Inteligencia artificial y robots para idear materiales a medida

'Computational and Data-Driven Materials Discovery' es el nombre del grupo que lidera Haranczyk en Imdea Materiales, uno de los siete centros de excelencia Imdea. Centrados en distintas áreas innovadoras, estos institutos de investigación se constituyeron entre 2006 y 2007 por iniciativa del Gobierno autonómico de Madrid, pero funcionan como fundaciones independientes y son actores dinamizadores del talento científico y de la colaboración público-privada.

El objetivo del grupo del doctor Haranczyk es encontrar la correlación óptima entre la estructura molecular y las propiedades de un material para que este tenga el rendimiento deseado según necesidades empresariales concretas, como es el caso de la extracción de toxinas en alimentos. «Puedes diseñar los materiales para optimizar sus propiedades ajustándolos a sus aplicaciones. Por ejemplo, materiales nanoporosos que solo absorban el CO2. Así, cuando quemas carbón en una central térmica, podrías separarlo para luchar contra el cambio climático», comenta.

¿Cuál es el mejor material para hacer un proceso concreto más efectivo y eficiente? ¿Qué estructura porosa es la indicada? Responder a estas preguntas solo es posible probando y observando millones de combinaciones moleculares distintas, y ante la dificultad de acometer esta tarea con medios convencionales, el laboratorio de Haranczyk ha decidido recurrir a la IA y a la robótica. «La revolución que se está produciendo en el campo nos permite conseguir muchas muestras de combinaciones en poco tiempo. El robot no se cansa. Es muy útil para hacer tareas lentas y repetitivas, y nos libera tiempo para otras investigaciones más desafiantes», explica.

Actualmente, el equipo está desarrollando un laboratorio autónomo completo basado en inteligencia artificial y equipado con brazos robóticos. «Queremos un sistema automatizado para agilizar la investigación. Es importante que lo dirija una IA para que solamente realice los experimentos más relevantes», explica Miguel Hernández, investigador predoctoral. Buscan que la inteligencia artificial sea capaz de encontrar las mezclas más prometedoras y que los brazos robot puedan elaborar y caracterizar las combinaciones de manera autónoma.

Según Haranczyk, el uso de la robótica en la investigación de nuevos materiales es una idea pionera en el ámbito científico, siendo «una pequeña porción de los grupos de investigación a nivel mundial los que hacen uso de robots». El investigador cree que esta dinámica ha llegado a los laboratorios para quedarse: «Antes todos los robots costaban mucho y los institutos no podían comprarlos, pero con la revolución tecnológica actual son cada vez más baratos y accesibles. Dentro de una década vamos a tener robots en cada casa, y también en los laboratorios».

«Uno de los principales inconvenientes al que nos enfrentamos es el retraso de los componentes y materiales que necesitamos», dice Dr. Haranczyk. Si no se ven demasiado afectados por el tensionamiento de las cadenas de suministros globales, ve viable tener un primer prototipo del laboratorio en funcionamiento de aquí a la próxima primavera. A partir de ese momento, podrán ir añadiendo más funcionalidades que permitan desarrollar materiales cada vez más innovadores para nuevas aplicaciones.

El trabajo del doctor Haranczyk es un botón de muestra del ecosistema innovador de Imdea Materiales, donde otros grupos están involucrados en retos tan diversos como la investigación de las posibilidades de los nanocompuestos (liderado por el doctor Juan José Villatela), de los metales ligeros (doctora María Teresa Pérez Prado) y de los materiales sintéticos para regenerar tejidos (doctora Jennifer Patterson).