Investigadores Descubren una Nueva Forma de Computar con Cristal Líquido

Los investigadores de la Escuela de Ingeniería Molecular Pritzker de la Universidad de Chicago han demostrado cómo diseñar los elementos básicos necesarios para las operaciones lógicas con un material llamado cristal líquido. El nuevo desarrollo es el primero de su tipo, y podría conducir a una forma completamente nueva de realizar cálculos. 

La investigación se publicó en Science Advances.

Si bien la nueva técnica no dará lugar a transistores o computadoras de inmediato, podría ir muy lejos en la creación de dispositivos con nuevas funciones en computación, detección y robótica.

Juan de Pablo es profesor de la familia Liew en Ingeniería Molecular y científico senior en el Laboratorio Nacional Argonne. También es autor senior de la investigación. 

“Demostramos que se pueden crear los bloques de construcción elementales de un circuito: puertas, amplificadores y conductores, lo que significa que deberías poder ensamblarlos en disposiciones capaces de realizar operaciones más complejas”, dijo Juan de Pablo. “Es un paso realmente emocionante para el campo de los materiales activos”.

Cristales Líquidos

La investigación se centró mucho en un tipo de material llamado cristal líquido. Una de las propiedades únicas de un cristal líquido es que sus moléculas suelen ser alargadas, y adoptan una estructura algo ordenada cuando se empaquetan juntas. Sin embargo, esta estructura puede cambiar alrededor de manera similar a un líquido, y los científicos pueden utilizar propiedades únicas como esta para construir nuevas tecnologías. 

El orden molecular diferente significa que hay lugares en todos los cristales líquidos donde las regiones ordenadas pueden entrar en contacto entre sí. Dado que sus orientaciones no coinciden perfectamente, los científicos lo llaman “defectos topológicos”, y los lugares se mueven alrededor mientras el cristal líquido también se mueve. 

El equipo de científicos está explorando si estos defectos podrían usarse para transportar información. Con eso dicho, crear tecnología a partir de ellos requeriría la capacidad de moverlos alrededor de donde se desee, y ha sido extremadamente difícil controlar su comportamiento hasta este punto.

“Normalmente, si miras a través de un microscopio un experimento con un cristal líquido activo, verías un caos total: defectos que se desplazan por todas partes”, dijo Juan.

El Avance

El avance llegó el año pasado con un proyecto en el laboratorio de Pablo dirigido por Rui Zhang, quien era un académico postdoctoral en la Escuela de Ingeniería Molecular Pritzker. Trabajó junto con el laboratorio del Prof. Margaret Gardel de UChicago y el laboratorio del Prof. Zev Bryant de Stanford. 

El equipo descubrió un conjunto de técnicas que se podrían utilizar para controlar los defectos topológicos. Si controlaban dónde ponían energía en el cristal líquido, lo que se hizo iluminando áreas específicas con luz, los defectos podrían guiarse en direcciones específicas. 

“Estos tienen muchas de las características de los electrones en un circuito: podemos moverlos a largas distancias, amplificarlos y cerrar o abrir su transporte como en una puerta de transistor, lo que significa que podríamos usarlos para operaciones relativamente sofisticadas”, dijo Zhang.

Si bien los cálculos sugieren que los sistemas podrían usarse para cálculos, probablemente serían más útiles en el campo de la robótica suave. El equipo cree que podrían crear robots suaves que realicen parte de su propio “pensamiento” con la ayuda de cristales líquidos activos. 

También esperan que los defectos topológicos puedan usarse para transportar pequeñas cantidades de líquido u otros materiales dentro de dispositivos pequeños. 

“Por ejemplo, tal vez se puedan realizar funciones dentro de una célula sintética”, dijo Zhang. 

El equipo de investigación también incluye al coautor y al investigador postdoctoral de UChicago Ali Mozaffari. El equipo ahora trabajará para realizar experimentos que confirmen los hallazgos teóricos.