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Computador químico faz lógica computacional usando luz

Computador químico faz lógica computacional usando luz
Este é o "transístor" da computação química, uma molécula de cristal líquido que responde à luz. [Imagem: Aida Group]

Computação química

Pela primeira vez, operações lógicas - a base da computação - foram realizadas em um dispositivo químico usando campos elétricos e luz ultravioleta.

O princípio dos computadores químicos já foi apresentado antes, mas usando compostos especiais, açúcar, matrizes de gotas ou máquinas moleculares.

Mas um computador químico cujo motor básico seja a luz promete grandes ganhos em termos de menor consumo de eletricidade, além de apresentar um desempenho um pouco melhor, uma vez que as reações químicas usadas até agora são tipicamente lentas.

No geral, o conceito de computação química afasta-se largamente dos computadores tradicionais com processadores e memória feitos com semicondutores como o silício.

Mesmo não sendo um concorrente direto com essa computação eletrônica tradicional, os computadores químicos já nascem afeitos à miniaturização - os cálculos envolvem compostos moleculares - e prometem ser muito baratos, fabricados aos litros.

Computador químico fotônico

Este novo "processador" básico é muito diferente dos chips semicondutores atuais, já que é de natureza química. Ele consiste em moléculas chamadas cristais líquidos colunares (CLC), em forma de disco e haste, que se automontam em formatos parecidos com uma escada em espiral.

Keiichi Yano e colegas da Universidade de Tóquio desenvolveram um mecanismo que usa campos elétricos e luz ultravioleta para representar os dígitos binários. Este esquema exige menos energia e cria menos calor do que a lógica baseada nos elétrons.

"Uma coisa que eu adoro quando se trata de criar um dispositivo usando química é que é menos sobre 'construir' alguma coisa; em vez disso, é mais parecido com 'crescer' alguma coisa. Com uma precisão delicada, convencemos nossos compostos a assumir formas diferentes com funções diferentes. Pense nisso como programar com química," disse o pesquisador Yoshimitsu Itoh, membro da equipe.

Computador químico faz lógica computacional usando luz
Esta é a amostra, aqui vista em escala macro, usada nos experimentos, que pode fazer cálculos por horas antes de se degradar. [Imagem: Aida Group]

Lógica química

Antes de uma operação lógica começar, os pesquisadores colocam uma amostra de CLCs entre duas placas de vidro cobertas por eletrodos. A luz polarizada - luz que sempre vibra em um único plano - passa pela amostra até um detector do outro lado.

No estado padrão da amostra, os CLCs existem em um estado de orientação aleatória que permite que a luz alcance o detector. Quando o campo elétrico ou a luz UV são ligados individualmente e depois desligados, a saída detectada permanece a mesma. Mas quando o campo elétrico e a luz ultravioleta são ligados e desligados com um intervalo de cerca de um segundo, os CLCs alinham-se de uma maneira que bloqueia a luz, impedindo que ela chegue ao detector.

Se os estados de "saída" de luz e escuridão, e os estados de "entrada" do campo elétrico e luz ultravioleta forem atribuídos a dígitos binários, então o processo efetivamente executa o que é conhecido como função lógica AND - todas as entradas para a função devem ser "1" para a saída ser "1".

"A função AND é uma das várias funções lógicas fundamentais, mas a mais importante para o cálculo é a função NOT-AND ou NAND. Esta é uma das várias áreas para futuras pesquisas. Também desejamos aumentar a velocidade e a densidade dos CLCs para torná-los mais práticos para uso," disse Yano.

Bibliografia:

Nematic-to-columnar mesophase transition by in situ supramolecular polymerization,
Keiichi Yano, Yoshimitsu Itoh, Fumito Araoka, Go Watanabe, Takaaki Hikima, Takuzo Aida
Science
Vol.: 363, Issue 6423, pp. 161-165
DOI: 10.1126/science.aan1019




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