Los procesos cognitivos y la inteligencia artificial

Durante cientos de años, nuevos materiales fueron descubiertos a través del ensayo y error, o suerte y serendipia. Ahora, los científicos están usando inteligencia artificial para acelerar el proceso.

Recientemente, investigadores de la Universidad Northwestern usaron la IA para averiguar cómo hacer nuevos híbridos metal-vidrio 200 veces más rápido de lo que lo habrían hecho haciendo experimentos en el laboratorio. Otros científicos están construyendo bases de datos de miles de compuestos para que los algoritmos puedan predecir cuáles se combinan para formar nuevos materiales interesantes. Otros todavía están usando la IA para minar los artículos publicados en busca de “recetas” para hacer estos materiales.

La tecnología no se detiene

En el pasado, los científicos y los constructores mezclaban materiales para ver lo que se formaba. Así es como se descubrió el cemento, por ejemplo. Con el tiempo, aprendieron las propiedades físicas de varios compuestos, pero gran parte del conocimiento todavía estaba basado en la intuición. “Si se preguntara por qué el acero regado japonés es mejor para fabricar cuchillos, creo que nadie podría habérselo dicho”, dice James Warren, director de la Iniciativa del Genoma de Materiales del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología. “Sólo tenían una comprensión artesanal de la relación entre esa estructura interna y lo asombroso.”

Ahora, en lugar de usar el conocimiento de los artesanos, podemos usar bases de datos y computaciones para trazar rápidamente qué es lo que hace que un material sea mucho más fuerte o ligero, y eso tiene el potencial de revolucionar industria tras industria, según Warren. El tiempo que transcurre entre el descubrimiento de un material y su integración en un producto como una batería puede ser de más de 20 años, agrega, y acelerar el proceso nos llevará a mejores baterías y vidrios para teléfonos celulares, mejores aleaciones para cohetes y mejores sensores para dispositivos de salud. “Cualquier cosa hecha de materia,” dice Warren, “podemos mejorar.”

Cambio de paradigma en el ámbito de la ciencia

Para entender cómo se hacen los nuevos materiales, es útil pensar en un científico de materiales como un cocinero, según Warren. Digamos que tienes huevos, y estás de humor para algo masticable y firme. Esas son las propiedades del plato que quieres, pero ¿cómo llegas allí? Para crear una estructura en la que tanto la clara como la yema sean sólidas, necesita una receta que incluya las instrucciones paso a paso para procesar el huevo, es decir, hervirlo duro, tal como usted lo desea.

La ciencia de los materiales utiliza estos mismos conceptos: Si un científico quiere ciertas propiedades materiales (digamos, ligeras y difíciles de fracturar), buscará las estructuras físicas y químicas que crearían estas propiedades, y los procesos – como fundir o batir metal – que crearían estas estructuras.

Las bases de datos y los cálculos pueden ayudar a encontrar respuestas. “Hacemos cálculos a nivel mecánico cuántico de materiales, cálculos lo suficientemente sofisticados como para poder predecir las propiedades de un posible nuevo material en un ordenador antes de que se haga en un laboratorio”.