Investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard (SEAS), en colaboración con investigadores de la Universidad McMaster y la Universidad de Pittsburgh, han desarrollado una nueva plataforma para la computación totalmente óptica, lo que significa que los cálculos se realizan únicamente con haces de luz.

“La mayoría de la computación en este momento utiliza materiales duros como cables de metal, semiconductores y fotodiodos para acoplar la electrónica a la luz”, dijo Amos Meeks, un estudiante graduado de SEAS y coautor principal de la investigación. “La idea detrás de la computación totalmente óptica es eliminar esos componentes rígidos y controlar la luz con luz. Imagine, por ejemplo, un robot completamente blando y sin circuitos impulsado por la luz del sol”.

Estas plataformas se basan en los llamados materiales no lineales que cambian su índice de refracción en respuesta a la intensidad de la luz. Cuando la luz brilla a través de estos materiales, el índice de refracción en la trayectoria del haz aumenta, generando su propia guía de ondas hecha de luz. Actualmente, la mayoría de los materiales no lineales requieren láseres de alta potencia o se cambian permanentemente por la transmisión de luz.

Aquí, los investigadores desarrollaron un material fundamentalmente nuevo que utiliza la hinchazón reversible y la contracción en un hidrogel con poca potencia láser para cambiar el índice de refracción.

El hidrogel está compuesto por una red de polímeros que se hincha con agua, como una esponja, y una pequeña cantidad de moléculas sensibles a la luz conocidas como espiropirano (que es similar a la molécula utilizada para teñir lentes de transición). Cuando la luz brilla a través del gel, el área debajo de la luz se contrae una pequeña cantidad, concentrando el polímero y cambiando el índice de refracción. Cuando se apaga la luz, el gel vuelve a su estado original.

Cuando se iluminan múltiples haces a través del material, interactúan y se afectan entre sí, incluso a grandes distancias. El rayo A podría inhibir el rayo B, el rayo B podría inhibir el rayo A, ambos podrían cancelarse entre sí o ambos podrían pasar, creando una puerta lógica óptica.

“Aunque están separados, los rayos aún se ven y cambian como resultado”, dijo Kalaichelvi Saravanamuttu, profesor asociado de Química y Biología Química en McMaster y coautor principal del estudio. “Podemos imaginar, a largo plazo, diseñar operaciones informáticas utilizando esta capacidad de respuesta inteligente”.

“No solo podemos diseñar materiales fotorrespuesta que cambien de manera reversible sus propiedades ópticas, químicas y físicas en presencia de luz, sino que también podemos usar esos cambios para crear canales de luz o haces auto atrapados, que pueden guiar y manipular la luz”. dijo el coautor Derek Morim, un estudiante graduado en el laboratorio de Saravanamuttu.

“La ciencia de los materiales está cambiando”, dijo Joanna Aizenberg, profesora de ciencia de materiales de Amy Smith Berylson en SEAS y coautora principal del estudio. “Los materiales autorregulados y adaptativos capaces de optimizar sus propias propiedades en respuesta al entorno reemplazan a los análogos estáticos, energéticamente ineficientes y regulados externamente. Nuestro material reversiblemente sensible que controla la luz a intensidades excepcionalmente pequeñas es otra demostración de esta prometedora revolución tecnológica”.

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