这项最近发表于《科学进展》 的工作可能不会立即成为晶体管或计算机，但该技术可能为具有传感、计算和机器人新功能的设备指明道路。
阿贡国家实验室的高级科学家说：“我们的研究表明，你可以创建电路的基本构建模块——门、放大器和导体——这意味着你应该能够将它们组装成可以执行更复杂操作的装置。”该论文的高级通讯作者胡安·德·巴勃罗说。 “对于活性材料领域来说，这确实是令人兴奋的一步。”
该研究旨在更仔细地研究一种称为液晶的材料。液晶中的分子往往会被拉长，当堆积在一起时，会采用一种具有某种顺序的结构，就像金刚石晶体中的直线原子一样——但这种结构并不像固体中那样固定，它会保持在原位，但可以像液体一样移动。科学家们一直在寻找像这样奇怪的东西，因为他们可以利用这些不寻常的特性作为新技术的基础；例如，您家里可能已经有液晶电视或笔记本电脑屏幕上有液晶。
这种奇怪的分子顺序的一个后果是，所有液晶中都存在一些点，这些有序区域彼此碰撞，并且它们的方向不完全匹配，从而产生科学家所说的“拓扑缺陷”。这些点随着液晶的移动而移动。
科学家对这些缺陷很感兴趣，想知道它们是否可以用来携带信息——类似于笔记本电脑或手机电路中的电子功能。但为了制造出具有这些缺陷的技术，你需要能够将它们放置在你想要的地方，而控制它们的行为已被证明是困难的。 “通常情况下，如果你通过显微镜观察活性液晶的实验，你会看到完全混乱——缺陷到处移动，”德巴勃罗说。
但去年，由时任普利兹克分子工程学院博士后张锐领导的德巴勃罗实验室与芝加哥大学玛格丽特加德尔教授实验室和斯坦福大学泽夫布莱恩特教授合作。他们共同努力，想出了一套控制这些拓扑缺陷的技术。他们表明，如果通过仅照亮特定区域来控制将能量注入液晶的位置，则可以引导缺陷向特定方向移动。
在一篇新论文中，他们将他们的逻辑更进一步，并确定理论上应该可以使用这些技术使液晶像计算机一样运行。
现为香港科技大学副教授的张锐表示：“它们具有电路中电子的许多特性——我们可以将它们长距离移动、放大它们并像晶体管门一样关闭或打开它们的传输，这意味着我们可以使用它们执行相对复杂的操作。”
科学家们表示，虽然计算表明这些系统可用于计算，但它们更有可能在软机器人等应用中发挥独特的作用。研究人员对软机器人感兴趣——其身体不是由硬金属或塑料制成，而是由弹性和软材料制成的机器人——因为它们的灵活性和柔软的触感意味着它们可以执行普通机器人无法执行的功能。该团队可以想象创造出能够使用活性液晶进行一些自己“思考”的机器人。
他们还可以想象利用拓扑缺陷在微型设备内将少量液体或其他材料从一个地方传输到另一个地方。 “例如，有可能在合成细胞内执行功能，”张锐说。他说，大自然可能已经使用类似的机制在细胞内传输信息或执行行为。
该研究团队还包括共同作者、芝加哥大学博士后研究员阿里·莫扎法里(Ali Mozaffari)，他们正在与合作者合作进行实验以证实理论发现。
“看到一种新的计算方式并不常见，”德巴勃罗说。
