Жидкие кристаллы, применяемые в новых технологиях, привлекают внимание инженеров-исследователей. В Чикагском университете группа ученых научилась управлять топологическими дефектами этих кристаллов с помощью направленного света. Теперь известно, что это возможно использовать для вычислительных операций. Применение жидких кристаллов найдёт полезное применение в мягкой робототехнике и синтетической биологии.
Жидкий кристалл — это состояние вещества с характеристиками как жидкости, так и твердого тела. Материаловеды уделяют ему большое внимание, ведь он лежит в основе многих новых технологий, таких как ЖК-экраны.
Ученые из Притцкеровской школы молекулярной инженерии Чикагского университета нашли новое применение для жидких кристаллов: выполнение логических операций. Это открывает путь к новому способу вычислений, позволяя использовать жидкие кристаллы в качестве небольших «компьютеров» в области мягкой робототехники.
«Мы доказали, что составляющие схему — затворы, усилители и проводники — можно изготовить из жидких кристаллов. Это позволяет собирать их для реализации более сложных действий. — разъяснил в сообщении для прессы профессор Хуан де Пабло, специалист в области молекулярной инженерии Чикагского университета и соавтор. . «Редко встречаются новые методы вычислений, поэтому это событие по-настоящему впечатляет для области активных материалов. «.
Жидкие кристаллы текут подобно жидкости, но структура молекул напоминает кристалл. Молекулярная решетка обычно упорядочена, но может быть подвижной, как жидкость. Беспорядочные точки называются «топологическими дефектами». Благодаря им жидкие кристаллы могут течь, двигаться и приобретать оптические свойства, такие как изменение цвета в дисплеях.
Известно, что дефекты в молекулярных структурах создают основу для разнообразных применений, например, несовершенные алмазы для квантового интернета. Топологические дефекты проявляют много свойств, присущих электронам в цепи. — Объясняет профессор Руи Чжан с кафедры физики Гонконгского университета науки и технологии. — Таким образом, их можно использовать для передачи информации, но по-прежнему нужно уметь управлять их поведением. При рассмотрении под микроскопом эксперимента с активным жидким кристалом обычно наблюдается полная беспорядочность движений дефектов. «, — говорит де Пабло.
В прошлом году команде из двух профессоров удалось управлять движением топологических дефектов в жидких кристаллах.
Ученые, моделируя «световую технику», продемонстрировали возможность выполнения вычислительных операций дефектами, подобно компьютеру. Исследователи полагают, что жидкие кристаллы будут востребованы в области мягкой робототехники.
Тела мягких роботов изготавливаются из гибких материалов, позволяя им выполнять операции, недоступные для роботов с твердым корпусом.
В дополнение к этому, мягкие роботы способны выполнять математические операции.
Топологические дефекты жидких кристаллов можно использовать для перемещения объектов в микроустройствах. Внутри синтетической клетки возможно выполнение функций. — поясняет Чжан. Ученым нужно теперь подтвердить полученные результаты экспериментами.