Недавно исследователи из Гонконгского университета науки и технологий (HKUST) и Чикагского университета (UChicago) продемонстрировали, как использовать жидкокристаллические мягкие материалы для создания необходимых базовых элементов для проектирования логических операций. Этот новый метод расчета открывает путь для алгоритма с потенциальными перспективами применения роботов. Результаты исследования были опубликованы в журнале Science Advances 23 февраля 2022 года.
Хуан де Пабло, старший научный сотрудник Притцкеровской школы молекулярной инженерии (Чикаго) и Аргоннской национальной лаборатории Чикагского университета и соответствующий автор статьи, сказал: «Мы продемонстрировали, как использовать жидкие кристаллы для создания строительных блоков схем, таких как затворы, усилители и проводники. Это означает, что мы можем собирать их в компоненты, которые могут выполнять более сложные операции. Поскольку новые методы вычислительной обработки обнаруживаются редко, это открытие является очень интересным достижением в области активных материалов.
Целью данного исследования является углубление нашего понимания молекулярного порядка в жидких кристаллах. ЖК-дисплей — это мягкий материал, обычно используемый для изготовления экранов ЖК-телевизоров и ноутбуков. Молекулы в жидких кристаллах часто имеют удлиненную форму, и когда они собираются вместе, они могут образовывать упорядоченную структуру, которая также может перемещаться, как жидкость.
Такое своеобразное расположение молекул создает области столкновений и несоответствия ориентации между жидкими кристаллами, которые ученые называют «топологическими дефектами».
Учёных интересуют эти дефекты и они хотят знать, можно ли их использовать для передачи информации – подобно электронике в наших ноутбуках или телефонных цепях. Но доказано, что их поведение трудно контролировать. Обычно, если вы наблюдаете за динамическим жидким кристаллом под микроскопом, вы увидите полный хаос и беспорядок — дефекты, блуждающие по всей площади», — рассказал профессор де Пабло.
Однако в прошлом году исследование, проведенное лабораторией профессора де Пабло, разработало метод контроля этих топологических дефектов. Исследование возглавил доцент Чжан Жуйцзяо с кафедры физики Гонконгского университета науки и технологий (HKUST) при участии научного сотрудника Притцкеровской школы молекулярной инженерии и проводилось в сотрудничестве с лабораторией Маргарет Гардель в Чикагском университете и лабораторией Зева Брайанта в Стэнфордском университете.
Их исследования показывают, что, освещая определенные области для контроля положения подачи энергии в жидкий кристалл, дефекты можно направлять в определенных направлениях. В последующей новой статье они посредством дальнейших манипуляций определили, что теоретически возможно использовать эту технологию, чтобы заставить жидкие кристаллы выполнять вычислительные операции, как компьютеры.
Хотя эта технология вряд ли будет немедленно применена к транзисторам или компьютерам, она может указать путь для устройств с новыми функциональными возможностями, такими как сенсорные, вычислительные и робототехнические, особенно в области мягкой робототехники. Исследовательская группа предполагает, что с помощью активных жидких кристаллов можно будет создать мягких роботов, способных мыслить самостоятельно.
Они также предполагают использовать топологические дефекты в крошечных устройствах для транспортировки небольших количеств жидкости или других материалов из одного места в другое. Профессор Чжан Жуй привел пример и сказал: «Возможно, мы сможем выполнять операции внутри синтетических клеток. Природа, возможно, уже использовала подобные механизмы для передачи информации или осуществления внутриклеточной деятельности».
В настоящее время исследовательская группа совместно с другими сотрудничающими подразделениями проводит эксперименты для подтверждения теоретических выводов.
