Técnica de encolhimento pode permitir dispositivos que computam com luz

Pesquisadores do MIT criaram dispositivos nanotenológicos 3D que manipulam luz visível, usando a técnica de “implosion carving” para gravar padrões em um hydrogel e, depois, encolhê-los cerca de mil vezes em volume.
A técnica imprime vazios em pontos específicos do material a partir de uma fototratamento, em seguida o hydrogel é encolhido para chegar a menos de 100 nanômetros, permitindo curvas na luz necessárias para computação óptica.
O processo começa com a hidrogel sendo exposta a um corante fotosensibilizante e um laser que cria vazios; depois, o material passa por dois estágios de encolhimento, resultando em mais de 2.000 vezes de redução de volume.
Em conjunto com a demonstração prática, os pesquisadores mostraram um dispositivo capaz de realizar uma tarefa simples de classificação de dígitos, abrindo portas para imageamento rápido e processamento de informações via óptica.
Futuramente, a técnica pode viabilizar classificadores de células em fluídos microfluídicos, novas técnicas de imageamento de amostras biológicas e, possivelmente, canais dentro de dispositivos nanofluidos, usando luz visível.

A equipe do MIT desenvolveu uma técnica para fabricar dispositivos 3D que processam luz visível em escala nanométrica. Chamado de implosion carving, o método cria lacunas em um hidrogel e as contrai até cerca de 1/2000 do volume original, chegando a menos de 100 nanômetros.

Com a técnica, os pesquisadores imprimiram recursos em hidrogel com resolução de cerca de 800 nm e, em seguida, reduziram o tamanho para a faixa nanométrica. Isso permite que os dispositivos controlem a trajetória de luz de forma precisa, viabilizando computação óptica.

O estudo, que aparece na Nature Photonics, é assinado por Gaojie Yang e Quansan Yang, entre outros. Peter So e Edward Boyden são autores sêniores, vinculados ao MIT e a centros de neurotecnologia e engenharia. Boyden também integra institutos associados ao MIT.

Implosão de hidrogel

A técnica começa com o hidrogel imerso em corante sensível à luz. Um laser excita o sensibilizador, gerando espécies reativas que quebram ligações químicas e criam lacunas com propriedades ópticas distintas. Em seguida, o material é encolhido por etapas.

O encolhimento envolve primeiro a imersão em solução iônica, reduzindo as dimensões em cerca de 10 vezes. Depois, a secagem supercrítica remove o líquido sem danificar a estrutura, resultando em uma redução de volume superior a 2.000 vezes.

Aplicações e benefícios

Os pesquisadores demonstraram formas 3D, como hélice e padrões inspirados em asas de borboleta. Dispositivos com múltiplas camadas podem realizar tarefas simples de classificação de dígitos, simulando redes neurais com apenas luz.

Segundo So, a abordagem permite ajustar propriedades em milhões de pontos do objeto, abrindo espaço para uso em classificação de células em fluxo e em imageamento de alta vazão. O objetivo é ampliar aplicações biomédicas e de diagnóstico.

Além disso, a técnica pode facilitar o desenvolvimento de chips ópticos energeticamente mais eficientes do que chips semicondutores, com potencial para processamento de informações a velocidades maiores, sem depender de eletrônica tradicional.