ERC Synergy Grant: el KIT usará inteligencia artificial para diseñar materiales a medida

El Consejo Europeo de Investigación (ERC) financia el proyecto ODDITY, una iniciativa que el profesor Pascal Friederich, del Karlsruher Institut für Technologie (KIT), obtuvo junto con socios del Forschungszentrum Jülich y de la Universidad de Oxford. Los investigadores combinan inteligencia artificial (IA), química molecular y laboratorios autónomos para desarrollar estructuras moleculares de forma dirigida. Con ello se busca acelerar de manera significativa la búsqueda de nuevos materiales para aplicaciones como la fotovoltaica. El ERC financia el proyecto durante seis años con 9,7 millones de euros.

El progreso técnico depende en gran medida de los materiales disponibles. El desarrollo de celdas fotovoltaicas, sensores de luz y componentes electrónicos requiere sustancias que cumplan varios requisitos a la vez: entre otros, deben tener determinadas propiedades ópticas y eléctricas, además de ser estables y fáciles de procesar. Un ejemplo son las capas finísimas de las celdas solares, que absorben luz y transportan cargas eléctricas.

Un sistema de bloques de construcción para moléculas

Lo que un material puede hacer depende sobre todo de su estructura molecular. El proyecto ODDITY (On-Demand Discovery by Molecular Ingenuity) sigue un enfoque sistemático para encontrar, entre más de un billón de posibles estructuras moleculares, aquellas que cumplen requisitos específicos. El ERC financia ahora esta iniciativa mediante un Synergy Grant. «Con el ERC Synergy Grant se distingue un enfoque de investigación que tiene el potencial de cambiar de raíz el desarrollo de nuevos materiales. El proyecto ODDITY reúne excelencia científica en inteligencia artificial, química e investigación de materiales, y demuestra de manera impresionante la fortaleza de la cooperación internacional», afirma el profesor Oliver Kraft, vicepresidente de Investigación, Docencia y Asuntos Académicos del KIT.

«Con ayuda de la IA, combinamos una síntesis química acelerada con reacciones reversibles», explica el profesor Pascal Friederich, del Instituto de Nanotecnología (INT) del KIT. Como en un sistema de bloques, las moléculas deberán poder armarse a partir de componentes químicos en segundos o minutos, desarmarse después y volver a combinarse. Sus propiedades también se examinarán a ese ritmo. «Con un alto rendimiento experimental queremos reducir de años a semanas la búsqueda de materiales adecuados», señala Friederich.

La IA dirige los experimentos

Para ello, Friederich y su grupo de trabajo desarrollan modelos de IA que, a partir de las propiedades deseadas del material, encuentren estructuras moleculares adecuadas que además puedan fabricarse realmente en el laboratorio. «Está previsto reunir datos de simulaciones por computador, mediciones de laboratorio y pruebas en componentes. Nuestro objetivo es averiguar, mediante aprendizaje automático, qué bloques debemos elegir y cómo combinarlos para obtener una molécula con determinadas propiedades», explica el investigador. Además, una IA generativa proporcionará nuevas propuestas de componentes químicos y ampliará así la gama de materiales posibles. «Los modelos de IA nos ayudan a encontrar moléculas prometedoras sin tener que estudiar individualmente cada combinación posible. También nos apoyan al decidir qué experimento conviene realizar a continuación. Los resultados vuelven luego a alimentar los modelos».

Estrecha colaboración con Oxford y Jülich

Friederich obtuvo el ERC Synergy Grant en el KIT junto con equipos de Oxford y Jülich. En Jülich, el trabajo se realizó en estrecha cooperación con la Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg en el Helmholtz-Institut Erlangen-Nürnberg para Energías Renovables (HI ERN).

Los investigadores aportan su respectiva experiencia en química molecular y en el análisis automatizado de materiales. El equipo del profesor Iain McCulloch, en la Universidad de Oxford, desarrolla los procesos químicos con los que se pueden ensamblar y modificar moléculas, incluidas reacciones reversibles que permiten recuperar y reutilizar los componentes. El equipo del profesor Christoph Brabec, en el Forschungszentrum Jülich, aporta plataformas de laboratorio autónomas, destinadas a fabricar y caracterizar películas delgadas y a probar componentes mediante un procedimiento de ultra alto rendimiento.

El ERC Synergy Grant

Con los Synergy Grants, el Consejo Europeo de Investigación (ERC) financia equipos de investigación prometedores. Los proyectos apoyados deben ser posibles solo gracias a la colaboración de los científicos participantes y conducir a descubrimientos en las intersecciones entre disciplinas establecidas, así como a avances esenciales en las fronteras del conocimiento. Para la convocatoria de 2026, el ERC dispone de un total de 500 millones de euros. Se recibieron 957 solicitudes, de las cuales se financiarán 48.