Tekuté (kapalné) krystaly by mohly tvořit základ hradel pro realizaci logických operací, čímž by vznikla zcela nová výpočetní platforma. Kromě samotných bran by mohla zahrnovat i další prvky příslušných obvodů fungujících na stejném principu, včetně zesilovačů a vodičů. Uvádějí to alespoň vědci z University of Chicago ve studii publikované v Science Advances.
Jedním z důsledků molekulárního uspořádání kapalných krystalů je to, že v nich existují speciální místa, kde na sebe uspořádané oblasti narážejí a jejich orientace se zcela neshodují. Tato místa se označují jako topologické defekty a při pohybu uspořádaných zón (proto se jedná o kapalinu, na rozdíl od pevného krystalu nejsou „kusy uspořádanosti“ stabilní) se přesouvají také. Pod mikroskopem vypadá pohyb defektů chaoticky a jejich chování jako obtížně řiditelné.
Vědci z University of Chicago a ze Stanfordu se již ale v loňském roce defekty ovládat naučili. Jak se ukázalo, pokud se na určitá místa tekutého krystalu dodává energie (světlem), lze tato „rozhraní“ přesouvat v předem určených směrech.
Hlavní autor nové studie Juan de Pablo a jeho kolegové teď postoupili ještě dále a uvádějí, že by kapalný krystal mohl provádět operace jako celý počítač. Defekty lze přesouvat, zesilovat a jejich toky uzavírat i otvírat podobně jako v tranzistorovém hradle – jinak řečeno, hrají roli elektronů v klasických obvodech.
Spíš než realizace univerzálního počítače (poznámka: nakonec v paměti ještě máme neúspěch DNA počítačů, které pro tuto aplikaci byly přitom předem částečně nadesignovány biologickou evolucí) se ale nyní předpokládá, že by se tekuté krystaly mohly uplatnit při realizaci měkkých (soft) robotů. Roboti z jiných než pevných materiálů typu kovu a plastu nabízejí speciální funkce, jsou pružní, mohou se okolí jinak dotýkat atd. Aktivní tekuté krystaly by přitom mohly do určité míry převzít i roli vlastní řídicí logiky.
Další možnou aplikací je pomocí topologických defektů přenášet z místa na místa malá množství kapaliny. Takhle by mohla fungovat např. miniaturní zařízení uvnitř buněk, ať už přirozených nebo syntetických, kde by nemusely přenášet jen materiál, ale i samotnou informaci.
Rui Zhang et al, Logic operations with active topological defects, Science Advances (2022). DOI: 10.1126/sciadv.abg9060
Zdroj: University of Chicago / TechXplore.com