Una inteligencia artificial pasó más de 25 horas moviendo moléculas una por una para fabricar una estructura con propiedades electrónicas elegidas de antemano.
El experimento se llevó a cabo en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge, en Estados Unidos. Para manipular la materia a una escala tan pequeña, los investigadores utilizan un microscopio de efecto túnel. Su punta extremadamente fina puede desplazarse sobre una superficie y servir para empujar moléculas. Esta operación normalmente requiere mucho tiempo y precisión por parte de un operador humano.
Los investigadores confiaron gran parte de este trabajo a un sistema automatizado. Una primera inteligencia artificial localiza las moléculas de monóxido de carbono depositadas sobre una superficie de cobre. A continuación, el software determina cuáles deben desplazarse y hacia qué posiciones. Entonces, la punta del microscopio ejecuta los movimientos necesarios.
El sistema también aprende a elegir cómo empujar cada molécula. Ajusta, entre otros aspectos, ciertos parámetros eléctricos y la velocidad del desplazamiento según los resultados de sus intentos anteriores. Una manipulación exitosa le proporciona una recompensa. Este método, llamado aprendizaje por refuerzo, le permite mejorar progresivamente sus decisiones sin que un humano tenga que regular cada movimiento.
Para probar el conjunto, el equipo le pidió que construyera una estructura compuesta por 37 moléculas dispuestas en forma de panal. Este patrón reproduce artificialmente algunas características del grafeno, un material formado por una sola capa de átomos de carbono. La construcción requirió unas 900 operaciones durante más de 25 horas.
Fabricar la forma no era suficiente. Después, los investigadores midieron cómo se comportaban los electrones en ella. Encontraron una firma electrónica característica del grafeno, llamada punto de Dirac. En otras palabras, el ensamblaje de moléculas no solo tenía el aspecto adecuado: también producía el comportamiento electrónico buscado.
Sin embargo, la automatización todavía no es total. La punta del microscopio puede volverse inestable y a veces un operador debe ponerla nuevamente en condiciones. Cada desplazamiento también tarda aproximadamente un minuto. Por tanto, la técnica sigue estando muy lejos de un proceso industrial capaz de fabricar rápidamente componentes completos.
El interés reside más bien en la posibilidad de probar nuevas estructuras con muchas menos intervenciones humanas. Al colocar moléculas con precisión, los investigadores pueden modificar la forma en que circulan los electrones por el ensamblaje. Así pueden estudiar materiales artificiales cuyas propiedades están definidas por su organización a una escala muy pequeña.
Un siguiente paso sería invertir por completo el enfoque. En lugar de proporcionar una estructura que construir, los investigadores indicarían únicamente la propiedad electrónica buscada. Entonces, el sistema podría determinar por sí mismo la organización molecular correspondiente y tratar de fabricarla con el microscopio.