Como resultado de un alto grado de colaboración interna, cada grupo de investigación en el Instituto IMDEA Materiales participa en varios de nuestros programas de investigación. Liderados por el talento de nuestros investigadores, los programas de investigación combinan investigación fundamental orientada de vanguardia en temas que se encuentran en las fronteras del conocimiento, con investigación aplicada que abarca los intereses a medio plazo de nuestros socios industriales para proporcionarles liderazgo tecnológico a largo plazo.
El programa de Nuevos Materiales combina conocimientos especializados en el diseño y la síntesis de bloques constituyentes de origen nanoestructurado, molecular y biológico, así como su integración en materiales macroscópicos, dispositivos y arquitecturas tridimensionales complejas. Desarrolla soluciones para componentes estructurales de alto rendimiento con capacidades multifuncionales mejoradas, como prestaciones térmicas, eléctricas, mecánicas, biológicas y de resistencia al fuego, además de materiales funcionales nanoestructurados destinados a aplicaciones catalíticas relacionadas con la energía sostenible. Los materiales y dispositivos desarrollados en este programa se utilizan en los sectores del transporte, la energía y la biomedicina.
El programa de Fabricación Avanzada abarca una amplia gama de materiales (por ejemplo, aleaciones metálicas, biomateriales, polímeros y materiales compuestos) y combina enfoques experimentales, computacionales y basados en datos. Su objetivo es mejorar la calidad, la productividad, la eficiencia y la sostenibilidad de los métodos de fabricación actuales, así como desarrollar técnicas de fabricación novedosas e híbridas, como la fabricación aditiva (AM), para hacer posible la implantación comercial de productos emergentes en los sectores aeroespacial, biomédico, energético, automovilístico y otros ámbitos industriales.
El programa de Ingeniería Integrada de Materiales Computacional integra herramientas de simulación en estrategias de modelización multiescala para diseñar, modelizar y optimizar materiales, metamateriales y sus rutas de procesamiento antes de su fabricación en laboratorio. Conecta el procesamiento, la microestructura, las propiedades y el rendimiento a través de escalas electrónicas, atomísticas, mesoscópicas y continuas, utilizando desarrollos propios de simulación (como plasticidad cristalina, modelos de campo de fases y elementos finitos), computación de altas prestaciones, aprendizaje automático, modelos sustitutos (surrogate modelling) y técnicas avanzadas de calibración para mejorar la eficiencia, la fidelidad y la capacidad predictiva.
El programa de Caracterización Multiescala e In Situ se centra en comprender la evolución de las microestructuras y los defectos en materiales avanzados durante su procesamiento y servicio. Para ello, emplea técnicas de caracterización de vanguardia, incluyendo el análisis tridimensional (3D) de materiales para obtener información microestructural, química, catalítica y cristalográfica a múltiples escalas de longitud. Asimismo, el programa desarrolla y aplica metodologías in situ y operando para investigar procesos dinámicos en tiempo real, permitiendo una caracterización cuatridimensional (4D) de los materiales y de su comportamiento a través de múltiples escalas.
El programa de Digitalización e Inteligencia Artificial coordina el desarrollo de metodologías basadas en inteligencia artificial y datos para la ciencia e ingeniería de materiales, al tiempo que impulsa la infraestructura de digitalización asociada, incluyendo flujos de trabajo, bases de datos y ontologías. Sus actividades se centran en acelerar el descubrimiento de nuevos materiales mediante técnicas de aprendizaje automático, desarrollar laboratorios autónomos (self-driving laboratories) y avanzar en el diseño y la fabricación de materiales a través de gemelos digitales, bucles dinámicos de retroalimentación experimental, marcos de gestión de datos FAIR (Findable, Accessible, Interoperable and Reusable), cuantificación de la incertidumbre y optimización de parámetros.