Tous les scientifiques peuvent apprendre en voyant le monde à l’échelle nanométrique


Le Dr Andy Stewart de l’Institut Bernal souhaite que chaque scientifique puisse comprendre les matériaux à partir des molécules.

La carrière universitaire du Dr Andy Stewart l’a conduit de l’Université de Glasgow, où il a terminé son doctorat, à Cornell, Stony Brook, Oxford, Mayence et, maintenant, à l’Université de Limerick.

À l’Institut Bernal, l’Université de Limerick a réuni une équipe multidisciplinaire de scientifiques et d’ingénieurs en matériaux de renommée mondiale, dont Stewart.

Les recherches de Stewart repoussent les limites de notre compréhension de la structure des matériaux jusqu’au nanomètre grâce au développement de techniques de diffraction des rayons X et d’électrons et de diffusion. Son objectif? Automatiser l’utilisation des microscopes électroniques afin que tout chercheur puisse bénéficier d’une vision du monde à l’échelle nanométrique.

«  Tout, du changement climatique à la compréhension des matériaux biodégradables en passant par la production alimentaire, sera touché par la capacité de savoir pourquoi les matériaux se comportent comme ils le font  »
– DR ANDY STEWART

Qu’est-ce qui vous a poussé à devenir chercheur?

Je ne me suis jamais lancé dans le but de devenir chercheur. J’ai juste continué à vouloir comprendre de nouvelles choses et j’ai suivi les opportunités d’apprendre et de rechercher de nouveaux sujets qui devenaient disponibles. Après plusieurs années à faire cela, j’ai réalisé que j’étais devenu chercheur.

Mon doctorat portait sur la théorie de la résolution des structures cristallines et de comprendre comment l’arrangement des atomes dans les matériaux conduit à différentes propriétés matérielles, nous permettant de comprendre le monde qui nous entoure. Les gens pensent que les cristaux sont ennuyeux, mais vous pouvez le lire maintenant à cause d’un cristal de protéine qui constitue le cristallin de vos yeux.

Je suis allé travailler dans un synchrotron, qui est comme une centrale électrique de production de rayons X par rapport à la production de rayons X de type batterie dans un cabinet de dentiste. Ce sont des endroits incroyables où vous avez tant de nouvelles techniques et idées expérimentales et des équipes de personnes repoussant les limites de ce qui est possible. À partir de là, j’ai eu l’occasion de travailler sur une toute nouvelle technique où l’on pouvait imaginer une cellule entière sans avoir besoin de la découper en morceaux pour la comprendre.

J’ai pris ces idées et j’ai changé le type de rayonnement que j’utilisais des rayons X aux électrons, ce qui a ouvert de nouvelles possibilités et opportunités.

Chaque jour est une occasion unique de comprendre ce qui fait tourner le monde au niveau moléculaire.

Sur quelle recherche travaillez-vous actuellement?

Nous appliquons l’apprentissage automatique et l’intelligence artificielle pour contrôler les microscopes électroniques. Ce sont quelques-uns des instruments les plus essentiels pour comprendre le monde à l’échelle atomique et nanométrique. Mais ils ont un problème important: leurs expériences nécessitent des années de formation pour fonctionner au plus haut niveau. Les instruments nécessitent une surveillance constante et une attention aux détails. Nous développons des algorithmes pour faire le travail fastidieux à notre place et permettre au scientifique de se concentrer sur l’extraction du maximum d’informations des données acquises par ces incroyables machines.

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Nous étudions une large gamme de matériaux mais, à l’échelle nanométrique, presque tout est un cristal. Une nouvelle génération d’environnements échantillons a été développée pour observer la dynamique structurelle de ces matériaux. C’est particulièrement excitant, ouvrant une nouvelle zone pour voir ce qui se passe dans tout, de la façon dont la structure des aliments affecte le goût, l’odeur et la sensation, à la formation de la rouille – le tout à l’échelle atomique et nanométrique.

Plus important encore, nous pouvons commencer à comprendre comment les matériaux se développent lorsqu’ils sont synthétisés et traités dans les usines.

À votre avis, pourquoi votre recherche est-elle importante?

La microscopie électronique à transmission (TEM) a tendance à être un domaine de niche spécialisé où seul un petit groupe de personnes hautement qualifiées peut obtenir les meilleures données ou même savoir laquelle des nombreuses configurations expérimentales de TEM répondra à votre question. Nous espérons rendre cela beaucoup plus accessible et réalisable pour beaucoup plus de chercheurs avec un roulement plus rapide des résultats expérimentaux.

Quelles applications commerciales envisagez-vous pour vos recherches?

Potentiellement partout où il y a un matériau, nous avons une application pour la microscopie électronique automatisée. Comprendre les matériaux à l’échelle nanométrique devient l’un des domaines les plus critiques de la science et de la technologie. Et permettre aux groupes de recherche du monde entier d’obtenir des résultats de la manière la plus rapide, la plus efficace et la plus reproductible possible est la pierre angulaire de la manière dont nous développerons la prochaine génération de matériaux pour résoudre les problèmes mondiaux.

Tout, du changement climatique à la compréhension des matériaux biodégradables en passant par la production alimentaire, sera touché par la capacité de savoir pourquoi les matériaux se comportent comme ils le font, à partir des molécules vers le haut.

Quels sont certains des plus grands défis auxquels vous êtes confronté en tant que chercheur?

L’un des plus grands défis est l’ouverture du logiciel de contrôle. De nombreuses entreprises le considèrent comme un avantage concurrentiel, alors ne nous facilitez pas l’accès à cette possibilité ou même ne la bloquez pas, nous devons donc devenir très créatifs pour résoudre ces problèmes.

Existe-t-il des idées fausses communes sur ce domaine de recherche?

Des cadres supérieurs du domaine m’ont dit que ce que j’essaie de faire – contrôler un TEM de manière automatisée – n’est pas possible. Lorsque nous leur montrons les étapes que nous avons franchies et les modèles développés pour en faire une réalité, nous avons l’une des deux réactions suivantes: l’incrédulité ou « Quand puis-je avoir une copie de ce logiciel? » Nous surmonterons ce problème en mettant gratuitement notre logiciel à la disposition des chercheurs universitaires lors de la publication de nos articles de revues.

Quels sont les domaines de recherche que vous aimeriez voir abordés dans les années à venir?

J’aimerais voir des observations statistiquement significatives effectuées par les TEM. Aujourd’hui, la technique étant lente et coûteuse, seule une poignée d’images est prise comme échantillon représentatif de matériau. J’aimerais voir ce changement là où des milliers d’images sont prises. Des détails peuvent être obtenus concernant la répartition des différences de taille, de forme et de composition du matériau sur des échelles de temps qui permettent aux chercheurs de faire de meilleures prévisions et optimisations sur la production de leurs matériaux.

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