El futuro de la computación es brillante, literalmente.

Investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas (SEAS) de Harvard John A. Paulson, en colaboración con investigadores de la Universidad McMaster y la Universidad de Pittsburgh, han desarrollado una nueva plataforma para la informática totalmente óptica, es decir, cálculos realizados únicamente con haces de luz.

"Actualmente, la mayoría de los cálculos utilizan materiales duros como cables metálicos, semiconductores y fotodiodos para acoplar la electrónica a la luz, "dijo Amos Meeks, estudiante de posgrado en SEAS y co-primer autor de la investigación. "La idea detrás de la computación totalmente óptica es eliminar esos componentes rígidos y controlar la luz con luz. Imagínese, por ejemplo, un enteramente suave, robot 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 atraviesa estos materiales, el índice de refracción en la trayectoria del haz aumenta, generando el suyo, guía de ondas de luz. En la actualidad, la mayoría de los materiales no lineales requieren láseres de alta potencia o se modifican permanentemente por la transmisión de luz.

Aquí, Los investigadores desarrollaron un material fundamentalmente nuevo que usa hinchamiento y contracción reversibles en un hidrogel con baja potencia de láser para cambiar el índice de refracción.

El hidrogel está compuesto por una red de polímero 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 las lentes de transición). Cuando la luz atraviesa el gel, el área bajo la luz se contrae una pequeña cantidad, concentrando el polímero y cambiando el índice de refracción. Cuando la luz se apaga, el gel vuelve a su estado original.

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

"Aunque están separados, los rayos todavía 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 fotosensibles que cambien reversiblemente su óptica, propiedades químicas y físicas en presencia de luz, pero podemos usar esos cambios para crear canales de luz, o vigas auto-atrapadas, que puede guiar y manipular la luz, "dijo el coautor Derek Morim, estudiante de posgrado en el laboratorio de Saravanamuttu.

"La ciencia de los materiales está cambiando, "dijo Joanna Aizenberg, la profesora Amy Smith Berylson de ciencia de materiales en SEAS y coautora principal del estudio. "Autorregulado, materiales adaptativos capaces de optimizar sus propias propiedades en respuesta al entorno reemplazan la estática, energéticamente ineficiente, análogos regulados externamente. Nuestro material de respuesta reversible que controla la luz a intensidades excepcionalmente pequeñas es una demostración más de esta prometedora revolución tecnológica ".

Esta investigación fue publicada en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias . Fue coautor de Ankita Shastri, Andy Tran, Anna V. Shneidman, Víctor V. Yashin, Fariha Mahmood, Anna C. Balazs. Fue apoyado en parte por la Oficina de Investigación del Ejército de EE. UU. Con el premio W911NF-17-1-0351 y por el Consejo de Investigación de Ciencias Naturales e Ingeniería, Fundación Canadiense para la Innovación.