IBM anuncia estrategia de descubrimiento cient铆fico

Las tecnolog铆as emergentes como la IA o la computaci贸n cu谩ntica permitir谩n acelerar el descubrimiento cient铆fico, agilizar los ensayos cl铆nicos y reformular los materiales que se utilizan y que son decisivos para la supervivencia del planeta.

 El avance cient铆fico ha demostrado ser la pieza clave para hacer frente a los retos m谩s urgentes de la actualidad, como la pandemia del COVID-19 o el calentamiento global. Para acelerar el proceso de descubrimiento cient铆fico y la creaci贸n de nuevos materiales que permitan construir soluciones sostenibles en 谩mbitos como la econom铆a, la sociedad y el medioambiente, las tecnolog铆as emergentes representan una oportunidad.

La demanda mundial de nuevos materiales est谩 creciendo. Se necesita urgentemente dise帽ar nuevos materiales que ayuden a afrontar los retos contemplados en los objetivos de desarrollo sostenible de la聽Organizaci贸n de Naciones Unidas聽y que abarcan desde la mejora de la salud y el bienestar, impulsar la energ铆a limpia, hasta la producci贸n responsable, etc.聽

Pero el proceso tradicional de dise帽o y descubrimiento de los materiales es largo y complejo porque el potencial de combinaciones de elementos qu铆micos es incre铆blemente vasto. Hay m谩s combinaciones posibles que 谩tomos en el universo. Y, adem谩s, las propiedades finales de un material no dependen 煤nicamente de qu茅 est谩n hechos sino tambi茅n de los procesos utilizados en su producci贸n y en 煤ltima instancia de su estructura.聽聽Normalmente, se tarda unos 10 a帽os y cuesta entre 10 y 100 millones de d贸lares de media descubrir un nuevo material con propiedades espec铆ficas. El objetivo de IBM es acortar ese periodo y coste en un 90%. Para ello, se necesita acelerar el proceso de descubrimiento y hacerlo m谩s eficaz.聽

Sin embargo, por primera vez en la historia, el ser humano dispone de herramientas que permitir谩n hallar nuevos materiales en menos tiempo y que garantizar谩n un futuro sostenible a partir del descubrimiento cient铆fico. La IA, los nuevos avances en la computaci贸n cl谩sica y cu谩ntica o el acceso a laboratorios automatizados a trav茅s de la nube p煤blica permiten reformular la manera en la que el mundo crea, consume y elimina materiales.  Es por ello que los investigadores de IBM trabajan hoy en d铆a para descubrir nuevos materiales que ayuden a abordar los desaf铆os globales.

En este contexto, IBM ha anunciado cinco 谩reas en las que la tecnolog铆a servir谩 de apoyo para sentar las bases del futuro sostenible en los pr贸ximos cinco a帽os. En este periodo se espera que la convergencia de las tecnolog铆as emergentes, como la IA o la computaci贸n cu谩ntica posibilite realizar progresos significativos que impactar谩n de forma positiva en todos los sectores de la sociedad y la econom铆a.聽

1.- Capturar y transformar las emisiones de CO2 para mitigar el cambio clim谩tico

Las concentraciones de COhan aumentado m谩s r谩pidamente en las 煤ltimas d茅cadas que en cualquier otro momento de la historia de la humanidad, impulsadas principalmente por la quema de combustibles f贸siles para energ铆a y transporte 1, 2. Esto probablemente conducir谩 a que en 2025 tengamos los niveles de di贸xido de carbono m谩s altos que los observados durante la 茅poca m谩s c谩lida de los 煤ltimos 3,3 millones de a帽os3.

Los gobiernos y las corporaciones, incluida IBM, est谩n reduciendo las emisiones de CO2 para ayudar a evitar que la temperatura global suba 1,5 掳 C m谩s por encima de los niveles preindustriales, un punto de inflexi贸n que podr铆a provocar el deshielo polar y causar da帽os catastr贸ficos4. Pero el uso cada vez mayor de fuentes de energ铆a que queman combustibles f贸siles pone en peligro ese objetivo5. Las tecnolog铆as y soluciones de captura de CO2 a gran escala son una parte esencial de nuestro viaje hacia las cero emisiones.

En los pr贸ximos cinco a帽os, podremos capturar CO2 de manera m谩s eficiente y transformarlo en algo 煤til.

Un equipo de investigadores de IBM est谩 creando una plataforma en cloud de conocimiento sobre m茅todos y materiales para capturar CO2. Esta plataforma utiliza las tecnolog铆as de IBM para procesar el lenguaje natural, analizar la informaci贸n contenida en las patentes y estudios, y presentar conclusiones y hallazgos al investigador, como, por ejemplo, un ranking de los mejores materiales para separar CO2.

Con toda esta base de conocimiento, los cient铆ficos pueden definir las propiedades que necesita tener una mol茅cula para que pueda emplearse en el proceso de captura y separaci贸n del CO2. De esta manera, los equipos de cient铆ficos podr铆an utilizar algoritmos de IA para predecir las mol茅culas m谩s 贸ptimas para ser usadas como bloques que construyan membranas de pol铆meros m谩s eficaces para separar el CO2.

Una vez capturado el di贸xido de carbono se le puede dar un uso. Los investigadores de IBM est谩n tambi茅n trabajando en desarrollar materiales sostenibles que aprovechen el CO2 como si fuera la materia prima para mon贸meros y pol铆meros como el pl谩stico. Estos nuevos materiales basados en CO2 se dise帽ar铆an con el objetivo de ser reciclados para su reutilizaci贸n. 

2.- Crear fertilizantes utilizando IA para ayudar a alimentar al mundo y reducir las emisiones de carbono

La poblaci贸n mundial, en constante crecimiento, podr铆a llegar a casi 10 mil millones de personas para 2050, frente a los casi 8 mil millones actuales1. Todas estas personas necesitar谩n comer. La forma tradicional de desarrollar la agricultura no satisfar谩 la creciente demanda de alimentos, un escenario aterrador que tiene a los investigadores buscando formas m谩s eficientes y sostenibles de resolver este problema.

Una gran parte de la soluci贸n es encontrar una mejor forma de producir fertilizantes que sean menos intensivas en el uso de la energ铆a y cuyo ingrediente principal es el nitr贸geno, el gas m谩s abundante en la atm贸sfera terrestre. Actualmente, la principal t茅cnica de fabricaci贸n para convertir nitr贸geno en nitratos necesarios para la agricultura requiere quemar el equivalente a una tonelada de combustible f贸sil por cada tonelada de fertilizante. Este m茅todo de fabricaci贸n, conocido como el proceso Haber-Bosch, representa aproximadamente el 1% de las emisiones globales de carbono2, un modelo de producci贸n dif铆cilmente sostenible y escalable en la era del cambio clim谩tico.

En los pr贸ximos cinco a帽os, replicaremos la capacidad de la naturaleza para convertir el nitr贸geno del suelo en fertilizante rico en nitratos, alimentando al mundo en crecimiento y reduciendo el impacto ambiental de los fertilizantes.

Desde que el hombre cultiva el suelo ha confiado en las sustancias basadas en nitr贸geno para nutrir sus campos. El nitr贸geno es un ingrediente fundamental de las prote铆nas, el ADN y otras mol茅culas esenciales para la vida. 

Pero hay un problema: las plantas necesitan que se produzca la 鈥渇ijaci贸n鈥 del nitr贸geno, algo que ciertas bacterias de las ra铆ces de las plantas pueden hacer de forma natural. Durante d茅cadas, los cient铆ficos han intentado construir un catalizador que mejore este proceso biol贸gico, con el objetivo de afrontar la carencia de suministro natural. Pero observar y modelar la complejidad molecular de este proceso biol贸gico es extremadamente dif铆cil.  

En pocos a帽os un ordenador cu谩ntico podr铆a simular diferentes procesos de fijaci贸n catal铆tica de nitr贸geno. De esta manera, los investigadores podr铆an modelar y determinar nuevas mol茅culas que utilizaran solo una peque帽a cantidad de energ铆a comparado con la que utiliza el actual proceso industrial.

3.- Repensar las bater铆as y el almacenamiento de energ铆a 

A medida que la poblaci贸n mundial crece y las naciones en desarrollo contin煤an elevando sus niveles de vida, se espera que el uso de la energ铆a mundial se dispare en un 50 por ciento para 2050, en gran parte impulsado por los sectores industrial y de transporte1. S贸lo a trav茅s de un uso m谩s completo de la energ铆a renovable no basada en el carbono, como la energ铆a solar, e贸lica e hidroel茅ctrica, podremos satisfacer esa demanda sin emitir m谩s CO2 a la atm贸sfera, que es perjudicial para el clima. 

Sin embargo, muchas de estas fuentes de energ铆a renovable son intermitentes. El sol para la energ铆a solar, por supuesto, s贸lo est谩 disponible durante el d铆a. La energ铆a e贸lica depende del clima. Por lo tanto, el uso fiable de la energ铆a renovable requiere su almacenamiento. En este momento, el mundo s贸lo puede almacenar alrededor del 3% de la electricidad producida globalmente2. El crecimiento del mercado de veh铆culos el茅ctricos tambi茅n depende de la disponibilidad de bater铆as m谩s baratas, seguras y potentes. En resumen, el mundo necesita mejores bater铆as.

En los pr贸ximos cinco a帽os, descubriremos nuevos materiales para fabricar bater铆as m谩s seguras y m谩s respetuosas con el medio ambiente, capaces de soportar una red de energ铆a renovable y un transporte m谩s sostenible.

En el presente, se est谩n desarrollando prototipos de iones de litio o Li-ion con un contenido relativamente bajo de cobalto y electrolitos l铆quidos o s贸lidos no inflamables para mejorar la seguridad de las bater铆as de Li-ion. Pero, mirando m谩s all谩 de este comienzo, IBM apuesta por que la IA y la computaci贸n cu谩ntica puedan ayudar a los investigadores a encontrar nuevas soluciones al problema del almacenamiento de energ铆a. 

A principios de este a帽o, los investigadores de IBM desarrollaron una bater铆a sin cobalto ni n铆quel que se basa en un c谩todo con base de yodo. Demostraron que la bater铆a podr铆a tener una mayor densidad de potencia, menor inflamabilidad y tiempos de carga mucho m谩s r谩pidos que las bater铆as de Li-ion convencionales. En este sentido, la aceleraci贸n del descubrimiento gracias a la tecnolog铆a permitir谩 a los cient铆ficos mejorar el rendimiento de las bater铆as encontrando materiales a煤n m谩s seguros y eficientes.

Por un lado, el uso de la computaci贸n cu谩ntica permitir谩 mejorar las tecnolog铆as de la pr贸xima generaci贸n, como las bater铆as de litio y azufre, que podr铆an ser m谩s potentes, duraderas y baratas que las de i贸n-litio. Por otro, la IA podr铆a predecir los candidatos moleculares correctos, permitiendo a los investigadores probar en el laboratorio las mejores opciones.  

4.- Materiales sostenibles, productos sostenibles, planeta sostenible

La gran cantidad de materiales y bienes producidos para los casi 8.000 millones de personas en el mundo se cobran su precio en el planeta. Muchos de estos materiales se encuentran en los productos que se utilizan a diario, mientras que otros s贸lo se utilizan durante la fabricaci贸n de esos art铆culos y son invisibles para los consumidores. En este sentido, es crucial que todos los productos qu铆micos, materiales y procesos involucrados en su fabricaci贸n sean tan sostenibles como sea posible.   

Los dispositivos y maquinarias que se utilizan cada d铆a, est谩n compuestos por chips semiconductores que, con el paso de los a帽os, se han ido haciendo m谩s peque帽os, algo que ha sido posible por los materiales conocidos como fotoresistores. IBM fue la primera compa帽铆a en crear e implementar fotoresinas modernas hace m谩s de tres d茅cadas y los fabricantes de chips las han usado desde entonces. Ahora, a medida que aumenta el uso de los chips semiconductores, IBM est谩 ayudando a abrir el camino una vez m谩s para garantizar que los materiales utilizados para fabricarlos sean m谩s eficientes, eficaces y seguros.  

En los pr贸ximos cinco a帽os, se avanzar谩 en la fabricaci贸n de materiales, permitiendo a los fabricantes de semiconductores mejorar la sostenibilidad de sus productos. 

El ciclo de descubrimiento acelerado permitir谩 a los cient铆ficos agregar y analizar la informaci贸n sobre los productos qu铆micos y materiales fotoresistentes de las patentes y la literatura p煤blica. El uso de este conocimiento impulsar谩 la modelizaci贸n en sistemas inform谩ticos tradicionales de alto rendimiento y, en el futuro, en ordenadores cu谩nticos. Los resultados combinados se utilizar谩n para construir modelos de IA que sugieran nuevas clases de compuestos que cumplan con objetivos de eficiencia y medio ambiente. 

De esta forma, en este periodo de tiempo, los cient铆ficos adoptar谩n un nuevo enfoque del dise帽o de materiales que permita a la industria tecnol贸gica producir m谩s r谩pidamente materiales sostenibles para la producci贸n de semiconductores y dispositivos electr贸nicos. Ese trabajo podr铆a ayudar a煤n m谩s a otros fabricantes a desarrollar nuevos materiales de mayor rendimiento, m谩s seguros y sostenibles para el medio ambiente, para construir productos de todo tipo. 

5.- Aprender del pasado para dirigirse a un futuro m谩s saludable, preparado para las amenazas de los virus actuales

Los cient铆ficos estiman que podr铆a haber m谩s de un mill贸n de virus en la naturaleza con potencial para progresar de manera similar al COVID-19. Esto pone de manifiesto la necesidad urgente de agilizar el desarrollo de los tratamientos de virus emergentes. Actualmente, para que un f谩rmaco llegue al mercado se necesitan aproximadamente 10 a帽os y una inversi贸n de hasta 2.600 millones de d贸lares1. Un tercio de este coste y tiempo total se atribuye a la fase de descubrimiento del f谩rmaco en la que los investigadores necesitan sintetizar miles de mol茅culas para desarrollar un 煤nico candidato a l铆der precl铆nico2. El descubrimiento de nuevos materiales posibilitar谩 el desarrollo de nuevos medicamentos en menor tiempo y con un menor coste.

En los pr贸ximos cinco a帽os, el objetivo de IBM es facilitar la generaci贸n de tratamientos para ayudar a los m茅dicos y trabajadores de primera l铆nea a combatir los nuevos virus que ponen en peligro la vida en una escala mayor de lo que es posible en la actualidad. 

Para acelerar este proceso en el caso del coronavirus, por ejemplo, los cient铆ficos de IBM est谩n tratando de identificar posibles terapias a partir de medicamentos que ya han demostrado ser seguros para los seres humanos e impulsando las investigaciones posteriores para permitir ensayos cl铆nicos y revisiones reglamentarias m谩s r谩pidas. La combinaci贸n de IA, anal铆tica y datos puede ayudar potencialmente al an谩lisis r谩pido de la evidencia m茅dica del mundo real para la reutilizaci贸n de medicamentos y acelerar los ensayos cl铆nicos. 

En el contexto de COVID-19, los investigadores utilizaron estas tecnolog铆as con pruebas reales para sugerir el uso de dos f谩rmacos existentes, uno aprobado para trastornos inmunol贸gicos y endocrinos, que se considera eficaz para reducir la mortalidad de los pacientes hospitalizados con COVID-19, y el segundo para el tratamiento del c谩ncer de pr贸stata, que se ha comprobado que protege contra las complicaciones de COVID-19 tras realizar un amplio estudio retrospectivo en Espa帽a5.

En los pr贸ximos cinco a帽os, los investigadores m茅dicos pueden identificar nuevas oportunidades de reutilizaci贸n de medicamentos a mayor escala y dar prioridad a los ensayos cl铆nicos basados en las pruebas disponibles, lo que contribuir谩 a reducir el tiempo dedicado al proceso de descubrimiento de medicamentos.

Ilustraci贸n: Fotograma, presentaci贸n de IBM en YouTube


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