Los materiales aeroespaciales de próxima generación desarrollados con IA entran en producción en masa

Por primera vez en la historia, la empresa estadounidense Aether Biomachines está ampliando la producción de nuevos materiales desarrollados utilizando IA a cantidades industriales. Su primer producto es RapidPrint, un filamento de polímero que permite imprimir cuatro veces más rápido que las alternativas existentes. Le seguirá en breve el filamento Ultra Print, un compuesto con la resistencia del aluminio de calidad aeronáutica con la mitad de peso.

Estos productos son la punta del iceberg. Porque lo que ofrece la tecnología de Aether no es solo nuevos materiales, sino la capacidad de identificar nuevos materiales útiles con IA y luego construirlos, átomo a átomo.

“Una de las cosas en las que nos hemos vuelto realmente buenos es en encontrar una nueva especie molecular y hacerlo muy rápidamente”, me dijo Pavle Jeremić, director ejecutivo y fundador de Aether Biomachines.

La empresa ha estado en modo de inicio sigiloso durante siete años. Ahora comparte los frutos de su investigación y aumenta la producción a escala industrial.

ingeniería molecular

Los investigadores han estado hablando de nanomáquinas, pequeños robots capaces de descomponer la materia y reensamblarla en cualquier forma deseada desde el histórico libro de Eric Drexler de 1990, Engines of Creation. La experiencia de Jeremić es en ingeniería biomolecular en UC Davis, investigando cómo funcionan los procesos naturales a esta escala. El libro tuvo una gran influencia en Jeremić, pero en lugar de los nanobots mecánicos de Drexler, vio un futuro basado en la biotecnología, de ahí las “Biomáquinas” en el nombre de la empresa.

La naturaleza es increíblemente eficiente en comparación con la producción humana cuando se trata de producir materiales de alto rendimiento. La fibra de aramida, por ejemplo, el material sintético utilizado en los chalecos antibalas de Kevlar, requiere altas temperaturas y presiones, ingredientes muy específicos -“diaminas aromáticas y haluros de diácidos aromáticos”- y una gran planta industrial. La seda de araña, que es más fuerte, se fabrica según demanda a temperatura ambiente y bajo la presión de un órgano del tamaño de un grano de arena. Y la única materia prima que necesita una araña para fabricar seda es un suministro de moscas muertas.

El enfoque de Aether Biomachines se parece más a una araña que a una fábrica, ya que utiliza procesos biológicos especialmente diseñados para producir materiales con las propiedades exactas necesarias y hacerlo de forma económica.

Un mapa del tesoro de IA para encontrar nuevos materiales valiosos

En el caso de RapidPrint, el primer paso fue identificar un nuevo material adecuado.

“Lo que estábamos tratando de descubrir era qué tipo de molécula, que en su estado inicial fluiría, luego a una determinada temperatura se polimerizaría y endurecería rápidamente”, dice Jeremić.

El material necesario era un prepolímero y el ingrediente mágico que lo endurece segundos después de la impresión es una enzima, una especie de catalizador biológico.

Los investigadores han anhelado utilizar enzimas biológicas de procesos industriales y más (son las enzimas que descomponen las manchas las que hacen que el detergente en polvo sea “biológico”), pero una de las habilidades especiales de Aether Biomachines es diseñar y fabricar nuevas enzimas para tareas específicas.

Se puede considerar una enzima como una máquina molecular para modificar otras moléculas. Una vez identificada la tarea que había que realizar, el desafío era encontrar una enzima para realizarla. Estas enzimas sintéticas que no se encuentran en la naturaleza son fáciles de producir, pero hay miles de millones de posibles proteínas que se pueden producir ensamblando aminoácidos de diferentes maneras. ¿Cómo sabes si hay uno que hace lo que necesitas y cómo lo identificas?

Jeremić sostiene que los medios de Aether para resolver este desafío los hacen únicos.

“Esto es lo que llamamos indexación”, explica. “Es una forma de resumir matemáticamente el problema, preguntando qué proteína puede realizar una determinada función molecular. Cada proteína es un punto de datos, y etiquetamos cada una con sus numerosas funciones probándolas empíricamente”.

En la práctica, esto significa un laboratorio lleno de cientos de placas de plástico, cada una con cientos de pocillos diminutos, cada uno de los cuales contiene una proteína diferente, que pasa por un proceso de prueba automatizado para determinar cómo reacciona la proteína ante miles de otras moléculas. Con el tiempo, Aether Biomachines ha mapeado la función de millones de proteínas diferentes.

Esto es muy diferente de otros investigadores de biotecnología, que se interesan primero en la estructura de cada proteína y, en particular, en cómo se pliega, lo que afecta su forma de reaccionar. En lugar de comprobar únicamente una función específica, el proceso de análisis de Aether analiza una amplia gama de reacciones,

“La gente pensaba que cada proteína tenía una sola función, pero ahora sabemos que son promiscuas y que pueden tener muchas funciones diferentes”, dice Jeremić. “Si sólo se prueban una o dos funciones, no se obtiene el alcance completo de lo que cada proteína puede hacer”.

Todos estos puntos de datos y etiquetas se introducen en un proceso de aprendizaje automático con indexación, convirtiendo los puntos individuales en una imagen grande para que sea posible ver lo que hay en los espacios vacíos entre ellos. De hecho, proporciona un mapa del tesoro que guía a los investigadores rápidamente hacia la molécula exacta que necesitan. La indexación es el tipo de tarea que es prácticamente imposible para los humanos, pero fácil para la IA debido a su capacidad para manejar grandes cantidades de datos.

“Descubrimos siete nuevas clases de química que son útiles y cientos más que no lo son tanto”, dice Jeremić. “Descubrí muchas cosas interesantes en el camino”.

Finalmente, las enzimas deberían poder realizar casi cualquier transformación que se pueda imaginar.

“Estamos creando fábricas moleculares sintonizables que pueden tomar un determinado insumo y convertirlo en un determinado resultado”, afirma Jeremić.

Suena genial en teoría. Pero, ¿puede fabricar productos reales en cantidades comercialmente útiles?

Transformar la teoría en productos

Lo que los inversores y clientes quieren es algún resultado útil, y perfeccionar esa parte es en parte la razón por la que Aether recién ahora está emergiendo después de siete años de desarrollo silencioso.

El desafío consistía en identificar un material que produjera altos rendimientos rápidamente sin necesidad de una inversión masiva. La empresa optó por RapidPrint, que puede aumentar considerablemente la eficiencia de las impresoras 3D ampliamente utilizadas en la industria aeroespacial.

Los beneficios exactos de RapidPrint dependen de la configuración específica, pero Jeremić dice que es “conservador” describirlo como una aceleración de la impresión en un factor de cuatro.

“Por ejemplo, el filamento Nylon-CF típico puede imprimir entre 30 y 80 mm/s, dependiendo del material y la impresora. Con Aether, nuestros clientes normalmente comienzan a imprimir a 300-450 mm/s sin comprometer el rendimiento mecánico, y algunos clientes llegan hasta 900 mm/s”, afirma Jeremić.

Jeremić dice que los clientes potenciales tienden a ser escépticos sobre el aumento de velocidad hasta que prueban las bobinas de prueba. Entonces quieren más. Los beneficios potenciales de una producción más rápida son obvios.

Los fabricantes de drones como Wild Hornets de Ucrania ya tienen granjas de impresoras 3D que producen componentes para drones; El equipo utiliza más de 350 impresoras sin parar. Este tipo de operaciones podrían estar interesadas en un nuevo material que podría multiplicar la producción de la noche a la mañana.

Durante el desarrollo de RapidPrint, el equipo de Jeremić hizo un descubrimiento sorprendente: uno de esos descubrimientos “accidentales”. Se añade fibra de carbono a los compuestos para aumentar la resistencia, pero esto sólo funciona hasta cierto punto, normalmente alrededor del 30% de fibra. Con la nueva fórmula, descubrieron que el material podía absorber entre un 40 y un 50 % o más de fibra de carbono, proporcionando una resistencia sin precedentes: la nueva gama Ultra Print. Esto es mucho más resistente que el material de impresión 3D existente.

“De repente podemos crear un polímero que es más resistente que el metal, pero con la mitad de densidad”, afirma Jeremić. “Es un gran problema”.

La industria conoce este material desde hace años, pero debido a su alta viscosidad siempre han sido materiales inutilizables. La nueva fórmula de Aether Biomachine cambia eso. El nuevo material ofrece el potencial de crear aviones, misiles y drones con una ingeniería precisa e intrincada posible gracias a la impresión 3D y a alta velocidad.

Las nuevas técnicas de fabricación son una característica de la nueva era de los drones. La gigantesca instalación Arsenal-1 de “hiperescala” de Anduril, destinada a producir misiles en grandes cantidades, depende en gran medida de la impresión 3D. El misil de crucero FP-5 Flamingo de Ucrania tiene un cuerpo de fibra de carbono en una máquina de bobinado que tarda seis horas. Los nuevos materiales podrían hacer que las técnicas tradicionales de trabajo del metal parezcan obsoletas.

Aumento de la producción

El primer desafío es la ampliación, lo que Aether está haciendo con la ayuda de 15 millones de dólares en inversiones de capital anunciadas recientemente.

La cantidad total de RapidPrint producida hasta la fecha asciende a 1,5 toneladas. Jeremić dice que la empresa ahora está en camino de producir 10 toneladas por mes para mediados de 2026, alcanzando cientos de toneladas para fin de año. En 2027, Aether podría producir miles de toneladas por mes, dependiendo de la demanda.

“La demanda de RapidPrint ya supera la oferta, pero a medida que crecemos, tenemos cuidado de aprender a caminar antes de poder correr”, afirma Jeremić.

A largo plazo, Jeremić habla de reimaginar la industria y un mundo donde unidades del tamaño de contenedores de envío puedan producir casi cualquier material necesario utilizando materias primas básicas. La empresa ya tiene varios productos prometedores listos para procesos como la extracción económica de litio del agua de mar.

Es probable que el proceso de indexación revele posibilidades más rentables, y Aether Biomachines son las únicas que tienen el mapa del tesoro para encontrarlas.

“Nuestro concepto básico de un modelo de función de proteínas es único”, afirma Jeremić. “Somos las únicas personas en el planeta que generamos estos datos, por lo que sólo nosotros podemos predecir qué harán las enzimas”.

El espacio de las proteínas es enorme y su indexación es un proceso continuo. El software y el hardware de IA mejorados acelerarán el proceso y abrirán más posibilidades con las que aún no se había soñado.

Si RapidPrint funciona como se afirma, sin duda atraerá un interés considerable y la serie Ultra podría revolucionar la fabricación aeroespacial. Pero si Jeremić tiene razón, son sólo el comienzo de algo mucho más grande.