O futuro da computação é brilhante - literalmente.

Pesquisadores da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas de Harvard John A. Paulson (SEAS), em colaboração com pesquisadores da McMaster University e da University of Pittsburgh, desenvolveram uma nova plataforma para computação totalmente óptica, o que significa cálculos feitos apenas com feixes de luz.

"A maior parte da computação agora usa materiais duros, como fios de metal, semicondutores e fotodiodos para acoplar eletrônicos à luz, "disse Amos Meeks, um estudante de pós-graduação na SEAS e co-primeiro autor da pesquisa. "A ideia por trás da computação totalmente ótica é remover esses componentes rígidos e controlar a luz com luz. Imagine, por exemplo, um totalmente macio, robô sem circuitos movido pela luz do sol. "

Essas plataformas contam com os chamados materiais não lineares, que mudam seu índice de refração em resposta à intensidade da luz. Quando a luz brilha através desses materiais, o índice de refração no caminho do feixe aumenta, gerando seu próprio, guia de ondas feito à luz. Atualmente, a maioria dos materiais não lineares requer lasers de alta potência ou são permanentemente alterados pela transmissão da luz.

Aqui, os pesquisadores desenvolveram um material fundamentalmente novo que usa inchaço e contração reversíveis em um hidrogel sob baixa potência do laser para alterar o índice de refração.

O hidrogel é composto por uma rede de polímero que é inchada com água, como uma esponja, e um pequeno número de moléculas responsivas à luz conhecidas como espiropirano (que é semelhante à molécula usada para colorir lentes de transição). Quando a luz brilha através do gel, a área sob a luz contrai uma pequena quantidade, concentrar o polímero e alterar o índice de refração. Quando a luz é desligada, o gel retorna ao seu estado original.

Quando vários feixes são iluminados através do material, eles interagem e afetam uns aos outros, mesmo em grandes distâncias. O feixe A pode inibir o feixe B, O feixe B pode inibir o feixe A, ambos poderiam cancelar um ao outro ou ambos poderiam passar - criando uma porta lógica óptica.

"Embora estejam separados, os feixes ainda se veem e mudam como resultado, "disse Kalaichelvi Saravanamuttu, um professor associado de Química e Biologia Química na McMaster e co-autor sênior do estudo. "Podemos imaginar, a longo prazo, projetar operações de computação usando essa capacidade de resposta inteligente. "

"Não só podemos projetar materiais fotorresponsivos que alternam reversivelmente sua óptica, propriedades químicas e físicas na presença de luz, mas podemos usar essas mudanças para criar canais de luz, ou vigas auto-aprisionadas, que pode guiar e manipular a luz, "disse o co-autor Derek Morim, um estudante de graduação no laboratório de Saravanamuttu.

"A ciência dos materiais está mudando, "disse Joanna Aizenberg, a Amy Smith Berylson Professora de Ciência de Materiais na SEAS e co-autora sênior do estudo. "Autorregulado, materiais adaptativos capazes de otimizar suas próprias propriedades em resposta ao ambiente substituem a estática, ineficiente em energia, análogos regulados externamente. Nosso material reversivelmente responsivo que controla a luz em intensidades excepcionalmente pequenas é mais uma demonstração desta promissora revolução tecnológica. "

Esta pesquisa foi publicada no Proceedings of the National Academy of Sciences . Foi co-autoria de Ankita Shastri, Andy Tran, Anna V. Shneidman, Victor V. Yashin, Fariha Mahmood, Anna C. Balazs. Foi apoiado em parte pelo Escritório de Pesquisa do Exército dos EUA sob o Prêmio W911NF-17-1-0351 e pelo Conselho de Pesquisa de Ciências Naturais e Engenharia, Fundação Canadense para Inovação.