Pesquisadores da Universidade de Washington, nos Estados Unidos, apresentaram um método de fabricação que reduz estruturas de hidrogel a cerca de 1/2.000 do volume original, permitindo a produção de dispositivos nanofotônicos capazes de realizar computação óptica.
Como funciona o entalhe por implosão
A nova abordagem, chamada de “entalhe por implosão”, começa com a imersão do hidrogel em um corante fotossensibilizante. Um laser de alta precisão excita o corante em pontos específicos do material, gerando espécies reativas de oxigênio que quebram ligações internas e formam microcavidades. Esse desenho inicial, feito por fotolitografia, possui resolução aproximada de 800 nanômetros.
Na etapa seguinte, o gel é mergulhado em uma solução iônica que provoca um encolhimento de cerca de dez vezes em cada eixo. Logo após, o conjunto passa por secagem supercrítica, técnica que remove o líquido sem danificar a rede polimérica. O resultado é uma contração adicional, totalizando redução superior a dez vezes em todas as direções. Na prática, padrões originalmente medidos em centenas de nanômetros chegam a menos de 100 nanômetros, escala inferior ao comprimento de onda da luz visível.
Dispositivo óptico realiza classificação de dígitos
Para demonstrar o potencial da técnica, a equipa projetou um processador fotônico minimalista. As cavidades internas foram distribuídas de forma a formar metassuperfícies nos dois lados do chip. Quando um feixe de luz atravessa essas camadas, sofre difração controlada que simula o funcionamento de uma rede neural. O protótipo executou a tarefa de classificação de dígitos — referência comum em testes de inteligência artificial — exclusivamente com operações ópticas, sem circuitos eletrônicos.
De acordo com o professor Quansan Yang, as dimensões sub-100 nm são essenciais para manipular a luz visível com precisão. Por estar todo em estado sólido e depender apenas de fotões, o chip oferece latência praticamente nula e consumo ínfimo de energia, características desejadas em futuros aceleradores de IA.
Imagem: NewsUp Brasil
Aplicações além da computação
Embora o experimento tenha focado em processamento de informação, os pesquisadores observam que a técnica pode atender a outras áreas. Ao variar o desenho das lacunas, é possível fabricar matrizes para microscopia de alto rendimento, análise instantânea de biópsias ou criação de canais em dispositivos nanofluídicos tridimensionais. Se adaptado a polímeros hidrofóbicos, o método também favorece sensores químicos integráveis a wearables e exames point-of-care.
Outra vantagem é a compatibilidade com algoritmos de aprendizado profundo que otimizam milhões de parâmetros de projeto. O pesquisador Dushan Wadduwage afirma que softwares de design guiado por IA podem explorar o vasto espaço de configurações oferecido pelo entalhe por implosão, acelerando o desenvolvimento de componentes customizados para telecomunicações, realidade aumentada e segurança.
Por reduzir custos e dispensar equipamentos de litografia extrema, o processo tem potencial para escalar em ambiente industrial. A expectativa da equipa é que versões futuras alcancem funções mais complexas, como filtragem de imagens em tempo real e computação paralela de alta velocidade, abrindo caminho para computadores que operam inteiramente com luz.
