En una cacerola con agua flotan esferas microscópicas: partículas coloidales. Cada esfera está cubierta de largos hilos poliméricos, semejantes a un cepillo, y lleva una carga eléctrica. Si se ajustan bien la temperatura y la composición de la disolución, las esferas comienzan a ordenarse por sí solas en patrones regulares: cristales. Pero he aquí el problema: en las mismas condiciones puede obtenerse tanto un empaquetamiento denso, como naranjas en una caja, como uno suelto, como burbujas en la espuma. Los métodos habituales para distinguir un patrón de otro fallan cuando en la disolución flota una mezcla de todo a la vez y parte de las esferas se aglutina en grumos informes.

Los autores del trabajo idearon una forma de examinar el entorno de cada partícula y comparar cuán similar es entre distintas esferas. Antes se usaban descriptores del entorno local, que distinguen bien las variantes de empaquetamiento, pero se calculan demasiado lento para las simulaciones por computadora. Entonces los científicos recurrieron a las redes neuronales: un transformador SE(3)-equivariante (un modelo que no confunde estructuras rotadas o desplazadas) fue entrenado para predecir rápidamente cuán parecido es el entorno de una esfera al de otra. Es como si, en lugar de medir manualmente las distancias entre todas las naranjas de la caja, se entrenara a un robot para que diga al instante si la disposición se parece a la muestra.

Con esta red neuronal, los investigadores pudieron calcular la energía libre (una medida de estabilidad) para diferentes empaquetamientos cristalinos. Resultó que, variando la carga superficial de las partículas positivas y negativas, pero manteniendo la misma fuerza de atracción entre ellas, se puede conmutar el sistema entre dos tipos de cristales. Es como sintonizar una radio: giras una perilla y captas una emisora; giras otra y suena música completamente distinta, aunque el receptor sea el mismo.

Ahora, conociendo el paisaje energético, se puede calcular de antemano qué condiciones se necesitan para obtener exactamente la estructura requerida para una aplicación concreta. Y en lugar de un largo tanteo de recetas, el experimentador recibe un mapa: aquí crecerá un cristal de tipo A, y aquí uno de tipo B. El trabajo abre el camino al diseño racional de materiales coloidales, donde las propiedades se determinan no por la composición química, sino por cómo están empaquetadas las partículas entre sí.