{"id":1469,"date":"2021-05-04T11:19:21","date_gmt":"2021-05-04T10:19:21","guid":{"rendered":"https:\/\/telecomkh.info\/?p=1469"},"modified":"2021-05-04T11:19:21","modified_gmt":"2021-05-04T10:19:21","slug":"ibm-apuesta-por-el-descubrimiento-de-materiales-para-abordar-los-cinco-desafios-que-garantizaran-el-futuro-sostenible","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/telecomkh.info\/?p=1469","title":{"rendered":"IBM apuesta por el descubrimiento de materiales para abordar los cinco desaf\u00edos que garantizar\u00e1n el futuro sostenible"},"content":{"rendered":"

Las tecnolog\u00edas emergentes como la IA o la computaci\u00f3n cu\u00e1ntica permitir\u00e1n acelerar el descubrimiento cient\u00edfico, agilizar los ensayos cl\u00ednicos y reformular los materiales que se utilizan y que son decisivos para la supervivencia del planeta<\/strong><\/p>\n

El avance cient\u00edfico ha demostrado ser la pieza clave para hacer frente a los retos m\u00e1s urgentes de la actualidad, como la pandemia del COVID-19 o el calentamiento global. Para acelerar el proceso de descubrimiento cient\u00edfico y la creaci\u00f3n de nuevos materiales que permitan construir soluciones sostenibles en \u00e1mbitos como la econom\u00eda, la sociedad y el medioambiente, las tecnolog\u00edas emergentes representan una oportunidad.
\nLa demanda mundial de nuevos materiales est\u00e1 creciendo. Se necesita urgentemente dise\u00f1ar nuevos materiales que ayuden a afrontar los retos contemplados en los objetivos de desarrollo sostenible de la Organizaci\u00f3n de Naciones Unidas y que abarcan desde la mejora de la salud y el bienestar, impulsar la energ\u00eda limpia, hasta la producci\u00f3n responsable, etc.
\nPero el proceso tradicional de dise\u00f1o y descubrimiento de los materiales es largo y complejo porque el potencial de combinaciones de elementos qu\u00edmicos es incre\u00edblemente vasto. Hay m\u00e1s combinaciones posibles que \u00e1tomos en el universo. Y, adem\u00e1s, las propiedades finales de un material no dependen \u00fanicamente de qu\u00e9 est\u00e1n hechos sino tambi\u00e9n de los procesos utilizados en su producci\u00f3n y en \u00faltima instancia de su estructura. Normalmente, se tarda unos 10 a\u00f1os y cuesta entre 10 y 100 millones de a\u00f1os de media descubrir un nuevo material con propiedades espec\u00edficas. 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\u00e1s eficaz.
\nSin embargo, por primera vez en la historia, el ser humano dispone de herramientas que permitir\u00e1n hallar nuevos materiales en menos tiempo y que garantizar\u00e1n un futuro sostenible a partir del descubrimiento cient\u00edfico. La IA, los nuevos avances en la computaci\u00f3n cl\u00e1sica y cu\u00e1ntica o el acceso a laboratorios automatizados a trav\u00e9s de la nube p\u00fablica 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\u00eda para descubrir nuevos materiales que ayuden a abordar los desaf\u00edos globales.<\/p>\n

En este contexto, IBM ha anunciado cinco \u00e1reas en las que la tecnolog\u00eda servir\u00e1 de apoyo para sentar las bases del futuro sostenible en los pr\u00f3ximos cinco a\u00f1os. En este periodo se espera que la convergencia de las tecnolog\u00edas emergentes, como la IA o la computaci\u00f3n cu\u00e1ntica posibilite realizar progresos significativos que impactar\u00e1n de forma positiva en todos los sectores de la sociedad y la econom\u00eda.<\/p>\n

1.- Capturar y transformar las emisiones de CO2 para mitigar el cambio clim\u00e1tico<\/strong>
\nLas concentraciones de CO2 han aumentado m\u00e1s r\u00e1pidamente en las \u00faltimas d\u00e9cadas que en cualquier otro momento de la historia de la humanidad, impulsadas principalmente por la quema de combustibles f\u00f3siles para energ\u00eda y transporte (1), (2). Esto probablemente conducir\u00e1 a que en 2025 tengamos los niveles de di\u00f3xido de carbono m\u00e1s altos que los observados durante la \u00e9poca m\u00e1s c\u00e1lida de los \u00faltimos 3,3 millones de a\u00f1os (3).
\nLos gobiernos y las corporaciones, incluida IBM, est\u00e1n reduciendo las emisiones de CO2 para ayudar a evitar que la temperatura global suba 1,5 \u00b0 C m\u00e1s por encima de los niveles preindustriales, un punto de inflexi\u00f3n que podr\u00eda provocar el deshielo polar y causar da\u00f1os catastr\u00f3ficos (4). Pero el uso cada vez mayor de fuentes de energ\u00eda que queman combustibles f\u00f3siles pone en peligro ese objetivo (5). Las tecnolog\u00edas y soluciones de captura de CO2 a gran escala son una parte esencial de nuestro viaje hacia las cero emisiones.<\/p>\n

En los pr\u00f3ximos cinco a\u00f1os, podremos capturar CO2 de manera m\u00e1s eficiente y transformarlo en algo \u00fatil.
\nUn equipo de investigadores de IBM est\u00e1 creando una plataforma en cloud de conocimiento sobre m\u00e9todos y materiales para capturar CO2. Esta plataforma utiliza las tecnolog\u00edas de IBM para procesar el lenguaje natural, analizar la informaci\u00f3n 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.
\nCon toda esta base de conocimiento, los cient\u00edficos pueden definir las propiedades que necesita tener una mol\u00e9cula para que pueda emplearse en el proceso de captura y separaci\u00f3n del CO2. De esta manera, los equipos de cient\u00edficos podr\u00edan utilizar algoritmos de IA para predecir las mol\u00e9culas m\u00e1s \u00f3ptimas para ser usadas como bloques que construyan membranas de pol\u00edmeros m\u00e1s eficaces para separar el CO2.
\nUna vez capturado el di\u00f3xido de carbono se le puede dar un uso. Los investigadores de IBM est\u00e1n tambi\u00e9n trabajando en desarrollar materiales sostenibles que aprovechen el CO2 como si fuera la materia prima para mon\u00f3meros y pol\u00edmeros como el pl\u00e1stico. Estos nuevos materiales basados en CO2 se dise\u00f1ar\u00edan con el objetivo de ser reciclados para su reutilizaci\u00f3n.<\/p>\n

1\u2022 Revision of the EPICA Dome C CO2 record from 800 to 600-kyr before present: https:\/\/agupubs.onlinelibrary.wiley.com\/doi\/full\/10.1002\/2014GL061957
\n2\u2022 IPCC Special Report on the impacts of global warming of 1.5\u00b0C above pre-industrial levels and related global greenhouse gas emission pathways, in the context of strengthening the global response to the threat of climate change, sustainable development, and efforts to eradicate poverty: https:\/\/www.ipcc.ch\/sr15\/chapter\/chapter-1\/
\n3\u2022 Atmospheric CO2 during the Mid-Piacenzian Warm Period and the M2 glaciation: https:\/\/www.nature.com\/articles\/s41598-020-67154-8
\n4\u2022 Climate tipping points \u2014 too risky to bet against: https:\/\/www.nature.com\/articles\/d41586-019-03595-0
\n5\u2022 Committed emissions from existing energy infrastructure jeopardize 1.5\u2009\u00b0C climate target: https:\/\/www.nature.com\/articles\/s41586-019-1364-3.<\/p>\n

2.- Crear fertilizantes utilizando IA para ayudar a alimentar al mundo y reducir las emisiones de carbono<\/strong>
\nLa poblaci\u00f3n mundial, en constante crecimiento, podr\u00eda llegar a casi 10 mil millones de personas para 2050, frente a los casi 8 mil millones actuales (1). Todas estas personas necesitar\u00e1n comer. La forma tradicional de desarrollar la agricultura no satisfar\u00e1 la creciente demanda de alimentos, un escenario aterrador que tiene a los investigadores buscando formas m\u00e1s eficientes y sostenibles de resolver este problema.
\nUna gran parte de la soluci\u00f3n es encontrar una mejor forma de producir fertilizantes que sean menos intensivas en el uso de la energ\u00eda y cuyo ingrediente principal es el nitr\u00f3geno, el gas m\u00e1s abundante en la atm\u00f3sfera terrestre. Actualmente, la principal t\u00e9cnica de fabricaci\u00f3n para convertir nitr\u00f3geno en nitratos necesarios para la agricultura requiere quemar el equivalente a una tonelada de combustible f\u00f3sil por cada tonelada de fertilizante. Este m\u00e9todo de fabricaci\u00f3n, conocido como el proceso Haber-Bosch, representa aproximadamente el 1% de las emisiones globales de carbono (2), un modelo de producci\u00f3n dif\u00edcilmente sostenible y escalable en la era del cambio clim\u00e1tico.<\/p>\n

En los pr\u00f3ximos cinco a\u00f1os, replicaremos la capacidad de la naturaleza para convertir el nitr\u00f3geno del suelo en fertilizante rico en nitratos, alimentando al mundo en crecimiento y reduciendo el impacto ambiental de los fertilizantes.
\nDesde que el hombre cultiva el suelo ha confiado en las sustancias basadas en nitr\u00f3geno para nutrir sus campos. El nitr\u00f3geno es un ingrediente fundamental de las prote\u00ednas, el ADN y otras mol\u00e9culas esenciales para la vida.
\nPero hay un problema: las plantas necesitan que se produzca la \u201cfijaci\u00f3n\u201d del nitr\u00f3geno, algo que ciertas bacterias de las ra\u00edces de las plantas pueden hacer de forma natural. Durante d\u00e9cadas, los cient\u00edficos han intentado construir un catalizador que mejore este proceso biol\u00f3gico, con el objetivo de afrontar la carencia de suministro natural. Pero observar y modelar la complejidad molecular de este proceso biol\u00f3gico es extremadamente dif\u00edcil.
\nEn pocos a\u00f1os un ordenador cu\u00e1ntico podr\u00eda simular diferentes procesos de fijaci\u00f3n catal\u00edtica de nitr\u00f3geno. De esta manera, los investigadores podr\u00edan modelar y determinar nuevas mol\u00e9culas que utilizaran solo una peque\u00f1a cantidad de energ\u00eda comparado con la que utiliza el actual proceso industrial.<\/p>\n

1\u2022 UN.org: https:\/\/www.un.org\/development\/desa\/en\/news\/population\/world-population-prospects-2019.html
\n2\u2022 c&en: https:\/\/cen.acs.org\/environment\/green-chemistry\/Industrial-ammonia-production-emits-CO2\/97\/i24<\/p>\n

3.- Repensar las bater\u00edas y el almacenamiento de energ\u00eda<\/strong>
\nA medida que la poblaci\u00f3n mundial crece y las naciones en desarrollo contin\u00faan elevando sus niveles de vida, se espera que el uso de la energ\u00eda mundial se dispare en un 50 por ciento para 2050, en gran parte impulsado por los sectores industrial y de transporte (1). S\u00f3lo a trav\u00e9s de un uso m\u00e1s completo de la energ\u00eda renovable no basada en el carbono, como la energ\u00eda solar, e\u00f3lica e hidroel\u00e9ctrica, podremos satisfacer esa demanda sin emitir m\u00e1s CO2 a la atm\u00f3sfera, que es perjudicial para el clima.
\nSin embargo, muchas de estas fuentes de energ\u00eda renovable son intermitentes. El sol para la energ\u00eda solar, por supuesto, s\u00f3lo est\u00e1 disponible durante el d\u00eda. La energ\u00eda e\u00f3lica depende del clima. Por lo tanto, el uso fiable de la energ\u00eda renovable requiere su almacenamiento. En este momento, el mundo s\u00f3lo puede almacenar alrededor del 3% de la electricidad producida globalmente (2). El crecimiento del mercado de veh\u00edculos el\u00e9ctricos tambi\u00e9n depende de la disponibilidad de bater\u00edas m\u00e1s baratas, seguras y potentes. En resumen, el mundo necesita mejores bater\u00edas.<\/p>\n

En los pr\u00f3ximos cinco a\u00f1os, descubriremos nuevos materiales para fabricar bater\u00edas m\u00e1s seguras y m\u00e1s respetuosas con el medio ambiente, capaces de soportar una red de energ\u00eda renovable y un transporte m\u00e1s sostenible.
\nEn el presente, se est\u00e1n desarrollando prototipos de iones de litio o Li-ion con un contenido relativamente bajo de cobalto y electrolitos l\u00edquidos o s\u00f3lidos no inflamables para mejorar la seguridad de las bater\u00edas de Li-ion. Pero, mirando m\u00e1s all\u00e1 de este comienzo, IBM apuesta por que la IA y la computaci\u00f3n cu\u00e1ntica puedan ayudar a los investigadores a encontrar nuevas soluciones al problema del almacenamiento de energ\u00eda.
\nRecientemente, los investigadores de IBM desarrollaron una bater\u00eda sin cobalto ni n\u00edquel que se basa en un c\u00e1todo con base de yodo. Demostraron que la bater\u00eda podr\u00eda tener una mayor densidad de potencia, menor inflamabilidad y tiempos de carga mucho m\u00e1s r\u00e1pidos que las bater\u00edas de Li-ion convencionales. En este sentido, la aceleraci\u00f3n del descubrimiento gracias a la tecnolog\u00eda permitir\u00e1 a los cient\u00edficos mejorar el rendimiento de las bater\u00edas encontrando materiales a\u00fan m\u00e1s seguros y eficientes.
\nPor un lado, el uso de la computaci\u00f3n cu\u00e1ntica permitir\u00e1 mejorar las tecnolog\u00edas de la pr\u00f3xima generaci\u00f3n, como las bater\u00edas de litio y azufre, que podr\u00edan ser m\u00e1s potentes, duraderas y baratas que las de i\u00f3n-litio. Por otro, la IA podr\u00eda predecir los candidatos moleculares correctos, permitiendo a los investigadores probar en el laboratorio las mejores opciones.<\/p>\n

1. EIA: https:\/\/www.eia.gov\/todayinenergy\/detail.php?id=41433
\n2. Sweco Urban Insight: https:\/\/www.swecourbaninsight.com\/urban-energy\/beyond-the-tipping-point-future-energy-storage\/<\/p>\n

4.- Materiales sostenibles, productos sostenibles, planeta sostenible<\/strong>
\nLa 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\u00f3lo se utilizan durante la fabricaci\u00f3n de esos art\u00edculos y son invisibles para los consumidores. En este sentido, es crucial que todos los productos qu\u00edmicos, materiales y procesos involucrados en su fabricaci\u00f3n sean tan sostenibles como sea posible.
\nLos dispositivos y maquinarias que se utilizan cada d\u00eda, est\u00e1n compuestos por chips semiconductores que, con el paso de los a\u00f1os, se han ido haciendo m\u00e1s peque\u00f1os, algo que ha sido posible por los materiales conocidos como fotoresistores. IBM fue la primera compa\u00f1\u00eda en crear e implementar fotoresinas modernas hace m\u00e1s de tres d\u00e9cadas y los fabricantes de chips las han usado desde entonces. Ahora, a medida que aumenta el uso de los chips semiconductores, IBM est\u00e1 ayudando a abrir el camino una vez m\u00e1s para garantizar que los materiales utilizados para fabricarlos sean m\u00e1s eficientes, eficaces y seguros.
\nEn los pr\u00f3ximos cinco a\u00f1os, se avanzar\u00e1 en la fabricaci\u00f3n de materiales, permitiendo a los fabricantes de semiconductores mejorar la sostenibilidad de sus productos.
\nEl ciclo de descubrimiento acelerado permitir\u00e1 a los cient\u00edficos agregar y analizar la informaci\u00f3n sobre los productos qu\u00edmicos y materiales fotoresistentes de las patentes y la literatura p\u00fablica. El uso de este conocimiento impulsar\u00e1 la modelizaci\u00f3n en sistemas inform\u00e1ticos tradicionales de alto rendimiento y, en el futuro, en ordenadores cu\u00e1nticos. Los resultados combinados se utilizar\u00e1n para construir modelos de IA que sugieran nuevas clases de compuestos que cumplan con objetivos de eficiencia y medio ambiente.
\nDe esta forma, en este periodo de tiempo, los cient\u00edficos adoptar\u00e1n un nuevo enfoque del dise\u00f1o de materiales que permita a la industria tecnol\u00f3gica producir m\u00e1s r\u00e1pidamente materiales sostenibles para la producci\u00f3n de semiconductores y dispositivos electr\u00f3nicos. Ese trabajo podr\u00eda ayudar a\u00fan m\u00e1s a otros fabricantes a desarrollar nuevos materiales de mayor rendimiento, m\u00e1s seguros y sostenibles para el medio ambiente, para construir productos de todo tipo.<\/p>\n

5.- Aprender del pasado para dirigirse a un futuro m\u00e1s saludable, preparado para las amenazas de los virus actuales<\/strong>
\nLos cient\u00edficos estiman que podr\u00eda haber m\u00e1s de un mill\u00f3n 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\u00e1rmaco llegue al mercado se necesitan aproximadamente 10 a\u00f1os y una inversi\u00f3n de hasta 2.600 millones de d\u00f3lares. Un tercio de este coste y tiempo total se atribuye a la fase de descubrimiento del f\u00e1rmaco en la que los investigadores necesitan sintetizar miles de mol\u00e9culas para desarrollar un \u00fanico candidato a l\u00edder precl\u00ednico. El descubrimiento de nuevos materiales posibilitar\u00e1 el desarrollo de nuevos medicamentos en menor tiempo y con un menor coste.
\nEn los pr\u00f3ximos cinco a\u00f1os, el objetivo de IBM es facilitar la generaci\u00f3n de tratamientos para ayudar a los m\u00e9dicos y trabajadores de primera l\u00ednea a combatir los nuevos virus que ponen en peligro la vida en una escala mayor de lo que es posible en la actualidad.
\nPara acelerar este proceso en el caso del coronavirus, por ejemplo, los cient\u00edficos de IBM est\u00e1n 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\u00ednicos y revisiones reglamentarias m\u00e1s r\u00e1pidas. La combinaci\u00f3n de IA, anal\u00edtica y datos puede ayudar potencialmente al an\u00e1lisis r\u00e1pido de la evidencia m\u00e9dica del mundo real para la reutilizaci\u00f3n de medicamentos y acelerar los ensayos cl\u00ednicos.
\nEn el contexto de COVID-19, los investigadores utilizaron estas tecnolog\u00edas con pruebas reales para sugerir el uso de dos f\u00e1rmacos existentes, uno aprobado para trastornos inmunol\u00f3gicos 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\u00e1ncer de pr\u00f3stata, que se ha comprobado que protege contra las complicaciones de COVID-19 tras realizar un amplio estudio retrospectivo en Espa\u00f1a.
\nEn los pr\u00f3ximos cinco a\u00f1os, los investigadores m\u00e9dicos pueden identificar nuevas oportunidades de reutilizaci\u00f3n de medicamentos a mayor escala y dar prioridad a los ensayos cl\u00ednicos basados en las pruebas disponibles, lo que contribuir\u00e1 a reducir el tiempo dedicado al proceso de descubrimiento de medicamentos.<\/p>\n

Arriba, imagen cortes\u00eda de IBM<\/em><\/span><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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