Tehdä "tietokone" nestekiteistä

Kuviossa näkyvät alueet, joissa järjestynyt rakenne (sininen) ja "vikakohdat" (punaiset ympyrät) kohtaavat.

Chicagon yliopiston Pritzker School of Molecular Engineeringin tutkijat ovat osoittaneet kuinka loogisten toimintojen peruselementit voidaan suunnitella käyttämällä nestekidemateriaalia, mikä tasoittaa tietä täysin uudelle tavalle laskea.

Erityisesti tekniikka voi osoittaa tietä kohti laitteita, jotka tuovat uusia toimintoja antureihin, laskentaan ja robotiikkaan.

"Osoitimme, että voit luoda piirien perusrakenneosia - portteja, vahvistimia ja johteita - mikä tarkoittaa, että niitä pitäisi pystyä kokoamaan järjestelyiksi, jotka pystyvät suorittamaan monimutkaisempia toimintoja", kertoo professori Juan de Pablo.

Nestekiteissä olevilla molekyyleillä on taipumus olla pitkulaisia ja kun ne pakataan yhteen, ne omaksuvat rakenteen, jossa on jonkinlainen järjestys. Mutta sen sijaan, että ne olisivat juuttuneet paikoilleen kuten kiinteässä aineessa, tämä rakenne voi myös liikkua kuten neste.

Eräs seuraus tästä oudosta molekyylijärjestyksestä on, että kaikissa nestekiteissä on pisteitä, joissa järjestyneet alueet törmäävät toisiinsa ja niiden suunnat eivät täsmää, mikä luo tutkijoiden nimeämiä "topologisia virheitä". Nämä täplät sitten liikkuvat nestekiteen liikkuessa.

Nämä viat kiinnostavat tutkijoita ja he pohtivat, voitaisiinko niitä käyttää informaation kuljettamiseen.

Viime vuonna de Pablon laboratoriossa saatiin aikaan sarja tekniikoita näiden topologisten vikojen hallitsemiseksi. Uudessa artikkelissa tutkijat ottivat loogisen askeleen pidemmälle ja päättivät, että teoriassa pitäisi olla mahdollista käyttää näitä tekniikoita ja saada nestekide toimimaan kuten tietokone.

"Näillä on monia elektroniikkapiirien ominaisuuksia - voimme siirtää niitä pitkiä matkoja, vahvistaa niitä ja sulkea tai avata niiden kuljetuksen kuin transistoriportissa, mikä tarkoittaa, että voimme käyttää niitä suhteellisen kehittyneisiin toimintoihin", sanoo Rui Zhang.

Vaikka laskelmat viittaavat siihen, että näitä järjestelmiä voitaisiin käyttää laskentaan, ne ovat todennäköisemmin hyödyllisiä sovelluksissa, kuten pehmeän robotiikan alalla, tutkijat toteavat.

Tutkijat ovat kiinnostuneita pehmeistä roboteista ja niihin liittyen tutkijatiimi saattoi kuvitella luovansa sellaisia robotteja, jotka voivat tehdä omaa "ajatteluaan" aktiivisten nestekiteiden avulla.

He kuvittelivat myös käyttävänsä topologisia vikoja pienten nestemäärien tai muiden materiaalien kuljettamiseen paikasta toiseen pienten laitteiden sisällä. "Esimerkiksi kenties voisi suorittaa toimintoja synteettisen solun sisällä", sanoo Zhang. On mahdollista, että luonto käyttää jo samanlaisia mekanismeja informaation välittämiseen tai käyttäytymiseen solujen sisällä, hän visioi, yliopistonsa www-sivun tiedoteartikkelissa.

Aiheesta aiemmin

Antureita nestekiteistä

Valon kolmiulotteinen reitittäminen