Miniaturização por encolhimento cria dispositivos que computam com luz

Redação do Site Inovação Tecnológica - 26/05/2026

É uma técnica para criar dispositivos fotônicos 3D com características em nanoescala, e então reduzir seu tamanho após a fabricação.
[Imagem: Quansan Yang et al. - 10.1038/s41566-026-01896-1]

Miniaturização por implosão

Utilizando uma nova técnica capaz de criar lacunas em qualquer ponto de um material e, em seguida, reduzi-las a cerca de 1/2.000 do seu volume original, pesquisadores desenvolveram dispositivos nanotecnológicos que podem ser usados para computação óptica (processadores fotônicos ou computadores de luz) e outras aplicações de fotônica que envolvam a manipulação da luz visível.

A nova técnica de fabricação, batizada de "entalhe por implosão", permite imprimir características em um hidrogel usando fotolitografia, que é a seguir "zipado" para uma fração do seu tamanho original. Por exemplo, padrões criados com uma resolução de 800 nanômetros são reduzidos para menos de 100 nanômetros após a "implosão".

Como a resolução final alcançada é menor do que o comprimento de onda da luz, os dispositivos podem curvar a luz de maneiras específicas, permitindo coisas muito interessantes, incluindo realizar cálculos usando apenas a luz, que é o princípio fundamental da computação fotônica, ou computação óptica, o processamento de dados que troca a eletricidade por luz.

"Para viabilizar aplicações nanofotônicas em luz visível, precisamos criar nanoestruturas com dimensões e resolução inferiores a 100 nanômetros. Somente assim poderemos criar com precisão a estrutura capaz de manipular a luz visível," afirmou o professor Quansan Yang, da Universidade de Washington, nos EUA.

A equipe usou sua tecnologia para construir um processador fotônico minimalista, capaz de realizar uma tarefa simples de classificação de dígitos, mas versões futuras poderão ser usadas para processamento de imagens e informações em alta velocidade, dizem os pesquisadores.

Esquema de funcionamento da miniaturização por implosão.
[Imagem: Quansan Yang et al. - 10.1038/s41566-026-01896-1]

Primeiro esculpe, depois encolhe

O processo de esculpir a estrutura desejada começa com a imersão do hidrogel em um corante fotossensibilizante. Em seguida, um laser excita o fotossensibilizador em pontos específicos do gel, o que, por sua vez, gera espécies reativas de oxigênio que rompem as ligações que mantêm o hidrogel unido. Isso cria uma cavidade nesse local, algo similar ao que se consegue com um formão ou cinzel em uma escultura tradicional.

Quando o padrão de lacunas desejado está todo esculpido no hidrogel, ele é encolhido usando um processo de duas etapas. Primeiro, o hidrogel é mergulhado em uma solução contendo íons, o que faz com que ele encolha cerca de dez vezes em cada dimensão (x, y e z). Para encolhê-lo um pouco mais e remover a solução aquosa, o hidrogel passa por um processo chamado secagem supercrítica, que remove o líquido do gel sem danificá-lo.

Ao final, o hidrogel sofreu uma contração de mais de 10 vezes em cada dimensão, resultando em uma redução de 2.000 vezes no volume.

Para torná-lo capaz de manipular a luz, é só projetar a matriz de cavidades de modo a criar uma metassuperfícies em cada lado do hidrogel - uma metassuperfície consegue manipular as ondas de luz de modo programado.

Dispositivo simples de computação óptica construído com a nova técnica.
[Imagem: Quansan Yang et al. - 10.1038/s41566-026-01896-1]

Uso em computação e biomedicina

Para demonstrar o potencial da sua fabricação por implosão, os pesquisadores criaram padrões de lacunas por todo o dispositivo para que ele funcione como uma rede neural: O padrão de lacunas difrata a luz de entrada conforme ela passa por várias camadas de hidrogel, de modo que a luz de saída é determinada pelo padrão, neste caso um dígito.

O dispositivo então realiza instantaneamente um cálculo simples conhecido como classificação de dígitos, uma tarefa tradicionalmente usada para testar o desempenho de redes neurais. A diferença é que o sistema é inteiramente óptico, fazendo a computação com luz.

"Uma das características mais atraentes desta tecnologia é a possibilidade de manipular as propriedades do material em cada minúsculo ponto," afirmou o pesquisador Dushan Wadduwage. "Existem milhões de locais diferentes cujas propriedades precisam ser definidas, o que se transforma em um problema de projeto realmente interessante. Podemos usar algoritmos de aprendizado profundo para encontrar soluções com base nesses milhões de parâmetros e desenvolver componentes que se integram a sistemas ópticos de maneiras inovadoras."

Além da computação com luz, esta técnica poderá também viabilizar a criação de técnicas de imagem de alto rendimento para aplicações como a análise de amostras de tecido de biópsias ou espécimes cirúrgicos. E, se adaptada para funcionar com outros materiais, como polímeros hidrofóbicos, ela também poderá ser usada para criar canais em dispositivos nanofluídicos 3D.

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