Cristais líquidos tornam computação com luz reprogramável

Materiais Avançados

Redação do Site Inovação Tecnológica – 20/10/2026

Ilustração conceitual da resposta óptica linear e não-linear da luz tratada pelas metassuperfícies de cristal líquido.
[Imagem: Ziwei Yang et al. – 10.1126/sciadv.aeh0904]

Computação óptica reprogramável

A maioria dos aparelhos e máquinas é projetada para executar uma tarefa específica: Se você quiser fazer algo diferente, precisa no mínimo substituir uma peça ou refazer uma fiação, mas tipicamente irá precisar de uma máquina nova.

Nos trabalhos para substituir os eletrônicos atuais, que gastam muita energia, por dispositivos baseados na luz, como processadores fotônicos e computadores de luz, o caminho tem sido o mesmo, já que essas tecnologias mais rápidas e eficientes precisam de componentes que lidam com a luz de modos muito específicos, cada um projetado para resolver um cálculo diferente.

Mas um novo esforço, envolvendo especialistas dessas áreas emergentes de várias partes do mundo, apresentou agora um caminho alternativo: Combinar as metassuperfícies ópticas, que já vêm sendo utilizadas na computação fotônica, com os tradicionais cristais líquidos, que são usados há décadas nas telas e monitores.

O resultado é que, em vez de uma metassuperfície estática, que faz só um cálculo, basta controlar as moléculas de cristal líquido para que a superfície mude o modo como interage com a luz.

“Ao iluminar o cristal líquido, temos outra maneira de ajustar essa função sem precisar fabricar o dispositivo novamente,” disse Ziwei Yang, da Universidade Nacional Australiana.

Detalhes das nanoantenas, as pequenas unidades responsáveis por manipular a luz, agora reprogramáveis.
[Imagem: Ziwei Yang et al. – 10.1126/sciadv.aeh0904]

Metassuperfície reconfigurável com luz

Uma metassuperfície é um material artificial cujos elementos básicos funcionam como nanoantenas, cada uma captando e refletindo a luz de uma maneira específica, cuidadosamente projetadas e distribuídas para se obter o resultado final desejado.

A ideia é substituir as nanoantenas estáticas de hoje, que fazem sempre a mesma coisa, por nanoantenas dinâmicas, que possam ser programadas em tempo de execução.

Para tornar sua metassuperfície reconfigurável, os pesquisadores envolveram minúsculas nanoantenas de silício com cristais líquidos, que consistem em moléculas que podem mudar de direção em resposta a uma força externa. Na tela do seu computador ou da sua TV, esse movimento é controlado por eletricidade fluindo por eletrodos. A grande novidade aqui consistiu em usar a própria luz para girar as moléculas e alterar a função do dispositivo.

Deu certo porque a luz possui uma propriedade conhecida como “torque óptico”, que é suficiente para rearranjar as moléculas de cristal líquido ao redor das estruturas de silício, alterando como a metassuperfície responde à luz – tudo sem fios, à distância, eliminando os eletrodos, que dificultariam a fabricação e tornariam as finíssimas metassuperfícies tão grossas quanto telas comuns.

Até agora, o processamento com luz vem sendo feito por placas estanques, que precisam ser trocadas para cada programa que roda.
[Imagem: Muhammed Veli et al. – 10.1038/s41467-020-20268-z]

IA, redes neurais, imagens e mais

A aplicação mais direta desta nova técnica será nos processadores de luz, incluindo as redes neurais ópticas, que prometem ser muito menos intensivas em energia do que os mecanismos atuais de treinamento da inteligência artificial.

Uma rede neural contém camadas não-lineares que permitem que ela reconheça padrões complexos, faça distinções e aprenda com os dados. Sem essas camadas, mesmo uma grande rede neural teria dificuldade em resolver problemas complexos. “No momento, a camada não-linear é controlada principalmente por componentes eletrônicos,” explicou Yang. “Se pudermos usar a luz para controlar diretamente essas camadas não-lineares, isso poderá ser útil para redes neurais ópticas no futuro.”

O mesmo princípio poderá eventualmente ser usado em sistemas de imagens, telecomunicações e em sistemas que direcionam feixes de luz sem mover partes mecânicas. Antes disso, porém, será necessário passar desta prova de conceito inicial para dispositivos operacionais em escala prática.

Outras notícias sobre:

Mais tópicos