Mercado de informática de materiales: tamaño de la industria global, participación, tendencias, oportunidades y pronóstico, segmentado por aplicación (químicos y farmacéuticos, ciencia de los materiales, fabricación, ciencia de los alimentos, energía, otros), por tipo de material (elementos, químicos, otros), por técnica (recocido digital, tensor profundo, análisis estadístico, algoritmo genético)

Descripción general del mercado

El mercado global de informática de materiales se valoró en USD 127,98 millones en 2023 y se prevé que proyecte un crecimiento impresionante en el período de pronóstico con una CAGR del 12,48% hasta 2029. El mercado global de informática de materiales está experimentando un rápido crecimiento, impulsado por la creciente demanda de materiales avanzados en varias industrias, como la aeroespacial, la automotriz, la atención médica y la electrónica. La informática de materiales aprovecha la ciencia de datos, el aprendizaje automático y la inteligencia artificial para acelerar el descubrimiento, el desarrollo y la implementación de nuevos materiales. Este campo interdisciplinario integra la ciencia de los materiales con la informática para analizar y predecir las propiedades de los materiales, lo que conduce a procesos de producción más eficientes y rentables. Uno de los principales factores que impulsan el mercado es la creciente necesidad de materiales innovadores que ofrezcan un rendimiento superior, sostenibilidad y un menor impacto ambiental. A medida que las industrias buscan desarrollar materiales más ligeros, más resistentes y más duraderos, la adopción de la informática de materiales se está volviendo esencial.

Los actores clave del mercado están invirtiendo fuertemente en investigación y desarrollo para aprovechar el potencial de los macrodatos y las herramientas computacionales para la innovación de materiales. Las empresas también están formando alianzas estratégicas con instituciones académicas y proveedores de tecnología para mantenerse a la vanguardia de los avances en este campo. Las iniciativas gubernamentales y la financiación destinadas a promover tecnologías de fabricación avanzadas están impulsando el crecimiento del mercado. Por ejemplo, varios laboratorios nacionales y organizaciones de investigación están colaborando para crear amplias bases de datos de materiales a las que las industrias puedan acceder para acelerar la innovación.

Impulsores clave del mercado

Avances tecnológicos en ciencia de datos e inteligencia artificial

La integración de la ciencia de datos, el aprendizaje automático (ML) y la inteligencia artificial (IA) en la ciencia de los materiales está revolucionando el campo, impulsando avances y eficiencia sin precedentes. Tradicionalmente, el descubrimiento y desarrollo de nuevos materiales dependía en gran medida de ensayos experimentales y de un enfoque de ensayo y error, que eran costosos y consumían mucho tiempo. Sin embargo, con la llegada de técnicas computacionales avanzadas, este paradigma está cambiando hacia una metodología más predictiva y basada en datos.

Los algoritmos de IA y ML tienen la capacidad de analizar grandes cantidades de datos rápidamente, identificando patrones y correlaciones que a menudo son imperceptibles para los investigadores humanos. Estas tecnologías pueden procesar e interpretar conjuntos de datos complejos derivados de varias fuentes, incluidos resultados experimentales, cálculos teóricos y datos históricos. Al hacerlo, pueden predecir propiedades de los materiales, como la resistencia, la conductividad y la estabilidad térmica, con gran precisión. Este poder predictivo es crucial para evaluar posibles materiales antes de que se sometan a una validación experimental costosa y que requiere mucho tiempo.

Una de las aplicaciones más transformadoras de la IA y el ML en la ciencia de los materiales es la simulación y el modelado a nivel molecular. Los investigadores pueden crear modelos virtuales detallados de materiales, lo que les permite simular y observar comportamientos en diferentes condiciones. Esta capacidad permite la exploración de una amplia gama de composiciones y estructuras de materiales, acelerando el descubrimiento de materiales óptimos para aplicaciones específicas. Por ejemplo, en la industria farmacéutica, estas simulaciones pueden predecir cómo interactúan los nuevos compuestos con los sistemas biológicos, acelerando el proceso de descubrimiento de fármacos.

El enfoque computacional proporcionado por la ciencia de datos y la IA reduce drásticamente el tiempo necesario para el descubrimiento y desarrollo de materiales. Los métodos experimentales tradicionales pueden tardar años o incluso décadas en llevar nuevos materiales al mercado. En cambio, los métodos impulsados por IA pueden reducir este plazo a meses o incluso semanas. Los ahorros de costes son sustanciales, ya que se gastan menos recursos en experimentos físicos. Esta eficiencia no solo acelera la innovación, sino que también hace que el desarrollo de materiales avanzados sea más viable económicamente.

Aumento de la sostenibilidad y las preocupaciones medioambientales

La creciente conciencia de los problemas medioambientales y la apremiante necesidad de prácticas sostenibles están influyendo significativamente en el campo de la ciencia de los materiales. Las industrias de todo el mundo están priorizando cada vez más los materiales ecológicos con menor huella de carbono para abordar el cambio climático y el agotamiento de los recursos. Este cambio hacia la sostenibilidad está impulsado tanto por las presiones regulatorias como por la demanda de los consumidores de productos más ecológicos. La informática de materiales desempeña un papel crucial en el descubrimiento y desarrollo de materiales sostenibles. Al aprovechar la ciencia de datos, el aprendizaje automático (ML) y la inteligencia artificial (IA), los investigadores pueden analizar amplios conjuntos de datos para identificar materiales con propiedades ambientales deseables. Este enfoque permite la exploración de una gama más amplia de materiales, incluidos aquellos que podrían haberse pasado por alto utilizando métodos tradicionales. La capacidad de predecir y optimizar las propiedades de los materiales a través de modelos computacionales acelera la identificación de alternativas sostenibles.

Uno de los beneficios clave de la informática de materiales es su capacidad para optimizar los materiales para criterios ambientales específicos. Los investigadores pueden modelar los impactos del ciclo de vida de los materiales, incluido su consumo de energía, emisiones de gases de efecto invernadero y reciclabilidad. Este análisis integral ayuda a desarrollar materiales que no solo cumplan con los requisitos de rendimiento, sino que también minimicen el daño ambiental. Por ejemplo, en la industria del embalaje, la informática de materiales puede conducir a la creación de plásticos biodegradables o materiales con una menor dependencia de los combustibles fósiles.

La informática de materiales ayuda a las industrias a cumplir con estrictas regulaciones ambientales y alcanzar objetivos de sostenibilidad. Los gobiernos y los organismos reguladores imponen cada vez más límites a las emisiones, los residuos y el uso de sustancias peligrosas. Mediante el uso de la informática de materiales, las empresas pueden asegurarse de que sus materiales y productos cumplan con estas regulaciones, evitando posibles multas y daños a la reputación. La adopción de materiales sostenibles mejora la responsabilidad corporativa y se alinea con la creciente preferencia de los consumidores por las marcas conscientes del medio ambiente. El impulso hacia tecnologías más ecológicas depende en gran medida del desarrollo de materiales sostenibles. La informática de materiales no solo facilita este desarrollo, sino que también promueve la innovación en diversos sectores, como la energía renovable, los vehículos eléctricos y los materiales de construcción ecológicos. Por ejemplo, el avance de las baterías de alto rendimiento para vehículos eléctricos depende del descubrimiento de materiales que sean eficientes y sostenibles. De manera similar, la industria de la construcción se beneficia de nuevos materiales que reducen el consumo de energía y las emisiones de carbono.

Desafíos clave del mercado

Calidad y disponibilidad de los datos

Uno de los principales desafíos en el mercado de la informática de materiales es la calidad y disponibilidad de los datos. La informática de materiales depende en gran medida de grandes conjuntos de datos para entrenar algoritmos de aprendizaje automático (ML) e impulsar modelos de IA. Sin embargo, obtener datos completos y de alta calidad puede ser difícil. Los datos de diferentes fuentes a menudo varían en formato, integridad y precisión, lo que dificulta su integración y análisis de manera efectiva. Los datos patentados en poder de empresas privadas a menudo son inaccesibles, lo que limita el alcance de la información que se encuentra.

Los datos incompletos o de baja calidad pueden generar predicciones inexactas y modelos poco confiables, lo que socava los beneficios de la informática de materiales. Por ejemplo, las inconsistencias en las condiciones experimentales, las técnicas de medición o las prácticas de registro de datos pueden dar como resultado conjuntos de datos que son difíciles de conciliar. Esta fragmentación no solo obstaculiza el entrenamiento de modelos robustos de ML, sino que también reduce la confianza general en las capacidades predictivas de estos modelos. Para abordar este problema se requieren métodos estandarizados de recopilación de datos y mejores prácticas de intercambio de datos en toda la industria. La estandarización puede garantizar que los datos se recopilen de manera uniforme, lo que facilita la combinación y comparación de conjuntos de datos de diferentes fuentes. Esto podría implicar el desarrollo de protocolos para todo el sector para el registro y la presentación de informes de datos, así como la creación de formatos comunes para el almacenamiento y el intercambio de datos.

Una mayor colaboración entre la academia, la industria y el gobierno puede facilitar una mejor integración y calidad de los datos. Los esfuerzos de colaboración pueden conducir a la creación de bases de datos integrales y de alta calidad a las que puedan acceder todas las partes interesadas. Por ejemplo, las asociaciones público-privadas pueden ayudar a cerrar la brecha entre los datos patentados y la información que se encuentra públicamente, enriqueciendo los conjuntos de datos que se encuentran en la informática de materiales.

Brechas de habilidades interdisciplinarias

La informática de materiales representa una convergencia de múltiples disciplinas, incluidas la ciencia de materiales, la ciencia de datos y el modelado computacional. Sin embargo, la demanda de profesionales con experiencia en todas estas áreas supera con creces la oferta actual, lo que genera importantes brechas de habilidades interdisciplinarias en la fuerza laboral. Tradicionalmente, los científicos de materiales se centraban en técnicas experimentales para sintetizar y caracterizar materiales, mientras que los científicos computacionales trabajaban principalmente en el análisis y modelado de datos. Cerrar la brecha entre estas disciplinas requiere personas con un profundo conocimiento tanto de los conceptos de la ciencia de materiales como de las técnicas avanzadas de análisis de datos.

La escasez de profesionales con habilidades interdisciplinarias plantea varios desafíos para la implementación y utilización efectiva de las tecnologías de informática de materiales. Sin la experiencia adecuada, las organizaciones pueden tener dificultades para desarrollar modelos predictivos precisos o interpretar de manera efectiva los conocimientos de los datos. Esto puede dar lugar a procesos de diseño y desarrollo de materiales subóptimos, lo que limita el potencial de innovación y avance en el campo. Abordar la brecha de habilidades interdisciplinarias requiere programas educativos y de capacitación específicos que proporcionen a los profesionales el conocimiento y la experiencia necesarios. Las universidades y las instituciones de capacitación pueden desarrollar planes de estudio interdisciplinarios que integren cursos de ciencia de materiales, ciencia de datos y modelado computacional. Las asociaciones entre la industria y el mundo académico pueden proporcionar oportunidades de capacitación práctica y experiencia en el mundo real a los aspirantes a profesionales de la informática de materiales.

Tendencias clave del mercado

Aparición de plataformas basadas en la nube

La llegada de plataformas y soluciones de software basadas en la nube está transformando profundamente el panorama de la informática de materiales, lo que permite eficiencias y capacidades sin precedentes. Estas plataformas se integran perfectamente en los flujos de trabajo existentes, lo que mejora la productividad general y el potencial colaborativo de los equipos de investigación y desarrollo. Al facilitar el intercambio de datos en tiempo real, la colaboración y simulaciones más precisas, las soluciones basadas en la nube están revolucionando la forma en que se descubren, desarrollan y optimizan los materiales.

Las plataformas basadas en la nube permiten la integración fluida de la informática de materiales en los flujos de trabajo de los equipos de investigación y desarrollo. Esta integración es crucial para permitir el intercambio de datos en tiempo real y la colaboración entre equipos dispersos geográficamente. Los investigadores pueden acceder y contribuir a una base de datos centralizada, lo que garantiza que los datos se actualicen de forma constante y que todos los interesados puedan acceder a ellos. Esta colaboración en tiempo real acelera el ritmo de la innovación, ya que los conocimientos y los descubrimientos se pueden compartir y aprovechar rápidamente. Una de las ventajas más significativas de las soluciones basadas en la nube es su escalabilidad. Los investigadores e ingenieros pueden aumentar o reducir sus recursos computacionales en función de la complejidad y las demandas de sus proyectos. Esta flexibilidad elimina la necesidad de una extensa infraestructura local, que puede ser costosa y difícil de mantener. Las plataformas en la nube brindan acceso a recursos informáticos de alto rendimiento, lo que permite la ejecución de simulaciones y análisis complejos que de otro modo serían poco prácticos. Esta escalabilidad garantiza que la informática de materiales se pueda aplicar a una amplia gama de proyectos, desde estudios a pequeña escala hasta aplicaciones industriales a gran escala.

Las plataformas basadas en la nube democratizan el acceso a herramientas computacionales avanzadas, lo que las hace accesibles a una gama más amplia de usuarios, incluidas pequeñas y medianas empresas (PYME) e instituciones académicas. Esta accesibilidad reduce las barreras de entrada y fomenta un ecosistema de innovación más inclusivo. El modelo de pago por uso de los servicios en la nube es rentable, lo que permite a las organizaciones administrar sus presupuestos de manera más efectiva al pagar solo por los recursos que utilizan. Esta rentabilidad es particularmente beneficiosa para las empresas emergentes y las instituciones de investigación con fondos limitados.

La facilidad de acceso y la mayor potencia computacional que brindan las plataformas basadas en la nube están impulsando la adopción de la informática de materiales en varias industrias. Sectores como el aeroespacial, el automotriz, la atención médica y la electrónica están aprovechando estas plataformas para acelerar el desarrollo de materiales avanzados. Por ejemplo, la industria aeroespacial utiliza simulaciones basadas en la nube para diseñar materiales livianos pero duraderos para aeronaves, mientras que el sector de la atención médica explora nuevos biomateriales para aplicaciones médicas. La amplia aplicabilidad de la informática de materiales basada en la nube subraya su potencial transformador en múltiples campos.

Creciente demanda de materiales avanzados

Industrias como la aeroespacial, la automotriz, la electrónica y la atención médica buscan continuamente materiales avanzados que brinden un rendimiento, una durabilidad y una sostenibilidad superiores. Estos materiales avanzados son cruciales para impulsar la innovación y mantener la ventaja competitiva en mercados cada vez más exigentes. La informática de materiales es fundamental para abordar estas necesidades al facilitar el desarrollo rápido de materiales con propiedades específicas y optimizadas. En la industria aeroespacial, existe una demanda constante de materiales que sean livianos pero increíblemente fuertes y resistentes al calor. Dichos materiales son esenciales para mejorar la eficiencia del combustible, reducir las emisiones y mejorar el rendimiento y la seguridad generales de las aeronaves. La informática de materiales ayuda a los investigadores a descubrir y optimizar aleaciones y compuestos que cumplan con estos estrictos requisitos. Al aprovechar la ciencia de datos y la IA, la industria aeroespacial puede desarrollar materiales que resistan condiciones extremas y minimicen el peso.

El sector automotriz también se centra en gran medida en materiales avanzados para mejorar la eficiencia del combustible y reducir el peso del vehículo. Los materiales ligeros, como los aceros avanzados de alta resistencia, las aleaciones de aluminio y los compuestos de fibra de carbono, son fundamentales para alcanzar estos objetivos. La informática de materiales acelera la identificación y el desarrollo de dichos materiales al predecir sus propiedades y rendimiento mediante modelos computacionales. Esta capacidad permite a los fabricantes de automóviles innovar más rápido, lanzando al mercado vehículos más eficientes y respetuosos con el medio ambiente. En la industria electrónica, la demanda de materiales con alta conductividad térmica y propiedades de aislamiento eléctrico es primordial. Estos materiales son vitales para el desarrollo de dispositivos electrónicos más pequeños, más rápidos y más confiables. La informática de materiales permite la exploración de nuevos materiales que puedan disipar el calor de manera efectiva mientras mantienen el aislamiento eléctrico, lo que respalda la miniaturización y la mejora del rendimiento de los componentes electrónicos. El sector de la atención médica busca materiales avanzados para dispositivos médicos, implantes y sistemas de administración de medicamentos que sean biocompatibles, duraderos y capaces de funcionar en entornos biológicos complejos. La informática de materiales ayuda al descubrimiento de biomateriales que cumplan con estos criterios, lo que facilita las innovaciones en tecnología médica y mejora los resultados de los pacientes. Por ejemplo, los investigadores pueden utilizar modelos computacionales para diseñar materiales para prótesis que sean livianos y muy duraderos.

Una de las principales ventajas de la informática de materiales es su capacidad para acelerar el desarrollo y la personalización de materiales. Los métodos tradicionales de descubrimiento de materiales suelen ser lentos y consumir muchos recursos, lo que implica un amplio proceso de prueba y error. Por el contrario, la informática de materiales utiliza algoritmos avanzados y análisis de datos para predecir rápidamente las propiedades y el rendimiento de nuevos materiales. Esta capacidad predictiva reduce significativamente el tiempo y los costos de desarrollo, lo que permite a las industrias responder rápidamente a las cambiantes demandas del mercado y los avances tecnológicos.

Información segmentaria

Información de aplicaciones

Según la aplicación, en 2023, el segmento de energía surgió como el segmento dominante en el mercado global de informática de materiales. Este dominio se puede atribuir a varios factores que impulsan la demanda de materiales avanzados y la adopción de la informática de materiales dentro del sector energético. El impulso hacia fuentes de energía renovables, como la energía solar y eólica, ha impulsado la necesidad de materiales con características de rendimiento mejoradas. Los materiales avanzados son cruciales para mejorar la eficiencia y durabilidad de las tecnologías de energía renovable, como las células fotovoltaicas y las palas de las turbinas eólicas. La informática de materiales permite a los investigadores descubrir y optimizar materiales que puedan soportar duras condiciones ambientales, lo que conduce a sistemas de energía renovable más confiables y rentables.

La transición hacia los vehículos eléctricos (VE) ha impulsado la innovación en la tecnología de baterías. Las baterías de iones de litio, la principal tecnología de almacenamiento de energía utilizada en los VE, requieren materiales con alta densidad energética, capacidades de carga rápida y estabilidad a largo plazo. La informática de materiales facilita el desarrollo de nuevos materiales para baterías al predecir sus propiedades electroquímicas y optimizar su rendimiento a través de modelos computacionales. La búsqueda de soluciones energéticas sostenibles ha impulsado la investigación en fuentes de energía alternativas, como las celdas de combustible de hidrógeno y los reactores nucleares avanzados. Estas tecnologías se basan en materiales que pueden catalizar de manera eficiente las reacciones químicas, soportar altas temperaturas y presiones y minimizar los impactos ambientales. La informática de materiales acelera el descubrimiento de dichos materiales al proporcionar información sobre sus relaciones estructura-propiedad y orientar los esfuerzos experimentales hacia los candidatos más prometedores.

Información sobre el tipo de material

Según el tipo de material, en 2023, el segmento de productos químicos surgió como el segmento dominante en el mercado global de informática de materiales. El sector químico abarca una amplia gama de industrias, incluidas las farmacéuticas, los cosméticos, los agroquímicos y los productos químicos especiales. Cada una de estas industrias depende en gran medida de materiales avanzados para desarrollar productos innovadores con características de rendimiento mejoradas. La informática de materiales permite a los investigadores descubrir y optimizar materiales que cumplen requisitos específicos, como la estabilidad química, la solubilidad y el perfil de toxicidad, lo que conduce al desarrollo de productos más seguros, más efectivos y respetuosos con el medio ambiente.

La industria química enfrenta una creciente presión regulatoria para minimizar el impacto ambiental y reducir el uso de sustancias peligrosas. La informática de materiales juega un papel crucial para abordar estos desafíos al facilitar el desarrollo de materiales y procesos sostenibles. Los investigadores pueden utilizar el modelado computacional y el análisis de datos para diseñar materiales con menor huella de carbono, reciclabilidad mejorada y menor generación de desechos, en consonancia con los objetivos globales de sostenibilidad. El sector químico es altamente competitivo y las empresas buscan constantemente diferenciar sus productos a través de la innovación. La informática de materiales proporciona una ventaja competitiva al acelerar el ritmo de descubrimiento y desarrollo de materiales, lo que permite a las empresas llevar nuevos productos al mercado de manera más rápida y rentable.

Perspectivas regionales

En 2023, América del Norte emergió como la región dominante en el mercado global de informática de materiales, con la mayor participación de mercado. América del Norte cuenta con una fuerte presencia de actores clave y centros tecnológicos líderes en el campo de la informática de materiales. La región alberga importantes empresas, instituciones de investigación y universidades que están a la vanguardia del desarrollo de materiales avanzados y el aprovechamiento de enfoques basados en datos para el descubrimiento y desarrollo de materiales. Estas entidades impulsan la innovación y los avances tecnológicos en informática de materiales, atrayendo inversiones y fomentando un ecosistema próspero para la investigación y el desarrollo.

Desarrollos recientes

• En noviembre de 2023, Proterial, Ltd. presentó su plataforma patentada de informática de materiales (MI), "D2Materi". D2Materi adopta una metodología centrada en los datos para predecir las propiedades de los materiales y formular materiales novedosos. Al analizar los datos acumulados, incluidos conjuntos de datos no convencionales como los materiales metálicos, la plataforma discierne las correlaciones entre el rendimiento de los materiales, la composición y varios factores como procesos, regulaciones y características. Este enfoque avanzado equipa a la plataforma para abordar de manera efectiva el desafío de diseñar materiales con eficiencia.

Actores clave del mercado

• AI Materia Inc.
• ALPINE ELECTRONICS, Inc.
• Citrine Informatics
• Dassault Systèmes SE
• Exabyte Inc.
• Hitachi High-Tech Corporation
• Kebotix, Inc.
• Materials.Zone Ltd.
• Materials Design, Inc.
• DataRobot, Inc.