Pesquisadores descobrem nova forma de computação com cristal líquido

Pesquisadores da Escola Pritzker de Engenharia Molecular da Universidade de Chicago demonstraram como projetar os elementos básicos necessários para operações lógicas com um material chamado cristal líquido. O novo desenvolvimento é o primeiro desse tipo e pode levar a uma nova maneira de realizar cálculos. 

A pesquisa foi publicada em Os avanços da ciência.

Embora a nova técnica não resulte imediatamente em transistores ou computadores, ela pode ajudar bastante na criação de dispositivos com novas funções em computação, detecção e robótica.

Juan de Pablo é professor da Família Liew em Engenharia Molecular e cientista sênior do Argonne National Laboratory. Ele também é autor sênior da pesquisa. 

“Mostramos que é possível criar os blocos de construção elementares de um circuito — portas, amplificadores e condutores — o que significa que você deve ser capaz de montá-los em arranjos capazes de realizar operações mais complexas”, disse Juan de Pablo. “É um passo realmente empolgante para o campo dos materiais ativos.”

Cristais líquidos

A pesquisa se concentrou fortemente em um tipo de material chamado cristal líquido. Uma das propriedades únicas de um cristal líquido é que suas moléculas são geralmente alongadas e adotam uma estrutura um tanto ordenada quando são agrupadas. No entanto, essa estrutura pode mudar de maneira semelhante ao líquido, e os cientistas podem usar propriedades únicas como essa para construir novas tecnologias. 

A ordem molecular diferente significa que existem pontos em todos os cristais líquidos onde as regiões ordenadas podem entrar em contato umas com as outras. Como suas orientações não combinam perfeitamente, os cientistas chamam isso de “defeitos topológicos” e os pontos se movem à medida que o cristal líquido também se move. 

A equipe de cientistas está explorando se esses defeitos podem ser usados ​​para transportar informações. Com isso dito, criar tecnologia a partir deles exigiria a capacidade de movê-los para onde desejado, e tem sido extremamente difícil controlar seu comportamento até este ponto.

“Normalmente, se você olhasse através de um microscópio para um experimento com um cristal líquido ativo, veria o caos completo – defeitos se deslocando por todo o lugar”, disse Juan.

A descoberta

A descoberta veio no ano passado com um projeto no laboratório de Pablo liderado por Rui Zhang, que era um bolsista de pós-doutorado na Pritzker School of Molecular Engineering. Ele trabalhou ao lado do laboratório da Prof. Margaret Gardel da UChicago e do laboratório do Prof. Zev Bryant de Stanford. 

A equipe descobriu um conjunto de técnicas que poderiam ser usadas para controlar os defeitos topológicos. Se eles controlassem onde colocavam energia no cristal líquido, o que era feito iluminando áreas específicas, os defeitos poderiam ser guiados em direções específicas. 

“Eles têm muitas das características dos elétrons em um circuito – podemos movê-los por longas distâncias, amplificá-los e fechar ou abrir seu transporte como em um portão de transistor, o que significa que poderíamos usá-los para operações relativamente sofisticadas”, disse Zhang.

Embora os cálculos sugiram que os sistemas possam ser usados ​​para cálculos, eles provavelmente seriam mais úteis no campo da robótica leve. A equipe acredita que poderia criar uma robótica leve que realiza alguns de seus próprios “pensamentos” com a ajuda de cristais líquidos ativos. 

Eles também esperam que os defeitos topológicos possam ser usados ​​para transportar pequenas quantidades de líquido ou outros materiais dentro de pequenos dispositivos. 

“Por exemplo, talvez alguém pudesse realizar funções dentro de uma célula sintética”, disse Zhang. 

A equipe de pesquisa também inclui o coautor e pesquisador de pós-doutorado da UChicago, Ali Mozaffari. A equipe agora trabalhará para realizar experimentos para confirmar as descobertas teóricas.