Investigadores de la Escuela Pritzker de Ingeniería Molecular de la Universidad de Chicago han demostrado cómo diseñar los elementos básicos necesarios para las operaciones lógicas con un material llamado cristal líquido. El nuevo desarrollo es el primero de su tipo y podría conducir a una nueva forma de realizar cálculos.
La investigación fue publicada en Avances de la ciencia.
Si bien la nueva técnica no dará como resultado transistores o computadoras de inmediato, podría contribuir en gran medida a crear dispositivos con nuevas funciones en computación, detección y robótica.
Juan de Pablo es profesor de Liew Family en Ingeniería Molecular y científico principal en el Laboratorio Nacional de Argonne. También es el autor principal de la investigación.
“Demostramos que puedes crear los componentes básicos de un circuito (compuertas, amplificadores y conductores), lo que significa que deberías poder ensamblarlos en arreglos capaces de realizar operaciones más complejas”, dijo Juan de Pablo. «Es un paso realmente emocionante para el campo de los materiales activos».
Cristales Líquidos
La investigación se centró en gran medida en un tipo de material llamado cristal líquido. Una de las propiedades únicas de un cristal líquido es que sus moléculas suelen ser alargadas y adoptan una estructura un tanto ordenada cuando se juntan. Sin embargo, esta estructura puede cambiar de forma similar a la de un líquido, y los científicos pueden usar propiedades únicas como esta para construir nuevas tecnologías.
El orden molecular diferente significa que hay puntos en todos los cristales líquidos donde las regiones ordenadas pueden entrar en contacto entre sí. Dado que sus orientaciones no coinciden perfectamente, los científicos lo llaman «defectos topológicos», y las manchas se mueven a medida que se mueve el cristal líquido.
El equipo de científicos está explorando si estos defectos podrían usarse para transportar información. Dicho esto, crear tecnología a partir de ellos requeriría la capacidad de moverlos donde quisieran, y ha sido extremadamente difícil controlar su comportamiento hasta este punto.
“Normalmente, si miras a través de un microscopio un experimento con un cristal líquido activo, verás un caos total: defectos moviéndose por todas partes”, dijo Juan.
el avance
El gran avance se produjo el año pasado con un proyecto en el laboratorio de Pablo dirigido por Rui Zhang, quien fue becario postdoctoral en la Escuela Pritzker de Ingeniería Molecular. Trabajó junto con el laboratorio de la Prof. Margaret Gardel de UChicago y el laboratorio del Prof. Zev Bryant de Stanford.
El equipo descubrió un conjunto de técnicas que podrían usarse para controlar los defectos topológicos. Si controlaran dónde ponen energía en el cristal líquido, lo que se hizo al iluminar áreas específicas, los defectos podrían guiarse en direcciones específicas.
“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.
Si bien los cálculos sugieren que los sistemas podrían usarse para cálculos, lo más probable es que sean más útiles en el campo de la robótica blanda. El equipo cree que podrían crear robótica blanda que llevara a cabo parte de su propio «pensamiento» con la ayuda de cristales líquidos activos.
También esperan que los defectos topológicos puedan usarse para transportar pequeñas cantidades de líquido u otros materiales dentro de dispositivos diminutos.
“Por ejemplo, tal vez uno podría realizar funciones dentro de una célula sintética”, dijo Zhang.
El equipo de investigación también incluye al coautor e investigador postdoctoral de UChicago, Ali Mozaffari. El equipo ahora trabajará para llevar a cabo experimentos para confirmar los hallazgos teóricos.