La próxima generación de sensores vestibles puede terminar limitada no por la electrónica en sí, sino por los materiales que llevan la corriente.

Los científicos necesitan conductores capaces de doblarse, estirarse e interactuar con el cuerpo, y que al mismo tiempo muevan señales eléctricas e iones con eficiencia. Encontrar materiales así es difícil, porque los investigadores suelen tener que sintetizar y probar las moléculas candidatas de a una.

Ahora, un equipo liderado por la Universidad Estatal de Iowa está usando inteligencia artificial, modelación computacional y datos para predecir qué estructuras moleculares podrían producir mejores materiales conductores antes de fabricarlas.

"Queremos apalancar los datos, la IA y las herramientas computacionales para acelerar el diseño y el descubrimiento de materiales", dijo Wenjie Xia, investigador principal y profesor asociado de ingeniería aeroespacial en la Universidad Estatal de Iowa.

¿Qué se le enseña exactamente a un computador?

En vez de depender por completo de un ciclo largo de síntesis, medición y rediseño, los investigadores quieren construir herramientas computacionales capaces de identificar por adelantado los ordenamientos moleculares prometedores.

El problema central es que el desempeño de un material no depende solo de sus ingredientes químicos. La forma en que se ordenan sus moléculas, cómo se procesa el material y cómo interactúan esos factores entre sí influyen todos en qué tan bien funciona el dispositivo terminado.

Eso convierte la investigación en algo menos parecido a buscar el material correcto en un catálogo y más parecido a descubrir las reglas para construir uno.

"En este proyecto nos preocupan las estructuras moleculares, el procesamiento, las propiedades, y entender cómo terminan impactando el desempeño del material y del dispositivo. En el fondo, queremos aprender a poner las moléculas juntas", agregó Xia.

Polímeros que mueven electrones e iones a la vez

El equipo se concentra en los polímeros conductores orgánicos de conducción mixta iónica y electrónica. Son especialmente interesantes para la bioelectrónica porque pueden transportar dos cosas al mismo tiempo: carga electrónica e iones.

Esa combinación importa cuando la electrónica necesita comunicarse con sistemas biológicos. Al cambiar la estructura molecular y las condiciones de procesamiento, los científicos podrían llegar a ajustar con qué eficiencia se mueven los electrones y los iones a través del material y, en último término, mejorar el desempeño del dispositivo construido con él.

De la molécula al desempeño del dispositivo

El enfoque podría ayudar a resolver uno de los mayores obstáculos en el desarrollo de estos polímeros: los científicos todavía no entienden del todo los vínculos complicados entre el diseño molecular, las condiciones de fabricación y el comportamiento del dispositivo final.

Por eso los investigadores planean conectar las distintas etapas del desarrollo de materiales en lugar de estudiarlas por separado. Xia y su equipo trabajarán en modelación computacional y métodos basados en datos, mientras que los colaboradores aportarán en el diseño y la síntesis del material, el procesamiento, y la fabricación y prueba de dispositivos.

En conjunto, el proyecto busca enlazar la estructura molecular con el procesamiento, la morfología y las propiedades del material, y finalmente con el desempeño del dispositivo.

En vez de descubrir esas relaciones solo después de fabricar un material, el equipo quiere que los modelos computacionales revelen patrones capaces de guiar el proceso de diseño. Eso ayudaría a acotar la enorme cantidad de estructuras moleculares posibles y a reducir parte del ensayo y error involucrado en el descubrimiento de materiales.

Qué mirar desde acá

Para quien arma prototipos de instrumentación biomédica o sensores de contacto con la piel en la región, la lectura práctica es que el componente crítico se corrió de lugar. Un sensor vestible se puede resolver hoy con un microcontrolador de bajo consumo y un enlace inalámbrico estándar, hardware barato y disponible. Lo que no se compra en un distribuidor es el polímero conductor que soporte estirarse miles de veces contra la piel sin degradar la señal, y ese es exactamente el problema que este proyecto intenta atacar por el lado del diseño y no del catálogo.