Investigadores de la Escuela de Ingeniería Molecular Pritzker de la Universidad de Chicago han demostrado por primera vez cómo diseñar los elementos básicos necesarios para las operaciones lógicas utilizando un tipo de material llamado cristal líquido, allanando el camino para una forma completamente nueva de realizarcálculos.
Los resultados, publicados el 23 de febrero en Avances científicos, no es probable que se conviertan en transistores o computadoras de inmediato, pero la técnica podría señalar el camino hacia dispositivos con nuevas funciones en detección, computación y robótica.
"Demostramos que puede crear los elementos básicos de un circuito compuertas, amplificadores y conductores, lo que significa que debería poder ensamblarlos en arreglos capaces de realizar operaciones más complejas", dijo Juan de Pablo, elLiew Family, profesor de Ingeniería Molecular y científico principal en el Laboratorio Nacional de Argonne, y autor correspondiente principal del artículo. "Es un paso realmente emocionante para el campo de los materiales activos".
Los detalles en el defecto
La investigación tuvo como objetivo observar más de cerca un tipo de material llamado cristal líquido. Las moléculas en un cristal líquido tienden a ser alargadas, y cuando se juntan adoptan una estructura que tiene cierto orden, como las filas rectas de átomosen un cristal de diamante, pero en lugar de estar atascado en su lugar como en un sólido, esta estructura también puede cambiar como lo hace un líquido. Los científicos siempre están buscando este tipo de rarezas porque pueden utilizar estas propiedades inusuales como base de nuevastecnologías; los cristales líquidos, por ejemplo, están en el televisor LCD que quizás ya tenga en su hogar o en la pantalla de su computadora portátil.
Una consecuencia de este extraño orden molecular es que hay puntos en todos los cristales líquidos donde las regiones ordenadas chocan entre sí y sus orientaciones no coinciden del todo, creando lo que los científicos llaman "defectos topológicos". Estos puntos se mueven comoel cristal líquido se mueve.
Los científicos están intrigados por estos defectos, y se preguntan si podrían usarse para transportar información, similar a las funciones que cumplen los electrones en los circuitos de su computadora portátil o teléfono. Pero para hacer tecnología a partir de estos defectos, necesitaríanecesita ser capaz de conducirlos donde usted los quiere, y se ha demostrado que es muy difícil controlar su comportamiento". Normalmente, si observa un experimento con un cristal líquido activo a través de un microscopio, verá un caos total: los defectos cambianpor todos lados", dijo de Pablo.
Pero el año pasado, un esfuerzo del laboratorio de de Pablo dirigido por Rui Zhang, entonces un becario postdoctoral en la Escuela Pritzker de Ingeniería Molecular, en colaboración con el laboratorio de la Prof. Margaret Gardel de UChicago y el laboratorio del Prof. Zev Bryant de Stanford, descubrióun conjunto de técnicas para controlar estos defectos topológicos. Demostraron que si controlaban dónde ponían energía en el cristal líquido haciendo brillar una luz solo en áreas específicas, podían guiar los defectos para que se movieran en direcciones específicas.
En un nuevo artículo, dieron un paso lógico más allá y determinaron que debería ser teóricamente posible usar estas técnicas para hacer que un cristal líquido realice operaciones como una computadora.
"Estos tienen muchas de las características de los electrones en un circuito: podemos moverlos largas distancias, amplificarlos y cerrar o abrir su transporte como en una puerta de transistor, lo que significa que podríamos usarlos para operaciones relativamente sofisticadas".dijo Zhang, ahora profesor asistente en la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong.
Aunque los cálculos sugieren que estos sistemas podrían usarse para cálculos, es más probable que sean especialmente útiles en aplicaciones como el campo de la robótica blanda, dijeron los científicos. Los investigadores están interesados en los robots blandos, robots con cuerpos que no sonhecho de metal duro o plástico, sino más bien de materiales elásticos y suaves, porque su flexibilidad y tacto suave significa que pueden realizar funciones que los robots de cuerpo duro no pueden." utilizando cristales líquidos activos.
También pueden imaginar el uso de defectos topológicos para transportar pequeñas cantidades de líquido u otros materiales de un lugar a otro dentro de pequeños dispositivos. "Por ejemplo, tal vez uno podría realizar funciones dentro de una célula sintética", dijo Zhang. Es posible que la naturaleza ya usemecanismos similares para transmitir información o realizar comportamientos dentro de las células, dijo.
El equipo de investigación, que también incluye al coautor e investigador postdoctoral de UChicago, Ali Mozaffari, está trabajando con colaboradores para llevar a cabo experimentos que confirmen los hallazgos teóricos.
"No es frecuente que puedas ver una nueva forma de hacer computación", dijo de Pablo.
Este trabajo utilizó recursos del Centro de Ingeniería y Ciencia de Investigación de Materiales de la Universidad de Chicago.
Fuente de la historia:
Materiales proporcionado por Universidad de Chicago. Original escrito por Louise Lerner. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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