Cercetătorii descoperă o nouă modalitate de calcul cu cristale lichide

Cercetătorii de la Școala de Inginerie Moleculară Pritzker a Universității din Chicago au demonstrat cum să proiecteze elementele de bază necesare pentru operațiuni logice cu un material numit cristal lichid. Noua descoperire este prima de acest fel și ar putea duce la o modalitate complet nouă de efectuare a calculelor.

Cercetarea a fost publicată în Science Advances.

Deși noua tehnică nu va duce la transistoare sau calculatoare imediat, ar putea merge pe drumul creării de dispozitive cu funcții noi în calcul, senzori și robotică.

Juan de Pablo este profesor Liew Family în Inginerie Moleculară și cercetător senior la Laboratorul Național Argonne. El este și autorul principal al cercetării.

“Am arătat că puteți crea blocurile de bază ale unui circuit – porți, amplificatoare și conductoare – ceea ce înseamnă că ar trebui să puteți asambla acestea în aranjamente capabile să efectueze operații mai complexe”, a spus Juan de Pablo. “Este un pas foarte interesant pentru domeniul materialelor active.”

Cristale lichide

Cercetarea s-a concentrat puternic pe un tip de material numit cristal lichid. Una dintre proprietățile unice ale cristalului lichid este că moleculele sale sunt de obicei alungite și adoptă o structură ordonată atunci când sunt ambalate împreună. Cu toate acestea, această structură poate fi schimbată similar cu lichidul, și oamenii de știință pot folosi proprietăți unice precum aceasta pentru a construi tehnologii noi.

Ordinea moleculară diferită înseamnă că există puncte în toate cristalele lichide în care regiunile ordonate pot intra în contact una cu alta. Deoarece orientările lor nu se potrivesc perfect, oamenii de știință le numesc “defecte topologice”, și punctele se mișcă atunci când cristalul lichid se mișcă.

Echipa de oameni de știință explorează dacă aceste defecte ar putea fi folosite pentru a transporta informații. Cu toate acestea, crearea de tehnologie din acestea ar necesita capacitatea de a le mișca în jurul lor, și a fost extrem de greu de controlat comportamentul lor până în acest punct.

“De obicei, dacă priviți printr-un microscop la un experiment cu un cristal lichid activ, ați vedea haos complet – defecte schimbându-se peste tot”, a spus Juan.

Prăpastia

Prăpastia a venit anul trecut cu un proiect în laboratorul lui Pablo, condus de Rui Zhang, care a fost un cercetător postdoctoral la Școala de Inginerie Moleculară Pritzker. El a lucrat alături de laboratorul profesorului Margaret Gardel de la UChicago și laboratorul profesorului Zev Bryant de la Stanford.

Echipa a descoperit o serie de tehnici care ar putea fi folosite pentru a controla defectele topologice. Dacă ar controla unde pun energie în cristalul lichid, ceea ce a fost făcut prin iluminarea unor zone specifice, defectele ar putea fi ghidate în direcții specifice.

“Acestea au multe dintre caracteristicile electronilor dintr-un circuit – putem să le mișcăm pe distanțe lungi, să le amplificăm și să închidem sau să deschidem transportul lor, ca într-o poartă de tranzistor, ceea ce înseamnă că am putea să le folosim pentru operații relativ sofisticate”, a spus Zhang.

Deși calculele sugerează că sistemele ar putea fi folosite pentru calcule, acestea ar fi probabil mai utile în domeniul roboticii moi. Echipa crede că ar putea crea roboți moi care să efectueze unele dintre propriile “gândiri” cu ajutorul cristalelor lichide active.

Ei speră, de asemenea, că defectele topologice ar putea fi folosite pentru a transporta cantități mici de lichid sau alte materiale în dispozitive mici.

“De exemplu, poate că ați putea efectua funcții în interiorul unei celule sintetice”, a spus Zhang.

Echipa de cercetare include, de asemenea, coautorul și cercetătorul postdoctoral Ali Mozaffari de la UChicago. Echipa va lucra acum pentru a efectua experimente pentru a confirma rezultatele teoretice.