La mayoría de las tecnologías actuales se basan en dispositivos que transportan energía en forma de luz, radio, u ondas mecánicas. Sin embargo, Estos canales de guía de ondas son susceptibles de desorden y daño, ya sea en la fabricación o después de su implementación en entornos hostiles.

Investigadores de la Facultad de Ingeniería Grainger de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign han demostrado experimentalmente una nueva forma de transportar energía incluso a través de guías de ondas defectuosas. e incluso si el trastorno es un fenómeno transitorio en el tiempo. Este trabajo podría dar lugar a dispositivos mucho más robustos que continúen funcionando a pesar de los daños.

Gaurav Bahl, profesor asociado en ciencias mecánicas e ingeniería, y Taylor Hughes, profesor de física, publicó sus hallazgos en Comunicaciones de la naturaleza . Este importante trabajo fue dirigido por el investigador postdoctoral Inbar Grinberg, también en ciencias mecánicas e ingeniería.

Su artículo, "Bombeo temporal robusto en un aislante topológico magneto-mecánico, "detalla la demostración de una bomba topológica, un sistema que produce bajo demanda, transporte robusto de energía mecánica cuando se impulsa periódicamente en el tiempo. Los investigadores construyeron la bomba topológica utilizando un material artificial magneto-mecánico unidimensional, compuesto de resortes, masas, e imanes.

La inspiración para la bomba provino del trabajo del físico ganador del premio Nobel David Thouless de 1983, en el que propuso un esquema para lograr el transporte cuantificado de partículas individuales, p.ej. electrones, a través de un potencial periódico, p.ej. una cadena de átomos. El principio subyacente es hacer gradual, modulaciones periódicas de la estructura de la cadena en función del tiempo. Al finalizar cada período del ciclo de bombeo, una sola partícula debe entrar en la cadena por un extremo, y simultáneamente una sola partícula debe salir por el otro extremo de la cadena. Esto ocurre de manera confiable incluso si la cadena de átomos tiene una cantidad moderada de desorden.

Este tipo de sistema se denomina bomba porque su descripción técnica evoca una visión de un Tornillo de Arquímedes, una bomba de agua de manivela con referencias históricas que se remontan al antiguo Egipto.

Los investigadores de Grainger tomaron la idea de Thouless y la implementaron en una bomba topológica mecánica. Una distinción notable es que su bomba transporta energía mecánica, ni partículas ni agua, a lo largo de toda la cadena en un período del ciclo de bombeo. Es más, la bomba funciona con éxito incluso si la cadena tiene una cantidad significativa de desorden en el espacio o el tiempo. Para completar la analogía con una bomba de tornillo de agua, los investigadores impulsaron su demostración con un cigüeñal giratorio.

"Por último, nos gustaría ampliar esta demostración para producir guías de ondas de luz igualmente resistentes, sonido, y electricidad, "explicó Bahl." El sueño es poner una señal en un extremo de un canal unidimensional, y tener transporte garantizado hasta el otro extremo, de forma robusta siempre que el usuario lo desee. Creemos que las bombas topológicas son una excelente manera de hacerlo ".

Las líneas de fibra óptica y cobre forman la columna vertebral de todas nuestras tecnologías de comunicación. Ahora, daños moderados a lo largo de dichos canales de comunicación, por ejemplo. cualquier cosa menos una desconexión completa:puede reducir la intensidad de la señal e incluso producir reflejos no deseados, que afectan negativamente la cantidad de datos que estos canales pueden transportar.

El equipo de investigación cree que el bombeo topológico podría ser una gran solución en estos escenarios.