Ein Flüssigkristallcomputer

Weder fest noch flüssig, Flüssigkristalle sind Substanzen, die immer wieder die Aufmerksamkeit von Materialwissenschaftlern auf sich ziehen. Sie sind der Grund, warum LCD-Bildschirme und vor allem Stimmungsringe funktionieren. Ein internationales Forscherteam hat gerade eine andere Verwendung gefunden: Sie haben gezeigt, dass Flüssigkristalle für Berechnungen verwendet werden können.

Dies bedeutet, dass sie möglicherweise als Computer und in der Soft-Robotik eingesetzt werden könnten.

„Wir haben gezeigt, dass man die elementaren Bausteine ​​einer Schaltung – Gatter, Verstärker und Leiter – mit Flüssigkristallen erstellen kann, was bedeutet, dass man in der Lage sein sollte, sie zu Anordnungen zusammenzubauen, die komplexere Operationen ausführen können“, sagt Professor Juan De Pablo , ein Forscher auf dem Gebiet der Molekulartechnik an der University of Chicago, USA, und leitender Autor eines Artikels, der die Forschung beschreibt und in Science Advances veröffentlicht wurde .

„Es kommt nicht oft vor, dass man einen neuen Weg sieht, Computer zu betreiben, und es ist ein wirklich aufregender Schritt für den Bereich der aktiven Materialien.“

Flüssigkristalle sind weiche Substanzen, die wie eine Flüssigkeit fließen. Aber ihre molekulare Struktur ähnelt viel eher einem Kristall: Die Moleküle bilden ein (meist) geordnetes und organisiertes Gitter. Es verbleibt eine gewisse Unordnung, und diese ungeordneten Stellen werden „topologische Defekte“ genannt.

Diese geordnete und ungeordnete Molekularstruktur ermöglicht es Flüssigkristallen, sich zu bewegen und zu fließen, und verleiht ihnen oft interessante optische Eigenschaften, wie die Farbänderung in Stimmungsringen und Bildschirmanzeigen.

Letztes Jahr berichteten die Forscher , dass sie die Bewegung von Defekten in Flüssigkristallen mit einem auf bestimmte Punkte gerichteten Licht kontrollieren konnten.

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In diesem Artikel führen sie diese Idee weiter und verwenden Simulationen, um zu zeigen, dass die Lichttechnik verwendet werden kann, um die Defekte dazu zu bringen, Computeroperationen auszuführen.

„Diese topologischen Defekte haben viele Eigenschaften von Elektronen in einem Stromkreis – wir können sie über große Entfernungen bewegen, sie verstärken und ihren Transport wie in einem Transistorgatter schließen oder öffnen, was bedeutet, dass wir sie für relativ anspruchsvolle Operationen verwenden könnten“, sagt er Hauptautor Professor Rui Zhang vom Fachbereich Physik der Hong Kong University of Science and Technology, Hongkong.

„Es kommt nicht oft vor, dass man eine neue Art der Computernutzung sieht“, sagt de Pablo.


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Während sie theoretisch in einem Desktop enden könnten, glauben die Forscher, dass ihre Flüssigkristalle eher für Sensoren und insbesondere für weiche Robotik nützlich sind – wo Roboter mit formbaren Oberflächen Dinge tun können, die ihre traditionellen harten Gegenstücke nicht können.

In diesem Fall würde die Substanz, die den Roboter weich macht, auch die Berechnungen durchführen.

Der Fehlertrick könnte auch verwendet werden, um Dinge um winzige Geräte herum zu bewegen. „Zum Beispiel könnte man vielleicht Funktionen innerhalb einer synthetischen Zelle ausführen“, sagt Zhang.

Die Ergebnisse ihrer Simulationen wollen die Forscher nun experimentell bestätigen.

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