Pela primeira vez, investigadores realizaram operações lógicas - a base da computação - com um dispositivo químico, usando campos eléctricos e luz ultravioleta. O dispositivo e os métodos pioneiros utilizados possibilitaram novas pesquisas, principalmente em chips de computador de baixo consumo e alto desempenho.
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| Uma amostra de CLCs pode mudar o seu estado num segundo, mas também pode durar horas. |
O estudante de doutorado Keiichi Yano, o professor Yoshimitsu Itoh e o professor Takuzo Aida, do Departamento de Química e Biotecnologia da Universidade de Tóquio, desenvolveram um dispositivo que demonstra funções úteis para a computação. Computadores convencionais usam carga eléctrica para representar dígitos binários (1 e 0), mas o dispositivo dos engenheiros usa campos eléctricos e luz UV. Estes permitem menor operação de energia e criam menos calor do que a lógica baseada na carga eléctrica.
O dispositivo também é muito diferente dos chips semicondutores actuais, pois é de natureza química, e é essa propriedade que dá origem a sua potencial utilidade no futuro da computação. Não é apenas o benefício de energia e calor; este dispositivo pode ser fabricado de forma barata e fácil também. O dispositivo apresenta moléculas em forma de disco e haste que se auto-montam em formas de escada em espiral chamadas cristais líquidos colunares (CLC) nas condições certas.
"Uma coisa de que eu gosto em relação à criação de um dispositivo usando a química é que é menos sobre 'construir' do que sobre 'crescer' alguma coisa", diz Itoh. "Com uma precisão delicada, persuadimos os nossos compostos a formar diferentes formas com diferentes funções. Pense nisso como programação com química".
Antes de uma operação lógica começar, os investigadores colocam uma amostra de CLCs entre duas placas de vidro cobertas por eléctrodos. A luz polarizada - que vibra sempre num único plano - passa pela amostra até um detector do outro lado.
No estado padrão da amostra, os CLCs existem em um estado orientado aleatoriamente que permite que a luz alcance o detector. Quando o campo elétrico ou a luz UV é ligada individualmente e depois desligada, a saída detectada permanece a mesma. Mas quando o campo eléctrico e a luz ultravioleta são ligados e desligados após cerca de um segundo, os CLCs alinham-se de uma maneira que bloqueia o detector da luz.
Se os estados de ouput de luz e escuridão, e os estados de input do campo elétrico e luz ultravioleta forem todos atribuídos a dígitos binários para identificá-los, então o processo executou efectivamente o que é chamado de função lógica AND - todas as entradas para a função devem ser "1" para a saída ser "1".
No estado padrão da amostra, os CLCs existem em um estado orientado aleatoriamente que permite que a luz alcance o detector. Quando o campo elétrico ou a luz UV é ligada individualmente e depois desligada, a saída detectada permanece a mesma. Mas quando o campo eléctrico e a luz ultravioleta são ligados e desligados após cerca de um segundo, os CLCs alinham-se de uma maneira que bloqueia o detector da luz.
Se os estados de ouput de luz e escuridão, e os estados de input do campo elétrico e luz ultravioleta forem todos atribuídos a dígitos binários para identificá-los, então o processo executou efectivamente o que é chamado de 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", explica Yano. "Também desejamos aumentar a velocidade e a densidade das CLCs para torná-las mais práticas para o uso. Sou fascinado pelas moléculas auto-organizáveis, como as que usamos para fazer as CLCs que conseguem gerar fenómenos como funções lógicas."
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