Uma inteligência artificial passou mais de 25 horas movendo moléculas uma a uma para fabricar uma estrutura com propriedades eletrônicas escolhidas antecipadamente.
O experimento foi realizado no Laboratório Nacional de Oak Ridge, nos Estados Unidos. Para manipular a matéria em uma escala tão pequena, os pesquisadores usam um microscópio de efeito túnel. Sua ponta extremamente fina pode ser deslocada sobre uma superfície e servir para empurrar moléculas. Essa operação normalmente exige muito tempo e precisão de um operador humano.
Os pesquisadores confiaram grande parte desse trabalho a um sistema automatizado. Uma primeira inteligência artificial localiza as moléculas de monóxido de carbono depositadas sobre uma superfície de cobre. Em seguida, o software determina quais devem ser movidas e para quais posições. A ponta do microscópio então executa os movimentos necessários.
O sistema também aprende a escolher como empurrar cada molécula. Ele ajusta, entre outros fatores, determinados parâmetros elétricos e a velocidade do deslocamento de acordo com os resultados de suas tentativas anteriores. Uma manipulação bem-sucedida lhe proporciona uma recompensa. Esse método, chamado aprendizado por reforço, permite que ele melhore gradualmente suas escolhas sem que um humano precise regular cada movimento.
Para testar o conjunto, a equipe pediu que ele construísse uma estrutura composta por 37 moléculas dispostas em forma de colmeia. Esse padrão reproduz artificialmente algumas características do grafeno, um material formado por uma única camada de átomos de carbono. A construção exigiu cerca de 900 operações ao longo de mais de 25 horas.
Fabricar a forma não era suficiente. Em seguida, os pesquisadores mediram como os elétrons se comportavam nela. Eles encontraram uma assinatura eletrônica característica do grafeno, chamada ponto de Dirac. Em outras palavras, o conjunto de moléculas não tinha apenas a aparência correta: ele realmente produzia o comportamento eletrônico desejado.
A automação, no entanto, ainda não é total. A ponta do microscópio pode ficar instável e às vezes precisa ser reparada por um operador. Cada deslocamento também leva cerca de um minuto. Portanto, a técnica ainda está muito distante de um processo industrial capaz de fabricar componentes inteiros rapidamente.
O interesse está principalmente na possibilidade de testar novas estruturas com muito menos intervenção humana. Ao posicionar moléculas com precisão, os pesquisadores podem modificar a maneira como os elétrons circulam no conjunto. Assim, podem estudar materiais artificiais cujas propriedades são definidas por sua organização em uma escala muito pequena.
Uma próxima etapa seria inverter completamente a abordagem. Em vez de fornecer uma estrutura para construir, os pesquisadores indicariam apenas a propriedade eletrônica desejada. O sistema poderia então determinar sozinho a organização molecular correspondente e tentar fabricá-la com o microscópio.