這項最近發(fā)表于《科學(xué)進(jìn)展》 的工作可能不會立即成為晶體管或計算機(jī)，但該技術(shù)可能為具有傳感、計算和機(jī)器人新功能的設(shè)備指明道路。

阿貢國家實驗室的高級科學(xué)家說：“我們的研究表明，你可以創(chuàng)建電路的基本構(gòu)建模塊——門、放大器和導(dǎo)體——這意味著你應(yīng)該能夠?qū)⑺鼈兘M裝成可以執(zhí)行更復(fù)雜操作的裝置?！痹撜撐牡母呒壨ㄓ嵶髡吆病さ隆ぐ筒_說。 “對于活性材料領(lǐng)域來說，這確實是令人興奮的一步。”

該研究旨在更仔細(xì)地研究一種稱為液晶的材料。液晶中的分子往往會被拉長，當(dāng)堆積在一起時，會采用一種具有某種順序的結(jié)構(gòu)，就像金剛石晶體中的直線原子一樣——但這種結(jié)構(gòu)并不像固體中那樣固定，它會保持在原位，但可以像液體一樣移動?？茖W(xué)家們一直在尋找像這樣奇怪的東西，因為他們可以利用這些不尋常的特性作為新技術(shù)的基礎(chǔ)；例如，您家里可能已經(jīng)有液晶電視或筆記本電腦屏幕上有液晶。

這種奇怪的分子順序的一個后果是，所有液晶中都存在一些點，這些有序區(qū)域彼此碰撞，并且它們的方向不完全匹配，從而產(chǎn)生科學(xué)家所說的“拓?fù)淙毕荨?。這些點隨著液晶的移動而移動。

科學(xué)家對這些缺陷很感興趣，想知道它們是否可以用來攜帶信息——類似于筆記本電腦或手機(jī)電路中的電子功能。但為了制造出具有這些缺陷的技術(shù)，你需要能夠?qū)⑺鼈兎胖迷谀阆胍牡胤?，而控制它們的行為已被證明是困難的。 “通常情況下，如果你通過顯微鏡觀察活性液晶的實驗，你會看到完全混亂——缺陷到處移動，”德巴勃羅說。

但去年，由時任普利茲克分子工程學(xué)院博士后張銳領(lǐng)導(dǎo)的德巴勃羅實驗室與芝加哥大學(xué)瑪格麗特加德爾教授實驗室和斯坦福大學(xué)澤夫布萊恩特教授合作。他們共同努力，想出了一套控制這些拓?fù)淙毕莸募夹g(shù)。他們表明，如果通過僅照亮特定區(qū)域來控制將能量注入液晶的位置，則可以引導(dǎo)缺陷向特定方向移動。

在一篇新論文中，他們將他們的邏輯更進(jìn)一步，并確定理論上應(yīng)該可以使用這些技術(shù)使液晶像計算機(jī)一樣運(yùn)行。

現(xiàn)為香港科技大學(xué)副教授的張銳表示：“它們具有電路中電子的許多特性——我們可以將它們長距離移動、放大它們并像晶體管門一樣關(guān)閉或打開它們的傳輸，這意味著我們可以使用它們執(zhí)行相對復(fù)雜的操作。”

科學(xué)家們表示，雖然計算表明這些系統(tǒng)可用于計算，但它們更有可能在軟機(jī)器人等應(yīng)用中發(fā)揮獨特的作用。研究人員對軟機(jī)器人感興趣——其身體不是由硬金屬或塑料制成，而是由彈性和軟材料制成的機(jī)器人——因為它們的靈活性和柔軟的觸感意味著它們可以執(zhí)行普通機(jī)器人無法執(zhí)行的功能。該團(tuán)隊可以想象創(chuàng)造出能夠使用活性液晶進(jìn)行一些自己“思考”的機(jī)器人。

他們還可以想象利用拓?fù)淙毕菰谖⑿驮O(shè)備內(nèi)將少量液體或其他材料從一個地方傳輸?shù)搅硪粋€地方。 “例如，有可能在合成細(xì)胞內(nèi)執(zhí)行功能，”張銳說。他說，大自然可能已經(jīng)使用類似的機(jī)制在細(xì)胞內(nèi)傳輸信息或執(zhí)行行為。

該研究團(tuán)隊還包括共同作者、芝加哥大學(xué)博士后研究員阿里·莫扎法里(Ali Mozaffari)，他們正在與合作者合作進(jìn)行實驗以證實理論發(fā)現(xiàn)。

“看到一種新的計算方式并不常見，”德巴勃羅說。