Výzkumníci objevili nový způsob počítání s tekutými krystaly

Výzkumníci z University of Chicago Pritzker School of Molecular Engineering předvedli, jak navrhnout základní prvky potřebné pro logické operace s materiálem zvaným tekuté krystaly. Nový vývoj je první svého druhu a mohl by vést ke zcela novému způsobu provádění výpočtů. 

Výzkum byl publikován v roce XNUMX Věda Zálohy.

I když nová technika nepovede k okamžitému vytvoření tranzistorů nebo počítačů, mohla by jít dlouhou cestou při vytváření zařízení s novými funkcemi v oblasti výpočetní techniky, snímání a robotiky.

Juan de Pablo je profesorem molekulárního inženýrství Liew Family a vedoucím vědeckým pracovníkem v Argonne National Laboratory. Je také hlavním autorem výzkumu. 

„Ukázali jsme, že je možné vytvořit základní stavební bloky obvodu – hradla, zesilovače a vodiče – což znamená, že byste je měli být schopni sestavit do uspořádání schopných provádět složitější operace,“ řekl Juan de Pablo. „Je to opravdu vzrušující krok v oblasti aktivních materiálů.“

Kapalné krystaly

Výzkum se silně zaměřil na typ materiálu zvaného tekuté krystaly. Jednou z jedinečných vlastností tekutého krystalu je to, že jeho molekuly jsou obvykle protáhlé a když jsou složeny dohromady, přijímají poněkud uspořádanou strukturu. Tato struktura se však může posouvat podobně jako kapalina a vědci mohou využívat jedinečné vlastnosti, jako je tato, k vytváření nových technologií. 

Odlišné molekulární pořadí znamená, že ve všech tekutých krystalech jsou skvrny, kde mohou uspořádané oblasti přijít do vzájemného kontaktu. Vzhledem k tomu, že jejich orientace se dokonale neshodují, vědci tomu říkají „topologické defekty“ a skvrny se pohybují, jak se pohybuje i tekutý krystal. 

Tým vědců zkoumá, zda by tyto defekty mohly být použity k přenosu informací. Díky tomu by vytvoření technologie z nich vyžadovalo schopnost přemisťovat je tam, kde je to žádoucí, a až do tohoto bodu bylo extrémně obtížné kontrolovat jejich chování.

"Normálně, když se podíváte mikroskopem na experiment s aktivním tekutým krystalem, uvidíte naprostý chaos - defekty, které se posouvají po celém místě," řekl Juan.

Průlom

Průlom přišel minulý rok s projektem v Pablově laboratoři, který vedl Rui Zhang, který byl postdoktorandem na Pritzkerově škole molekulárního inženýrství. Pracoval po boku laboratoře prof. Margaret Gardelové z UChicaga a laboratoře prof. Zeva Bryanta ze Stanfordu. 

Tým objevil soubor technik, které by mohly být použity ke kontrole topologických defektů. Pokud by kontrolovali, kam vložili energii do tekutého krystalu, což bylo provedeno ozářením světla na konkrétní oblasti, mohly by být defekty vedeny konkrétními směry. 

"Tyto mají mnoho charakteristik elektronů v obvodu - můžeme je přesunout na dlouhé vzdálenosti, zesílit je a uzavřít nebo otevřít jejich transport jako v tranzistorové bráně, což znamená, že bychom je mohli použít pro relativně sofistikované operace," řekl Zhang.

Zatímco výpočty naznačují, že by systémy mohly být použity pro výpočty, s největší pravděpodobností by byly užitečnější v oblasti měkké robotiky. Tým věří, že by mohli vytvořit měkkou robotiku, která bude provádět část jejich vlastního „myšlení“ pomocí aktivních tekutých krystalů. 

Doufají také, že topologické defekty by mohly být použity k přepravě malého množství kapaliny nebo jiných materiálů uvnitř malých zařízení. 

"Například by člověk mohl vykonávat funkce uvnitř syntetické buňky," řekl Zhang. 

Součástí výzkumného týmu je také spoluautor a postdoktorand z UChicaga Ali Mozaffari. Tým bude nyní pracovat na provedení experimentů, které potvrdí teoretické poznatky.