Científicos indios desarrollan dispositivos moleculares que imitan la inteligencia adaptativa del cerebro

Los científicos llevan más de 50 años buscando alternativas al silicio para construir dispositivos electrónicos moleculares, enfrentándose a la complejidad de controlar el comportamiento de las moléculas en entornos electrónicos. Paralelamente, el campo de la computación neuromórfica —inspirada en el funcionamiento del cerebro— ha perseguido materiales capaces de almacenar información, computar y adaptarse simultáneamente. Ahora, estos dos desafíos parecen converger gracias a un avance significativo.

En una colaboración multidisciplinaria que abarca química, física e ingeniería eléctrica, un equipo dirigido por Sreetosh Goswami, profesor asistente del Centro de Nano Ciencia e Ingeniería (CeNSE) del Instituto Indio de Ciencia, ha desarrollado dispositivos moleculares minúsculos con capacidades extraordinarias de adaptación.

"Es raro ver adaptabilidad a este nivel en materiales electrónicos", afirma Sreetosh Goswami, según el estudio publicado en Advanced Materials. "Aquí, el diseño químico se encuentra con la computación, no como una analogía, sino como un principio de funcionamiento".

Lo más sorprendente de estos dispositivos es su versatilidad: dependiendo de cómo se estimulen, pueden funcionar como unidades de memoria, puertas lógicas, selectores, procesadores analógicos o sinapsis electrónicas. Esta capacidad de transformación se debe a la química única utilizada en su construcción.

El equipo sintetizó 17 complejos de rutenio cuidadosamente diseñados y analizó cómo las variaciones minúsculas en la geometría molecular y los entornos iónicos modificaban el comportamiento de los electrones. Mediante ajustes precisos de los ligandos e iones dispuestos alrededor de las moléculas de rutenio, los investigadores demostraron que un mismo dispositivo puede exhibir múltiples tipos de comportamiento dinámico —cambiando de digital a analógico, por ejemplo— a través de un amplio rango de valores de conductancia.

La síntesis molecular fue realizada por Pradip Ghosh, investigador Ramanujan, y Santi Prasad Rath, ex estudiante de doctorado en CeNSE. La fabricación de los dispositivos estuvo dirigida por Pallavi Gaur, primera autora del estudio y estudiante de doctorado en CeNSE.

"Lo que me sorprendió fue cuánta versatilidad estaba oculta en el mismo sistema", señala Gaur. "Con la química molecular y el entorno adecuados, un solo dispositivo puede almacenar información, computar con ella, o incluso aprender y desaprender. Eso no es algo que esperes de la electrónica de estado sólido convencional".

Para comprender por qué ocurre esto, el equipo desarrolló un marco teórico riguroso basado en física de muchos cuerpos y química cuántica, capaz de predecir la función a partir de la estructura molecular. Esto les permitió mapear cómo los electrones atraviesan la película molecular, cómo las moléculas individuales experimentan oxidación y reducción, y cómo los contraiones se reorganizan dentro de la matriz molecular, gobernando conjuntamente la dinámica de conmutación y relajación, así como la estabilidad de cada estado molecular.

Crucialmente, la adaptabilidad única de estos complejos permite incorporar tanto memoria como computación en el mismo material, lo que puede conducir a hardware neuromórfico en el que el aprendizaje puede codificarse en el propio material. El equipo ya está trabajando en integrar estos materiales en chips de silicio, con el objetivo de desarrollar hardware de IA futuro que sea tanto eficiente como intrínsecamente inteligente.

"Este trabajo muestra que la química puede ser arquitecta de la computación, no solo su proveedora", afirma Sreebrata Goswami, científico visitante en CeNSE y coautor del estudio que dirigió el diseño químico.

Este avance se produce en un momento en que otros equipos de investigación también están logrando progresos significativos en el campo de los materiales avanzados. Investigadores de la Universidad Politécnica del Noroeste de China y la Universidad Monash de Australia han desarrollado recientemente un sistema catalítico dual capaz de controlar con precisión la secuencia de polímeros, lo que podría revolucionar materiales para construcción, electrónica y biomedicina.

Paralelamente, científicos del DGIST (Instituto de Ciencia y Tecnología de Daegu Gyeongbuk) y la Universidad Sungkyunkwan han creado una tecnología que utiliza inteligencia artificial para visualizar las vías de reacción sintética de nanocristales semiconductores, lo que podría acelerar significativamente el desarrollo de materiales para pantallas y sensores de próxima generación.

Estos avances en conjunto señalan una nueva era en la ciencia de materiales, donde las propiedades pueden programarse a nivel molecular con una precisión sin precedentes, abriendo camino a dispositivos electrónicos más eficientes, materiales inteligentes y sistemas de computación inspirados en el cerebro humano.