研究人员发现使用液晶的新计算方法

芝加哥大学普利茨克分子工程学院的研究人员已经展示了如何设计使用一种叫做液晶的材料来进行逻辑运算所需的基本元素。 这一新发展是其类别中的第一项，它可能会导致一种全新的计算方法。 该研究发表在 Science Advances。 虽然这种新技术不会立即导致晶体管或计算机的产生，但它可能会在创建具有新功能的设备方面走得很远，例如在计算、感知和机器人领域。 Juan de Pablo 是分子工程 Liew 家庭教授和阿贡国家实验室的高级科学家。他也是该研究的首席作者。 “我们展示了可以创建电路的基本构建块——门、放大器和导体——这意味着您应该能够将它们组装成能够执行更复杂操作的排列，”Juan de Pablo 说。 “这是活性材料领域的一个令人兴奋的步骤。”

液晶

该研究重点关注了一种称为液晶的材料类型。液晶的一个独特性质是其分子通常是延长的，当它们被打包在一起时，它们会采用某种有序结构。然而，这种结构可以像液体一样移动，科学家可以利用这种独特的性质来构建新技术。 不同的分子顺序意味着在所有液晶中，有些区域有序区域可以相互接触。由于它们的方向不完全匹配，科学家称之为“拓扑缺陷”，这些点会随着液晶的移动而移动。 科学家团队正在探索这些缺陷是否可以用来携带信息。话虽如此，要创建基于它们的技术，需要能够将它们移动到所需的位置，但到目前为止，控制它们的行为一直非常困难。 “通常，如果您通过显微镜观察活性液晶实验，您会看到完全的混乱——缺陷四处移动，”Juan 说。

突破

突破发生在去年，Pablo 实验室的 Rui Zhang 领导的一个项目，他是普利茨克分子工程学院的博士后研究员。他与 UChicago 的 Margaret Gardel 实验室和 Stanford 的 Zev Bryant 实验室一起工作。 该团队发现了一套可以用来控制拓扑缺陷的技术。如果他们控制将能量输入液晶的位置，这是通过在特定区域照射光线来完成的，缺陷可以被引导到特定方向。 “这些缺陷具有电路中电子的许多特征——我们可以将它们移动长距离，放大它们，并像晶体管门一样打开或关闭它们的传输，这意味着我们可以将它们用于相对复杂的操作，”Zhang 说。 虽然计算表明，这些系统可以用于计算，但它们可能更适合于软机器人领域。该团队相信，他们可以创建软机器人，以活性液晶的帮助执行一些自己的“思考”。 他们还希望拓扑缺陷可以用于在微小设备中运输少量液体或其他材料。 “例如，也许可以在合成细胞中执行某些功能，”Zhang 说。 该研究团队还包括共同作者和 UChicago 博士后研究员 Ali Mozaffari。该团队现在将致力于进行实验以确认理论发现。