Il futuro del calcolo è brillante, letteralmente.

Ricercatori della Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS), in collaborazione con ricercatori della McMaster University e dell'Università di Pittsburgh, hanno sviluppato una nuova piattaforma per l'elaborazione completamente ottica, ovvero calcoli eseguiti esclusivamente con fasci di luce.

"La maggior parte dei calcoli in questo momento utilizza materiali duri come fili metallici, semiconduttori e fotodiodi per accoppiare l'elettronica alla luce, " disse Amos Meeks, uno studente laureato presso SEAS e co-primo autore della ricerca. "L'idea alla base dell'elaborazione completamente ottica è quella di rimuovere quei componenti rigidi e controllare la luce con la luce. Immagina, Per esempio, un tutto morbido, robot senza circuiti guidato dalla luce del sole."

Queste piattaforme si basano sui cosiddetti materiali non lineari che cambiano il loro indice di rifrazione in risposta all'intensità della luce. Quando la luce splende attraverso questi materiali, l'indice di rifrazione nel percorso del raggio aumenta, generando il proprio, guida d'onda fatta di luce. Attualmente, la maggior parte dei materiali non lineari richiede laser ad alta potenza o viene modificata in modo permanente dalla trasmissione della luce.

Qui, i ricercatori hanno sviluppato un materiale fondamentalmente nuovo che utilizza il rigonfiamento e la contrazione reversibili in un idrogel a bassa potenza del laser per modificare l'indice di rifrazione.

L'idrogel è composto da una rete polimerica che si gonfia con acqua, come una spugna, e un piccolo numero di molecole sensibili alla luce note come spiropirano (che è simile alla molecola usata per colorare le lenti di transizione). Quando la luce brilla attraverso il gel, l'area sotto la luce si contrae leggermente, concentrando il polimero e modificando l'indice di rifrazione. Quando la luce è spenta, il gel ritorna al suo stato originale.

Quando più raggi vengono irradiati attraverso il materiale, interagiscono e si influenzano a vicenda, anche a grandi distanze. Il raggio A potrebbe inibire il raggio B, Il raggio B potrebbe inibire il raggio A, entrambi potrebbero annullarsi a vicenda o entrambi potrebbero passare, creando una porta logica ottica.

"Anche se sono separati, i raggi si vedono ancora e cambiano di conseguenza, " disse Kalaichelvi Saravanamuttu, professore associato di Chimica e Biologia Chimica presso McMaster e co-autore senior dello studio. "Possiamo immaginare, a lungo termine, progettare operazioni di elaborazione utilizzando questa reattività intelligente."

"Non solo possiamo progettare materiali fotosensibili che commutano in modo reversibile la loro ottica, proprietà chimiche e fisiche in presenza di luce, ma possiamo usare quei cambiamenti per creare canali di luce, o travi autointrappolate, che può guidare e manipolare la luce, " ha detto il co-autore Derek Morim, uno studente laureato nel laboratorio di Saravanamuttu.

"La scienza dei materiali sta cambiando, " ha detto Joanna Aizenberg, l'Amy Smith Berylson Professor of Materials Science presso SEAS e co-autore senior dello studio. "Autoregolato, materiali adattivi in ​​grado di ottimizzare le proprie proprietà in risposta all'ambiente sostituiscono l'elettricità statica, inefficiente dal punto di vista energetico, analoghi regolati esternamente. Il nostro materiale reversibile che controlla la luce a intensità eccezionalmente piccole è l'ennesima dimostrazione di questa promettente rivoluzione tecnologica".

Questa ricerca è stata pubblicata su Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze . È stato co-autore di Ankita Shastri, Andy Tran, Anna V. Shneidman, Victor V. Yashin, Fariha Mahmood, Anna C. Balazs. È stato sostenuto in parte dall'Ufficio di ricerca dell'esercito americano nell'ambito del premio W911NF-17-1-0351 e dal Consiglio di ricerca di scienze naturali e ingegneria, Fondazione canadese per l'innovazione.