AI versnelt ontdekking nieuwe materialen en eiwitten

De ontwikkeling van nieuwe materialen is een complexe aangelegenheid. Zo bepaalt de precieze moleculaire samenstelling van een materiaal de eigenschappen ervan – zoals hardheid, oplosbaarheid en ontvlambaarheid. Via chemische reacties tussen atomen, de kleinst mogelijke deeltjes, kunnen geheel nieuwe moleculen worden gemaakt die aansluiten bij een bepaalde toepassing. Op het gebied van duurzaamheid zijn er dan ook talloze mogelijkheden, zoals materialen die kunnen worden afgebroken zonder giftige bijproducten, of materialen die gemakkelijk CO₂ aan zich kunnen binden.

Middels generatieve AI komt het ontdekkingsproces van dergelijke waardevolle innovaties in een stroomversnelling terecht. Het via ‘trial-and-error’ doorploegen van alle mogelijke combinaties van stoffen in een laboratorium is praktisch ondoenlijk, en ook een computersimulatie van diezelfde combinaties is een weinig efficiënte exercitie.

“Maar door het toepassen van generatieve AI keren we het proces om”, zegt Bernd Ensing. Als assistent-professor Computationele Scheikunde aan de Universiteit van Amsterdam ontwikkelt hij algoritmes en software die helpen om eigenschappen van moleculen en reacties tussen atomen te begrijpen. “Je begint simpelweg met de gewenste eigenschappen waarna nieuwe kansrijke moleculen door het model worden gepresenteerd. Voorheen wist je voornamelijk wat er niet goed werkte, en dan was het een kwestie van eindeloos proberen in het lab.”

Een ambitieuze partij in de hoek van materiaalcreatie is Orbital Materials. Het Britse bedrijf werkt sinds zijn oprichting in 2022 aan een model speciaal voor het ontwerpen van materialen die duurzaamheid en gezondheid moeten bevorderen, waaronder duurzame brandstoffen voor vliegtuigen en filters die water zuiveren van specifieke gifstoffen. Vanuit de ontwerpfase maakt Orbital Materials tevens de stap naar daadwerkelijke productontwikkeling; het eerst geplande product is een apparaat dat CO₂ uit de lucht absorbeert, een innovatie die volgens Ensing extra relevant is nu naar nuttige toepassingen van het broeikasgas wordt gezocht. “Denk bijvoorbeeld aan het verstevigen van beton en het creëren van polymeren voor de productie van frisdrankflessen.” In de verdere toekomst ziet het bedrijf mogelijkheden in het ontwerp van lichtgewicht metalen voor auto’s en materialen die de mogelijkheden van 3D-printen nog verder kunnen uitbreiden.

Volgens Gartner zal al in 2025 meer dan 30 procent van de nieuwe materialen worden ontdekt door generatieve AI. Toch is het aantal startups dat hiermee aan de slag is voorlopig beperkt; Orbital Materials weet zich omringd door de Amerikaanse bedrijven Multiscale Technologies en Aionics. Die laatste legt zich exclusief toe op het ontwerp van nieuwe stoffen voor in batterijen. Samen haalden zij de afgelopen jaren een bedrag van 14,7 miljoen dollar op.

Meer aandacht vanuit investeerders is er voor bedrijven die volledig nieuwe proteïnen – ook wel bekend als eiwitten – ontwerpen. Deze kunnen worden gemanipuleerd om specifieke functies uit te voeren, zoals plastic afbreken, verontreiniging uit water verwijderen en gewassen helpen wapenen tegen bepaalde ziekten. Het Nederlandse Cradle automatiseert een deel van het onderzoek middels een machine learning-model dat zich op basis van een grote dataset de verbanden tussen specifieke eiwitstructuren en hun functies heeft eigengemaakt. Vanuit deze kennis en aan de hand van instructies over de gewenste functies kan het model virtueel nieuwe proteïnen genereren, waarna de daadwerkelijk gemanipuleerde proteïnen in het laboratorium kunnen worden getoetst op effectiviteit voor het beoogde doel.

Het Delftse bedrijf ontving in november 2023 een investering van 24 miljoen dollar. Met een totaal opgehaald bedrag van 30 miljoen dollar overstijgt het qua investeringen soortgelijke bedrijven als Profluent uit de Verenigde Staten en Biomatter uit Litouwen. Investeerders staken sinds 2018 zo’n 71 miljoen dollar in deze niche.

Meer informatie

Alles over dit onderwerp vindt u in het rapport Generatieve AI pakt rol in de duurzaamheidstransitie.

• Sinds 2018 staken investeerders 793 miljoen dollar in jonge bedrijven die ‘generatieve AI’ toepassen voor duurzaamheidsdoeleinden
• Het overgrote deel van de investeringen vond plaats in 2023.
• Generatieve AI kan op basis van instructies allerlei zaken creëren, zoals tekst, 3D-ontwerpen en zelfs nieuwe materialen.
• Tegenover de potentiële duurzaamheidswinst staat het grote energiegebruik van AI.

Lees meer sectoroverstijgende artikelen

Naast de ontwikkelingen en kansen die zich in specifieke sectoren voordoen, zijn er ook volop actuele zaken die effect hebben op alle sectoren. Van klimaatbeleid en verkiezingen tot personeelstekorten en grondstoffenprijzen.

Bekijk alle artikelen