La nanotecnología puede ofrecer soluciones disruptivas y revolucionarias para la medicina del siglo XXI, que se prevé que sea precisa, personalizada y predictiva.

ICN2 aspira a convertirse en un motor estratégico del ecosistema de salud. Si bien la investigación de ICN2 orientada a aplicaciones en salud está consolidada, los principales objetivos estratégicos próximos son impulsar la investigación académica traslacional llevada a cabo en ICN2, aumentar el conocimiento y la comprensión de las nanotecnologías entre clínicos y pacientes y, en última instancia, agilizar la transferencia de conocimiento y resultados al entorno clínico y a la industria relacionada con la salud.

Los esfuerzos se dirigirán al desarrollo de tecnologías innovadoras para la prevención, el diagnóstico y el tratamiento, especialmente en Oncología, Neurología y Enfermedades Infecciosas. Además, ICN2 impulsará la investigación académica traslacional, una colaboración más estrecha con clínicos y la transferencia de conocimiento y resultados al entorno clínico y a la industria relacionada con la salud.

Se espera que las nanotecnologías, los sistemas nanoestructurados y los nuevos materiales desempeñen un papel central en el desarrollo de la próxima generación de tecnologías para la comunicación y el procesamiento de información con un consumo de energía ultrabajo.

El eje central del programa es el diseño de materiales artificiales para aplicaciones específicas mediante diseño químico y estructural, nanoensamblaje y tallado, formación de nanomateriales covalentes híbridos y efectos de proximidad en heteroestructuras. Los materiales y estructuras topológicos se explorarán en mayor profundidad para las futuras tecnologías de comunicación (más allá del 5G) y para los circuitos auxiliares de las tecnologías cuánticas emergentes.

ICN2, que lidera de manera consistente grandes proyectos internacionales de investigación en áreas como la materia cuántica y topológica, la espintrónica, la fotónica y la fonónica, se centrará en el desarrollo de novedosas tecnologías Cuánticas y Neuromórficas Multivariables (p. ej., espín, fotón, fonón, magnón). Mediante la nueva plataforma computacional de inteligencia artificial del instituto (AI@ICN2), la IA se utilizará también para acelerar el diseño de materiales nanoingeniados con el mejor rendimiento posible de los dispositivos, 

Las tecnologías disruptivas en el ámbito de la energía sostenible son muy necesarias para alcanzar los objetivos urgentes de reducción de la contaminación y de las emisiones de gases de efecto invernadero. Las nanotecnologías y los nanomateriales avanzados serán cada vez más esenciales para la generación, el transporte, la conversión y el almacenamiento de energía, y constituirán una parte fundamental de los dispositivos de energía limpia, como células solares, pilas de combustible, electrolizadores, baterías y otros.

ICN2 dedicará esfuerzos al desarrollo de sistemas eficientes y tecnologías avanzadas para la captación, conversión y almacenamiento de energía, y para la gestión térmica. Nuestro enfoque disruptivo aprovechará las nuevas capacidades del AI@ICN2 combinadas con la infraestructura avanzada de ICN2 y el sincrotrón ALBA. Esto nos permitirá acceder a regímenes espaciales, temporales y energéticos que anteriormente estaban fuera de alcance, proporcionando una base de información rica para el descubrimiento de nuevos materiales energéticos con aplicaciones prácticas. Para minimizar la huella ambiental de nuestras tecnologías, también se tendrá en cuenta la perspectiva del análisis del ciclo de vida de estos desarrollos.

La inteligencia artificial (IA) es una herramienta poderosa que puede facilitar diversas etapas del proceso de investigación. Por ejemplo, la IA puede acelerar la exploración del vasto espacio dimensional de nanomateriales complejos, estableciendo su estructura y propiedades antes de la investigación experimental, y puede permitir el análisis automatizado de datos complejos para evaluar grandes conjuntos de datos.

AI@ICN2 proporcionará orientación operativa interna y herramientas, al tiempo que impulsará el desarrollo de métodos de aprendizaje automático (ML) en los formalismos de dinámica molecular y transporte cuántico internos ya existentes. Las actividades emergentes se reforzarán mediante estrategias de diseño de materiales y análisis de datos, lo que permitirá establecer colaboraciones internacionales con socios académicos e industriales clave. Nuestra visión a largo plazo es que AI@ICN2 se convierta en una fuerza motriz central y transformadora para la sostenibilidad y el impacto.

ICN2 cuenta con una gran experiencia especializada en nanomateriales y nanofabricación, así como con herramientas de nanofabricación de última generación e instalaciones de sala limpia. El Área de Investigación en Nanomateriales y Nanofabricación actúa como centro de conexión entre los grupos de investigación y las Unidades de Apoyo a la Investigación de ICN2 para la síntesis de nuevas nanoestructuras y nanomateriales, empleando enfoques ascendentes (bottom-up) o descendentes (top-down) según las necesidades.

Se desarrollarán nuevos procedimientos para acelerar la traslación industrial y clínica de las nanotecnologías y los nanomateriales, y los protocolos y procesos de nanofabricación se adaptarán a los principios de la química verde, con el fin de lograr un uso más sostenible de los materiales y reducir los residuos y los agentes tóxicos. Además, ICN2 colaborará con otros institutos internacionales para llevar a cabo una Iniciativa en Nanotoxicología, orientada al estudio y la evaluación de los posibles riesgos de los nanomateriales para la salud y el medio ambiente.

ICN2 cuenta con equipamiento avanzado propio e instalaciones de gran escala para la nanocaracterización, así como una destacada experiencia especializada científica y competencias técnicas en imagen, espectroscopia y manipulación a nanoescala y en espectroscopias de alta resolución temporal.

Nuestro instituto ha alcanzado una posición de liderazgo en este ámbito y ha conseguido recientemente una financiación sustancial para infraestructuras avanzadas de nanocaracterización. El proyecto In-CAEM, respaldado con 15 M€ del Programa Next Generation de la UE, proporcionará acceso a una plataforma de nanocaracterización más allá del estado del arte para el análisis de materiales in situ/in operando, que incluye microscopía electrónica (ME) de última generación, microscopias de sonda avanzadas, la adaptación de varias líneas de haz de sincrotrón para análisis correlativos, y recursos para almacenamiento, análisis y tratamiento de datos.

ICN2 es una referencia internacional en metodologías, herramientas computacionales y códigos para modelado y simulación, que permiten predecir fenómenos cuánticos complejos en modelos realistas de materiales, dispositivos y procesos (por ejemplo, SIESTA y LSQUANT). Estas técnicas se aplican, en colaboración con los grupos de investigación, a los siguientes temas, entre otros: computación neuromórfica, espintrónica con heteroestructuras de van der Waals, nuevos paradigmas para la transducción y el procesamiento de información cuántica en materia topológica, entornos electroquímicos para el almacenamiento/conversión de energía y dispositivos bioelectrónicos.

Los métodos de inteligencia artificial y aprendizaje automático también se desarrollarán y aprovecharán en el contexto de infraestructuras de computación de alto rendimiento locales e internacionales, y en el marco de la próxima era del exaescala.