Mario Lanza: “Los materiales bidimensionales traerán dispositivos que aún no existen”

Los primeros en el camino hacia el futuro de la electrónica

En octubre de 2020, la revista Nature Electronics dedicó su portada a la investigación del grupo de Mario Lanza, pionera en la creación de un nuevo hardware para la implementación de inteligencia artificial. El equipo desarrolló memristores hechos a partir de nitruro de boro hexagonal, con los que emularon una red neuronal artificial para reconocimiento de imágenes.

Esto se traduce en la posibilidad de dotar de inteligencia artificial al hardware de teléfonos u otros dispositivos con mayor eficacia que con los memristores tradicionales. Lo realmente único de este trabajo es que “obtuvimos un rendimiento del 98 %, que en materiales bidimensionales es una barbaridad, no hay nadie ni siquiera que se haya aproximado a ese número. Los circuitos de memristores se pueden agrupar tridimensionalmente y puedes meter muchos más en menos espacio y, además, son mucho más baratos de fabricar”, detalla el ingeniero. El investigador y su equipo han abierto un camino en el que ahora otros investigan, y se han posicionado a la vanguardia en el campo de la nanotecnología. Fueron los primeros y van por delante porque lo han inventado.

Lanza explica que para fabricar un circuito electrónico se necesitan tres tipos de materiales, conductores, semiconductores y aislantes. Y se ha investigado mucho con materiales bidimensionales conductores y semiconductores, pero ha habido bastante menos actividad en el campo de los aislantes, que es precisamente la especialidad del investigador catalán, quien ha centrado sus pruebas en el nitruro de boro hexagonal, “el material bidimensional más aislante”. 

El otro gran logro del grupo que dirige Mario Lanza es su habilidad con una peculiar herramienta (llamada microscopio de fuerzas atómicas con punta conductora), que permite medir las propiedades de los aislantes de una forma única, proporcionando datos de rendimiento y variabilidad de una manera muy precisa.

Mejores teléfonos y ordenadores y dispositivos nunca vistos 

“Los materiales bidimensionales tienen unas propiedades físicas, químicas, electrónicas, mecánicas, ópticas y magnéticas muy superiores a los materiales normales. Por ejemplo, tienen una alta conductividad eléctrica, son muy resistentes mecánicamente, son prácticamente transparentes y conducen el calor muy bien, que es una característica extremadamente importante porque los circuitos y los dispositivos electrónicos cuando fallan lo hacen siempre debido al calor”. Los memristores sirven tanto para almacenar información, como una memoria, como para procesarla, como hacen las redes neuronales artificiales, las puertas lógicas o los generadores de números aleatorios.

Los materiales bidimensionales no existen de forma natural, afirma el profesor, por lo que es necesario realizar un tratamiento para que los átomos adopten esa organización. Actualmente, se están llevando a cabo procesos de síntesis que permitirán la producción industrial de estos materiales, y Europa está a la cabeza, explica. “La industria de los semiconductores ha empezado a instaurar estos materiales en sus procesos de sus laboratorios. Intenta compatibilizarlos con los sistemas de fabricación de los circuitos industriales. Cuando hay cuatro empresas líderes en el sector intentando integrar eso en sus propios procesos de fabricación, entonces tienes una gran certeza de que algo va a pasar, esto lo vamos a ver tarde o temprano como una realidad comercial”.

Los hallazgos del grupo que lidera Mario Lanza permitirán fabricar dispositivos que funcionen mejor, esto es, que consuman menos potencia, sean más rápidos, más ligeros, que tengan una vida útil mayor gracias a esa disipación de calor. Además, “posibilitarán la fabricación de dispositivos que todavía no existen. Por ejemplo, producir circuitos con sensores o dispositivos flexibles y transparentes para integrarlos en la piel con el fin de monitorizar constantes biomédicas o en las lentillas con el fin de procesar imágenes”.

Sobre la evolución de la inteligencia artificial en el campo de la electrónica en el futuro, Mario Lanza tiene claro que va a tener un impacto bestial en todo lo que respecta a tareas de aprendizaje en reconocimiento de imágenes y de sonido y, sobre todo, para el IoE. En el campo de los materiales, la inteligencia artificial se está utilizando para optimizar procesos de síntesis.

Materiales bidimensionales para superar el estancamiento 

En los últimos cincuenta años, la electrónica se ha focalizado en la miniaturización del transistor, cuyas dimensiones se han reducido tanto que “se ha llegado a un límite físico, se va a llegar a la escala atómica, por lo que no se puede reducir más”. Por eso, ahora se está investigando con nuevos materiales (los bidimensionales, que mejoran el rendimiento y el número de aplicaciones) y con componentes como los memristores. Con estas dos vías de investigación, se prevé un incremento de la capacidad de procesamiento y del almacenamiento de la información. “Es un desafío bastante importante, pero no hay otra opción para superar el estancamiento”.

La carrera por lograr ese objetivo está muy reñida entre las tres grandes empresas (y países) que fabrican transistores a gran escala. Estas son TSMC de Taiwán, líder en el mundo y que ha desarrollado los más pequeños y fiables. Le siguen muy cerca Samsung, de Corea, e Intel, de Estados Unidos. “Hay una guerra bestial. Los chinos quieren también fabricar sus propios chips, pero es lo único que por ahora no han sido capaces de copiar y les va a costar muchísimo”.

España está muy bien posicionada en el campo de los materiales bidimensionales, pero se podría hacer muchísimo más, sostiene Mario Lanza. “El nivel de los científicos es muy alto, el problema son los recursos. Si a un investigador no le das recursos, cuesta mucho competir con investigadores de otros países. Y aunque también es verdad que la escasez te agudiza el ingenio, no se puede trabajar así siempre, se necesita más dinero por parte del gobierno”.