PhAI : un système d’IA qui détermine la phase des rayons X diffractés par les cristaux

Un trio de chimistes de l’Université de Copenhague a développé une application d’IA qui peut être utilisée pour déterminer la phase des rayons X diffractés par les cristaux dans le cadre des efforts visant à prédire la structure des petites molécules.

Dans leur article publié dans la revue ScienceAnders Larsen, Toms Rekis et Anders Madsen décrivent comment ils ont développé leur système et son bon fonctionnement lors des tests.

Au cours des dernières années, des chimistes et des informaticiens ont collaboré pour créer des applications d’IA qui peuvent être utilisées pour aider les chimistes dans diverses applications. De telles applications sont tout à fait adaptées en raison de la manière dont une grande partie de la chimie se fait par essais et erreurs.

À titre d’exemple, une application d’intelligence artificielle a récemment été développée pour prédire les structures des protéines. Dans le cadre de cette nouvelle initiative, les chercheurs ont utilisé l’intelligence artificielle pour créer une application capable de faire la même chose pour les petites molécules.

Comme le soulignent les chercheurs, le processus actuel de prédiction de la structure d’une petite molécule donnée consiste à convertir des lots de ces molécules en cristaux solides, puis à leur envoyer des faisceaux de rayons X. Les électrons du faisceau de rayons X rebondissent après avoir frappé le cristal selon un certain schéma. En analysant ce schéma, les chimistes peuvent déterminer la structure des molécules qui composent le cristal.

Mais il y a un hic : s’il est relativement facile de mesurer l’intensité des rayons X pendant le tir, les chercheurs ne peuvent pas mesurer leur phase. De ce fait, ils doivent souvent deviner, ce qui conduit souvent à ce qu’ils décrivent comme des motifs de diffraction flous. Dans cette nouvelle étude, le trio de chercheurs a trouvé un moyen d’utiliser l’IA pour trouver le caractère unique des motifs même s’ils sont flous.

Pour créer leur application d’IA, qu’ils ont appelée PhAI, l’équipe a utilisé des modèles informatiques pour créer des millions de fausses structures de petites molécules et pour ensuite calculer les modèles de diffraction flous qui seraient produits en raison de leurs mauvaises structures cristallines.

Ils ont ensuite utilisé les résultats pour entraîner l’IA sur la relation entre les cristaux et les motifs flous produits. Cela leur a permis d’obtenir les informations de phase et d’intensité dont ils avaient besoin, ainsi que des résultats pour des millions de molécules possibles. Ils ont utilisé ces informations pour effectuer la formation finale.

Les tests du système ont montré qu’il était capable de prédire avec précision la structure de 2 400 petites molécules réelles dont la structure était déjà connue. L’équipe de recherche prévoit de poursuivre ses travaux, dans l’espoir d’étendre les capacités de PhAI au-delà de 50 molécules atomiques.

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