Pesquisadores Descobrem Nova Maneira de Computar Com Cristal Líquido

Pesquisadores da Escola de Engenharia Molecular Pritzker 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 do seu tipo e pode levar a uma nova maneira de realizar computações. 

A pesquisa foi publicada em Science Advances.

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

Juan de Pablo é Professor Liew Family em Engenharia Molecular e cientista sênior no Laboratório Nacional Argonne. 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 deve ser possível montá-los em arranjos capazes de realizar operações mais complexas,” disse Juan de Pablo. “É um passo realmente emocionante para o campo de 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 ordenada quando são empacotadas juntas. No entanto, essa estrutura pode mudar como um líquido, e os cientistas podem usar propriedades únicas como essa para construir novas tecnologias. 

A ordem molecular diferente significa que há 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 as chamam de “defeitos topológicos” e os pontos se movem ao redor à medida que o cristal líquido também se move. 

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

“Normalmente, se você olhar por um microscópio um experimento com um cristal líquido ativo, você veria completo caos — defeitos se movendo por todos os lugares,” disse Juan.

A Quebra

A quebra veio no ano passado com um projeto no laboratório de Pablo liderado por Rui Zhang, que era um bolsista de pós-doutorado na Escola de Engenharia Molecular Pritzker. Ele trabalhou ao lado do laboratório do 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 foi feito brilhando luz em áreas específicas, os defeitos poderiam ser guiados em direções específicas. 

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

Embora os cálculos sugiram que os sistemas poderiam ser usados para computações, eles provavelmente seriam mais úteis no campo da robótica suave. A equipe acredita que poderia criar robótica suave que realize parte de seu próprio “pensamento” 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 dispositivos minúsculos. 

“Por exemplo, talvez se possa 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.