protection des produits contre la corrosion à l’amélioration de leur capacité à conduire l’électricité ; et 3DB, basée en Israël, qui travaille à la fabrication de meilleures batteries lithium-ion qui alimentent de petites machines, comme des dispositifs médicaux portables. Des instituts de recherche axés sur le développement de nouveaux matériaux, notamment l’Istituto Italiano di Tecnologia et le Helmholtz Zentrum Berlin, utilisent également la plateforme.
À son niveau le plus élémentaire, Materials Zone collecte et organise les données d’expérience provenant d’instruments scientifiques, de systèmes et de bases de données obsolètes ou hérités, de cahiers de laboratoire, de feuilles Excel et d’autres sources. « Les données sont la clé, non seulement pour les collecter plus efficacement, mais aussi pour leur donner un sens », déclare Yair Arzi, directeur de l’exploitation et directeur financier de l’entreprise.
Ensuite, une série d’algorithmes suggère quels tests ou expériences doivent être effectués ensuite – et leurs résultats attendus.
« Cela crée une matrice de différentes options et de différents résultats, et crée une image de ce qui sera la meilleure stratégie à l’avenir », déclare Brovelli.
Dans certains cas, des expériences peuvent être ignorées ou des étapes réduites.
« Non seulement notre plate-forme réduit le nombre d’expériences et raccourcit les délais de mise sur le marché, mais elle permet également d’économiser sur les coûts et la pollution causés dans certains cas par d’autres expériences », déclare Arzi. Il donne un exemple simple d’une expérience pour vérifier comment le matériau résiste à la chaleur ; le matériau est d’abord chauffé à 50 degrés pour évaluer sa résistance, puis le système peut analyser les données et dire aux scientifiques de faire la prochaine expérience à 70 degrés, en supprimant tous les tests entre 51 et 69 degrés. Il est encore plus puissant lorsque les scientifiques essaient de résoudre des problèmes avec plus d’entrées et de variables.
« Nous avons pu démontrer qu’en utilisant notre plateforme, en seulement deux mois, les résultats sont devenus cinq fois meilleurs que les résultats précédents obtenus après cinq ans de travail », déclare Arzi.
La plateforme de Materials Zone travaille pour la recherche dans de nombreux domaines, dont le stockage d’énergie, les semi-conducteurs et l’industrie automobile. Il est particulièrement utile pour les entreprises travaillant sur l’énergie durable et développant des matériaux à moindre impact environnemental, comme le béton qui peut être fabriqué avec moins de rejet de carbone. L’outil de données peut également être utile à ceux qui cherchent à améliorer les processus de fabrication ou à évoluer pour fabriquer plus d’un produit.
Brovelli s’attend à ce que Materials Zone soit encore plus utile lorsque son équipe passera de la concentration sur les gratte-ciel producteurs d’énergie à d’autres applications similaires de son nouveau matériau. Il dit que la même idée de nanoparticules spéciales incorporées dans du plastique ou d’autres matériaux pour aider à absorber, mesurer ou détecter l’énergie lumineuse a de nombreuses applications : permettre aux serres de filtrer la lumière exactement de la bonne manière pour chaque plante ; permettre aux voitures autonomes d’utiliser des particules lumineuses pour se détecter et communiquer entre elles sur les routes ; et permettant aux rayonnements médicaux et aux appareils à rayons X de fournir des rayons plus précis adaptés au cas de chaque patient.
« Même si les matériaux de base sont les mêmes, les différentes applications nécessitent des fonctionnalités et des combinaisons légèrement différentes, ce qui prend beaucoup de temps à comprendre », déclare Brovelli. « Materials Zone va nous permettre de faire ça, de trouver cet équilibre. »
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