La nanotecnologia pot oferir solucions disruptives i innovadores per a la medicina del segle XXI, que s'espera que sigui precisa, personalitzada i predictiva.

L'ICN2 aspira a convertir-se en un motor estratègic de l'ecosistema de la salut. Si bé la recerca de l'ICN2 orientada a aplicacions en salut està consolidada, els principals objectius estratègics propers són impulsar la recerca acadèmica translacional duta a terme a l'ICN2, augmentar la conscienciació i la comprensió de les nanotecnologies entre clínics i pacients i, en darrera instància, agilitzar la transferència de coneixement i resultats a l'entorn clínic i a la indústria relacionada amb la salut.

Els esforços s'adreçaran al desenvolupament de tecnologies innovadores per a la prevenció, el diagnòstic i el tractament, especialment en Oncologia, Neurologia i Malalties infeccioses. A més, l'ICN2 impulsarà la recerca acadèmica translacional, una col·laboració més estreta amb clínics i la transferència de coneixement i resultats a l'entorn clínic i a la indústria relacionada amb la salut.

S'espera que les nanotecnologies, els sistemes nanoestructurats i els nous materials tinguin un paper central en el desenvolupament de la propera generació de tecnologies per a la comunicació i el processament de la informació amb un consum d'energia ultrabaix.

El nucli del programa consisteix a adaptar materials artificials per a aplicacions específiques mitjançant el disseny químic i estructural, el nano-assemblatge i el tallat, la formació de nanomaterials covalents híbrids i els efectes de proximitat en heteroestructures. Els materials i les estructures topològiques s'exploraran més a fons per a les futures tecnologies de comunicació (més enllà del 5G) i per als circuits auxiliars de les tecnologies quàntiques emergents.

L'ICN2, que lidera de manera consistent grans projectes de recerca internacionals en àmbits com ara la matèria quàntica i topològica, l'espintrònica, la fotònica i la fonònica, se centrarà en el desenvolupament de noves tecnologies quàntiques i neuromòrfiques multivariable (p. ex., espín, fotó, fonó, magnó) (Quantum & Neuromorphic technologies). La Intel·ligència Artificial (IA) (vegeu la nova plataforma d'IA AI@ICN2) també s'utilitzarà per accelerar el disseny de materials nanoenginyeritzats per aconseguir el millor rendiment dels dispositius.

Les tecnologies disruptives són clau per assolir objectius urgents com reduir la contaminació i les emissions de gasos d’efecte hivernacle. Les nanotecnologies i els nanomaterials avançats tindran un paper cada vegada més important en la generació, el transport, la conversió i l’emmagatzematge d’energia, i seran essencials per al desenvolupament de dispositius d’energia neta com ara panells solars, piles de combustible, electrolitzadors i bateries. A l’ICN2, ens centrarem en el desenvolupament de sistemes eficients i tecnologies avançades per a la captació, conversió i emmagatzematge d’energia, així com per a la gestió tèrmica. El nostre enfocament combinarà les capacitats d’AI@ICN2 amb la infraestructura avançada de l’ICN2 i del sincrotró ALBA, cosa que ens permetrà explorar règims espacials, temporals i energètics fins ara inaccessibles i facilitarà el descobriment de nous materials energètics amb aplicacions pràctiques. Per minimitzar la petjada ambiental d’aquestes tecnologies, també tindrem en compte tot el seu cicle de vida.

La intel·ligència artificial (IA) és una eina potent que pot facilitar diverses etapes del procés de recerca. Per exemple, la IA pot accelerar l'exploració del vast espai dimensional de nanomaterials complexos, establint-ne l'estructura i les propietats abans de la recerca experimental, i pot permetre una anàlisi automatitzada de dades complexes per avaluar grans conjunts de dades.

AI@ICN2 proporcionarà orientació operativa interna i eines, alhora que impulsarà el desenvolupament de mètodes d'aprenentatge automàtic (AA) en els formalismes de dinàmica molecular i transport quàntic existents a la institució. Les activitats emergents es reforçaran mitjançant estratègies de disseny de materials i anàlisi de dades, que permetran col·laboracions internacionals amb socis acadèmics i industrials clau. La nostra visió a llarg termini és que AI@ICN2 esdevingui una força motriu central i transformadora per a la sostenibilitat i l'impacte.

L'ICN2 té una gran experiència en nanomaterials i nanofabricació i compta amb eines de nanofabricació d'última generació i instal·lacions de sala blanca. L'Àrea de Recerca en Nanomaterials i Nanofabricació actua com a node central per als grups de recerca i les unitats de suport a la recerca de l'ICN2 per a la síntesi de noves nanoestructures i nanomaterials, mitjançant enfocaments de baix a dalt (bottom-up) o de dalt a baix (top-down), d'acord amb les necessitats.

Es desenvoluparan nous procediments per accelerar la translació industrial i clínica de les nanotecnologies i els nanomaterials, i els protocols i processos de nanofabricació s'adaptaran als principis de la química verda, amb l'objectiu d'aconseguir un ús més sostenible dels materials i reduir els residus i els agents tòxics. A més, l'ICN2 col·laborarà amb altres instituts internacionals per dur a terme una Iniciativa de Nanotoxicologia, orientada a estudiar i avaluar els riscos potencials dels nanomaterials per a la salut i el medi ambient.

L'ICN2 disposa d'equipament avançat propi i d'instal·lacions a gran escala per a la nanocaracterització, així com d'una destacada experiència científica i competències tècniques en imatge, espectroscòpia i manipulació a la nanoescala i en espectroscòpies d'alta resolució temporal.

El nostre Institut ha assolit una posició de lideratge en aquest àmbit i recentment ha obtingut un finançament substancial per a infraestructures avançades de nanocaracterització. El projecte In-CAEM, finançat amb 15 M€ del Programa Next Generation de la UE, proporcionarà accés a una plataforma de nanocaracterització més enllà de l'estat de l'art per a l'anàlisi de materials in-situ/in operando, incloent-hi microscòpia electrònica (ME) d'última generació, microscopies de sonda d'escaneig avançades, l'adaptació de diverses línies de feix de sincrotró per a anàlisis correlatives i recursos per a l'emmagatzematge, l'anàlisi i el tractament de dades.

L'ICN2 és una referència internacional en metodologies, eines computacionals i codis per a la modelització i la simulació, que permeten fer prediccions de fenòmens quàntics complexos en models realistes de materials, dispositius i processos (per exemple, SIESTA i LSQUANT). Aquestes tècniques s'apliquen, en col·laboració amb els grups de recerca, als temes següents, entre d'altres: computació neuromòrfica, espintrònica amb heteroestructures de van der Waals, nous paradigmes per a la transducció i el processament d'informació quàntica en matèria topològica, entorns electroquímics per a l'emmagatzematge/conversió d'energia i dispositius bioelectrònics.

Els mètodes d'intel·ligència artificial i aprenentatge automàtic també es desenvoluparan i s'aprofitaran en el context d'infraestructures locals i internacionals de computació d'alt rendiment i de la propera era de l'exaescala.