Tiedonkäsittelyä vesipisaroilla − superhydrofobinen pisaralogiikka
06.09.2012
Aalto-yliopiston tutkijat ovat kehittäneet uuden tiedonkäsittelykonseptin, jossa vesipisaroita käytetään digitaalisen tiedon bitteinä. Menetelmä perustuu siihen, että kaksi erittäin vettä hylkivällä pinnalla toisiinsa törmäävää vesipisaraa kimpoavat erilleen kuin biljardipallot.
Advanced Materials -tiedejulkaisussa julkaistussa artikkelissa tutkijat määrittivät kokeellisesti vesipisaroiden kimpoamiseen tarvittavat törmäysolosuhteet superhydrofobisella pinnalla. Tutkimuksessa pintana käytettiin hopealla pinnoitettua kuparia, joka käsiteltiin kemiallisesti fluoriyhdisteellä. Näin pinnasta saadaan niin vettä hylkivä, että vesipisara vierii pois, jos pintaa kallistetaan hieman.
Vesipisarat törmäävät toisiinsa superhydrofobisella pinnalla ja kimpoavat kuin biljardipallot.
Hyödyntämällä aikaisemman tutkimuksen yhteydessä kehitettyjä superhydrofobisia ratoja pisaroiden törmäysten suuntaamisessa tutkijat havaitsivat, että vesipisaroita voidaan käyttää aivan uudenlaisessa teknologiassa. He kutsuvat konseptiaan ”superhydrofobiseksi pisaralogiikaksi”.
Tutkijat käyttivät hyväkseen pisaroiden törmäyksiä, ja rakensivat laitteen joka toimii yhden bitin muistina. Tämän lisäksi he esittelivät laitteen, jolla voidaan suorittaa Boolen logiikan alkeisoperaatioita. Nämä yksinkertaiset laitteet ovat tietokoneen rakennuspalikoita, ja niitä yhdistelemällä voidaan suorittaa laskutoimituksia. (Video 1)
Tutkijat havaitsivat myös, että lisäämällä vesipisaroihin kemikaaleja voitiin pisaroiden törmäysten avulla kontrolloida kemiallisia reaktioita. Yhdistämällä keskenään logiikkaoperaatiot ja kemialliset reaktiot pisaroiden välillä voidaan saada aikaan ohjelmoitavia kemiallisia reaktioita, joissa minikokoisena reaktorina toimivat yksittäiset pisarat. (Video 2)
− On kiehtovaa havaita uusi fysikaalinen ilmiö, joka liittyy hyvin arkipäiväiseen asiaan − vesipisaroihin, toteaa Robin Ras, akatemiatutkija Molekyylimateriaalien tutkimusryhmästä.
− Yllätyin siitä, että tällaista kahden toisiinsa törmäävän vesipisaran kimpoamista ei ollut aikaisemmin raportoitu, sillä ilmiön aikaansaamiseksi ei tarvita erityisiä laitteita. Tein osan ensimmäisistä törmäyskokeista kasvien lehdillä, selittää tutkimusryhmän jäsen Henrikki Mertaniemi. Hän teki ensimmäiset havainnot pisaroiden kimpoamisesta pari vuotta sitten ollessaan kesätyössä tutkimusapulaisena Rasin ja akatemiaprofessori Olli Ikkalan tutkimusryhmässä.
Nyt saatujen tulosten perusteella tutkijat uskovat, että superhydrofobiseen pisaralogiikkaan perustuvien laitteiden valmistus on mahdollista. Nämä laitteet saattavat olla vaikkapa ilman sähköä toimivia yksinkertaisia logiikkapiirejä tai laitteita, joilla tehdään automatisoitua biokemiallista analyysiä.
Lisää aiheeseen liittyviä videoita (youtube.com).
Julkaisu:
Mertaniemi H., Forchheimer R., Ikkala O., and Ras R.H.A., Rebounding droplet-droplet collisions on superhydrophobic surfaces: from the phenomenon to droplet logic, Advanced Materials (2012). http://dx.doi.org/10.1002/adma.201202980
Lisätietoja:
Dr. Robin Ras
Puh. 050 432 6633
robin.ras [at] aalto [dot] fi
http://people.aalto.fi/robin_ras
Aalto-yliopisto
Perustieteiden korkeakoulu
