Los materiales sólidos creados por IA ¿por qué son importantes?

Los materiales sólidos creados por IA son aquellos que se diseñan y sintetizan mediante el uso de algoritmos inteligentes y robots automatizados. Estos materiales pueden tener propiedades únicas y ventajosas para diversas aplicaciones, como la energía, la electrónica, la medicina o la industria. Al utilizar la IA, se puede acelerar el proceso de descubrimiento y optimización de nuevos materiales, reduciendo el tiempo, el costo y el esfuerzo requeridos. Muchos productos están siendo diseñados por IA tales como: antibióticos, la predicción de proteínas entre otros.

¿Cómo funciona la creación de materiales sólidos por IA?

El proceso de creación de materiales sólidos por IA se basa en dos componentes principales: la predicción y la síntesis. La predicción consiste en utilizar modelos computacionales y bases de datos para generar posibles estructuras y composiciones de materiales que cumplan con ciertos criterios o funciones deseadas. La síntesis consiste en utilizar robots programados para realizar las reacciones químicas necesarias para obtener los materiales predichos, ajustando las condiciones experimentales según los resultados obtenidos.

Ventajas tiene la creación de materiales sólidos por IA

La creación de materiales sólidos por IA tiene varias ventajas sobre los métodos convencionales de investigación y desarrollo de materiales. Algunas de ellas son:

• Mayor rapidez y eficiencia: la IA puede explorar un espacio de posibilidades mucho más amplio y complejo que los humanos, y los robots pueden realizar las síntesis de forma más rápida y precisa que los laboratorios manuales.
• Mayor innovación y diversidad: la IA puede generar materiales novedosos y originales que escapen a la intuición o al conocimiento previo de los humanos, y los robots pueden acceder a condiciones de reacción extremas o inaccesibles para los laboratorios manuales.
• Mayor sostenibilidad y seguridad: la IA puede optimizar el uso de recursos y minimizar el desperdicio y la contaminación, y los robots pueden evitar los riesgos y peligros asociados a las sustancias o procesos químicos.

Desafíos de la creación de materiales

La creación de materiales sólidos por IA también tiene algunos desafíos que deben superarse para lograr su pleno potencial. Algunos de ellos son:

• Mayor complejidad y variabilidad: la síntesis de materiales sólidos implica una mayor cantidad y diversidad de factores que influyen en el resultado final, como la temperatura, el tiempo, el solvente, el secado, la cristalización, etc., lo que dificulta la predicción y el control de la calidad.
• Mayor incertidumbre y aleatoriedad: la síntesis de materiales sólidos puede estar sujeta a fenómenos impredecibles o irreproducibles, como la nucleación, el crecimiento, la agregación, la segregación, etc., lo que implica una mayor necesidad de validación y verificación experimental.
• Mayor integración y colaboración: la creación de materiales sólidos por IA requiere una mayor coordinación e interacción entre los diferentes componentes del sistema, como los modelos, los datos, los algoritmos, los robots, los sensores, etc., así como entre los diferentes actores involucrados, como los investigadores, los ingenieros, los usuarios finales, etc.

¿Qué ejemplos hay de materiales sólidos creados por IA?

Uno de los ejemplos más recientes y destacados de materiales sólidos creados por IA es el proyecto A-Lab del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (EE.UU.), que ha logrado sintetizar unos 150.000 nuevos materiales que podrían mejorar dispositivos como electrodos de batería y catalizadores. El proyecto A-Lab combina un sistema de IA que hace una mejor suposición en una receta para un material deseado y luego itera las condiciones de reacción a medida que los robots intentan crear muestras físicas. El proyecto A-Lab ya está sintetizando aproximadamente 100 veces más materiales nuevos por día de lo que los humanos en el laboratorio pueden manejar.

Otro ejemplo notable es el proyecto CrystalEyes del Instituto Tecnológico de Massachusetts (EE.UU.), que ha desarrollado un sistema de IA capaz de predecir la estructura cristalina de materiales orgánicos a partir de su fórmula molecular. El sistema CrystalEyes utiliza una red neuronal profunda que aprende de una base de datos de más de 300.000 estructuras cristalinas conocidas y luego genera posibles candidatos para una nueva molécula. El sistema CrystalEyes ha demostrado una precisión del 80% en la predicción de estructuras cristalinas, superando a los métodos existentes.

¿Qué futuro tiene la creación de materiales sólidos?

La creación de materiales sólidos por IA tiene un futuro prometedor y lleno de posibilidades. Se espera que esta tecnología permita el desarrollo de nuevos materiales con propiedades y funciones extraordinarias, que puedan revolucionar campos como la energía, la electrónica, la medicina o la industria. Además, se prevé que la creación de materiales sólidos por IA facilite el acceso y la democratización de la ciencia de materiales, al reducir las barreras y los costes asociados a la investigación y el desarrollo.

Sin embargo, también se deben tener en cuenta los posibles riesgos y desafíos éticos, sociales y ambientales que puede implicar la creación de materiales sólidos por IA. Por ejemplo, se debe garantizar la seguridad, la calidad y la responsabilidad de los materiales creados por IA, así como su uso adecuado y ético. También se debe fomentar la transparencia, la explicabilidad y la participación de los diferentes actores involucrados en el proceso de creación de materiales sólidos por IA, así como el respeto a los derechos humanos y al medio ambiente.

¿Cómo puedo aprender más sobre los materiales sólidos creados por IA?

Si quieres aprender más sobre los materiales sólidos creados por IA, puedes consultar algunas de las siguientes fuentes:

• El artículo científico “Accelerated discovery of metallic glasses through iteration of machine learning and high-throughput experiments” publicado en Science Advances en 2018, que describe el proyecto A-Lab del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley.
• El artículo científico “Crystal structure prediction of organic molecules using deep neural networks” publicado en Nature Communications en 2020, que describe el proyecto CrystalEyes del Instituto Tecnológico de Massachusetts.
• El libro “Materials by Design: Computational Discovery and Design of Novel Materials” editado por Gerbrand Ceder y Kristin Persson en 2016, que ofrece una visión general y actualizada sobre los métodos y aplicaciones de la creación de materiales por IA.
• El curso online “Materials Data Science and Informatics” impartido por Anubhav Jain en edX en 2019, que introduce los conceptos y herramientas básicos para el análisis y la gestión de datos de materiales.
• El podcast “The Future of Materials” producido por The Royal Society en 2020, que explora las tendencias y los desafíos de la ciencia de materiales del siglo XXI.

Para seguir pensando

Los materiales sólidos creados por IA son aquellos que se diseñan y sintetizan mediante el uso de algoritmos inteligentes y robots automatizados. Estos materiales pueden tener propiedades únicas y ventajosas para diversas aplicaciones, como la energía, la electrónica, la medicina o la industria. La creación de materiales sólidos por IA tiene varias ventajas sobre los métodos convencionales de investigación y desarrollo de materiales, como mayor rapidez, eficiencia, innovación, diversidad, sostenibilidad y seguridad. Sin embargo, también tiene algunos desafíos que deben superarse, como mayor complejidad, variabilidad, incertidumbre, aleatoriedad, integración y colaboración. La creación de materiales sólidos por IA tiene un futuro prometedor y lleno de posibilidades, pero también requiere una reflexión ética, social y ambiental sobre sus implicaciones y consecuencias.