研究人员发现使用液晶进行计算的新方法

芝加哥大学普利茨克分子工程学校的研究人员已经展示了如何使用一种称为液晶的材料设计逻辑运算所需的基本元素。这种新发展是首次实现的，并可能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产生晶体管或计算机，但它可以在计算、感知和机器人学等领域创造具有新功能的设备。

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。他也是该研究的高级作者。

“我们展示了如何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。液晶的一个独特性质是其分子通常是延长的，并且当它们被打包在一起时，它们采用了一种有序的结构。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。

液晶的不同分子顺序意味着在所有液晶中都有一些点，其中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”，并且这些点会随着液晶的移动而移动。

科学家团队正在探索是否可以使用这些缺陷来传递信息。然而，创建基于这些缺陷的技术需要能够控制它们的行为，这在此之前一直非常困难。

“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，普利茨克分子工程学校的 Rui Zhang 博士在芝加哥大学进行了一个项目。他与玛格丽特·加德尔教授的实验室和斯坦福大学的泽夫·布莱恩特教授的实验室合作。

该团队发现了一套可以用来控制拓扑缺陷的技术。如果他们控制了将能量输入到液晶中的位置，方法是将光线照射到特定区域，则缺陷可以被引导到特定方向。

“这些缺陷具有电子在电路中的许多特性——我们可以将它们移动长距离，放大它们，并打开或关闭它们的传输，就像晶体管门一样，这意味着我们可以将它们用于相对复杂的操作，”张说。

虽然计算表明这些系统可以用于计算，但它们可能更适合软机器人领域。该团队相信，他们可以创建软机器人，利用活性液晶进行一些“思考”。

他们还希望这些拓扑缺陷可以用来在微小设备中运输少量液体或其他材料。

“例如，可能可以在合成细胞内执行功能，”张说。

研究团队还包括合著者和芝加哥大学的博士后研究员 Ali Mozaffari。该团队现在将致力于进行实验以确认理论发现。