La convergencia de átomos y bits está redefiniendo la ciencia de materiales y ampliando sus fronteras. Un ejemplo claro de ello es la industria de semiconductores, donde la fabricación de chips de tamaños cada vez más pequeños desafía los límites de la física. Para que la ley de Moore siga vigente, será imprescindible desarrollar nuevos materiales.
La solución tendrá que provenir de la nanotecnología. Esta disciplina científica y tecnológica permite manipular la materia a escala atómica, lo que abre nuevas posibilidades en todos los sectores industriales. Por ejemplo, los nanocompuestos más resistentes y ligeros están haciendo que el transporte aéreo sea más eficiente y menos contaminante: reducen el peso, mejoran la seguridad y eliminan fricciones gracias a nuevos revestimientos.
Por otro lado, el uso de materiales como el grafeno se está extendiendo a ámbitos que van desde la electrónica y la energía hasta la biomedicina. Su desarrollo ilustra no solo cómo la manipulación de la materia impacta en la economía, sino también que para llevarlo a cabo se necesitan equipos de investigadores multidisciplinares. Los físicos proporcionan el marco teórico para entender su comportamiento, los químicos desarrollan métodos para su síntesis y los ingenieros optimizan los procesos de fabricación.
A esto se suman los ensayos in silico, que utilizan simulaciones por ordenador en lugar de experimentos físicos, lo que no solo reduce costes, sino que también reduce drásticamente los tiempos de desarrollo. Y, como veremos más adelante, la inteligencia artificial tiene el potencial de acelerar aún más el proceso, abriendo nuevas fronteras en la ciencia de los materiales. Antes de adentrarnos en eso, vale la pena destacar la creciente importancia de los materiales sostenibles e inteligentes, que están impulsando grandes cambios en la búsqueda de nuevas sustancias.
- Materiales sostenibles. Los plásticos tradicionales están dejando paso a alternativas más ecológicas. Biomateriales derivados de algas, maíz y otras fuentes naturales ya se utilizan para sustituir materiales convencionales en envases y productos cotidianos. Detrás de estos avances hay una estrategia clara: desarrollar químicos biobasados obtenidos directamente de materias primas naturales. En el laboratorio, estos materiales se someten a ensayos hasta lograr fórmulas óptimas, diseñadas para ser biodegradables y de baja toxicidad. Así, no solo se reducen los residuos, sino que también se impulsa un modelo de producción más circular y sostenible.
- Materiales inteligentes. Los catéteres hechos con sustancias que reaccionan al calor o al pH pueden cambiar de forma, lo que facilita su paso por los vasos sanguíneos y mejora la precisión de los procedimientos médicos. Pero no solo en medicina. Polímeros con memoria de forma, materiales piezoeléctricos e hidrogeles sensibles están transformando campos como la robótica. Estos compuestos responden a estímulos como temperatura, presión o campos electromagnéticos, con nuevas aplicaciones en entonos industriales y médicos.
Estos avances se están acelerando con el uso de la IA. Los gigantes tecnológicos no quieren dejar pasar esta oportunidad de mercado y, cada uno con su propia estrategia, están entrando en el diseño y descubrimiento de nuevos materiales. Juegan a su favor el poder computacional, su dominio de la IA y sus extensas bases de datos. De hecho, en los últimos años hemos sido testigos de una serie de anuncios importantes:
- Meta: acceso libre a datos masivos y modelos de IA. En octubre de 2024, Meta lanzó Open Materials 2024 (OMat24), un conjunto de datos y modelos de IA de acceso libre para acelerar el descubrimiento de nuevos materiales. La ciencia de materiales ha enfrentado dificultades debido a la falta de datos de calidad, lo que dificultaba los avances. OMat24 pone a disposición de los investigadores 110 millones de puntos de datos, como la estructura o las propiedades de los materiales. Esto puede ayudar a acelerar el desarrollo de tecnologías como las baterías, los combustibles limpios y reducir el coste de dispositivos como las gafas de realidad aumentada. Un ejemplo es el uso del carburo de silicio en el refinamiento óptico, mejorando las gafas ligeras al ampliar su campo de visión y eliminar el efecto arcoíris al ver hologramas en diferentes luces.
- Microsoft: diseño y validación de materiales con IA generativa. Microsoft ha desarrollado herramientas como MatterGen y MatterSim para transformar el diseño y la validación de nuevos materiales. MatterGen usa IA generativa para crear materiales con propiedades específicas, mientras que MatterSim simula y predice con precisión las propiedades de estos materiales bajo diversas condiciones reales. Estas herramientas aceleran el descubrimiento y desarrollo de materiales en sectores como la energía, la salud y la manufactura avanzada.
- Google: descubrimiento a gran escala de estructuras. Google DeepMind está utilizando IA para descubrir nuevos materiales. Su herramienta, GNoME, en 2023 identificó 2,2 millones de estructuras cristalinas, mucho más que el número de sustancias descubiertas hasta la fecha. El equipo de DeepMind planea probar las más prometedoras en aplicaciones como células solares y superconductores. Además, han creado un laboratorio autónomo, A-lab, que ha logrado desarrollar 41 nuevos compuestos con una elevada tasa de éxito.
- Amazon: colaboración con startups. AWS está colaborando con Orbital Materials, una startup que utiliza inteligencia artificial para descubrir nuevos materiales, con el objetivo de acelerar la investigación y el desarrollo de materiales más sostenibles, especialmente para la operación de centros de datos. A través de su plataforma, Amazon proporciona herramientas avanzadas de IA, como el modelo Orb de Orbital Materials, que permite simular y predecir propiedades de materiales de manera más eficiente que los métodos tradicionales.
La entrada de los gigantes tecnológicos está permitiendo el acceso a datos y herramientas avanzadas que antes eran inaccesibles para la mayoría de los investigadores. En los próximos años, veremos la creación de materiales más eficientes, sostenibles e inteligentes, que transformarán una amplia gama de industrias. Es difícil imaginar un sector que no se vaya a beneficiar de estos avances. La ciencia de los materiales tiene el poder de alterar el mundo físico que nos rodea, y con ello, toda la economía.
