Cómo científicos chinos resolvieron un misterio del hielo que intrigó a la física durante 170 años
Una combinación inédita de inteligencia artificial y microscopios de alta precisión permitió a científicos chinos explicar qué ocurre en la superficie del hielo mucho antes de que inicie su derretimiento.
El hallazgo aclara un enigma planteado hace más de siglo y medio y abre nuevas rutas para el estudio de materiales en condiciones extremas.
El avance se describe en un estudio publicado en diciembre en la revista científica Physical Review X, donde se detalla por primera vez la estructura atómica de la llamada capa de prederretimiento. Esta capa consiste en una película similar a un líquido que aparece en la superficie del hielo incluso a temperaturas muy por debajo de 0 °C.
El fenómeno se conocía desde hace más de 170 años, cuando el físico británico Michael Faraday lo observó por primera vez. Sin embargo, su estructura microscópica permanecía sin explicación, pese a su relevancia en campos como la fricción, la química atmosférica, la criopreservación y la patinación sobre hielo.
Investigadores de la Universidad de Pekín superaron esa limitación al combinar microscopía de fuerza atómica con algoritmos de aprendizaje de máquina entrenados mediante simulaciones de dinámica molecular. Esta unión permitió interpretar señales que antes resultaban incompletas.
En la primera fase, el equipo utilizó la microscopía de fuerza atómica para mapear la superficie del hielo con una punta microscópica capaz de detectar variaciones mínimas de fuerza. No obstante, esta técnica por sí sola no logra reconstruir estructuras tridimensionales completas en superficies irregulares.
La innovación clave consistió en aplicar inteligencia artificial para interpretar esos datos parciales. El algoritmo se entrenó con simulaciones realistas que incluyeron ruidos experimentales. De esta forma, fue posible reconstruir detalles moleculares que los métodos tradicionales no detectaban.
El análisis se centró en temperaturas entre –152 °C y –93 °C. En ese rango, los científicos identificaron la formación de una capa superficial amorfa. El hielo permaneció sólido, pero las moléculas de agua perdieron su organización cristalina típica. Esta capa mostró un comportamiento sólido muy desordenado y evolucionó de forma gradual hacia un estado casi líquido conforme aumentó la temperatura.
El descubrimiento redefinió la comprensión microscópica del hielo en estado de prederretimiento. Además, ofreció una nueva perspectiva sobre cómo las superficies cristalinas cambian bajo condiciones extremas.
La técnica desarrollada no se limita al estudio del hielo. El uso combinado de aprendizaje de máquina y microscopía de fuerza atómica se perfila como una herramienta para investigar interfaces desordenadas, transiciones de fase y defectos en materiales, con posibles aplicaciones en materiales funcionales y sistemas biológicos.
*La creación de este contenido contó con la asistencia de inteligencia artificial. La fuente de esta información es de un medio del Grupo de Diarios América (GDA) y revisada por un editor para asegurar su precisión. El contenido no se generó automáticamente.