Hvad er Claytronics?

Claytronics er et system designet til at implementere begrebet programmerbar materie, det vil sige materiale, der kan manipuleres elektronisk i tre dimensioner på samme måde som todimensionelle billeder kan manipuleres gennem computergrafik. Sådanne materialer ville være sammensat af "katomer" - lertronikatomer - som i analogi med faktiske atomer ville være de mindste udelelige enheder i det programmerbare stof. Hver katom ville være i stand til at modtage elektroniske instruktioner, behandle information og kommunikere med og overholde andre katomer. Grupper af katomer ville være i stand til at bevæge sig, men uden at de enkelte katomer har bevægelige dele. Målet er, at meget stort antal ekstremt små katomener skal bruges i nanoskala-robotik, hvilket tillader en lang række anvendelser.

Den basale enhed i lertronik, catom, består af en selvstændig struktur, der har en modtager eller antenne, en central behandlingsenhed (CPU), en strømforsyning, en eller flere sensorer, en videodisplay og midler til at klæbe til og bevæger sig i forhold til andre katomer. Vedhæftning kunne for eksempel opnås ved hjælp af magnetisme eller elektrostatiske kræfter. Fra 2011 er der gennemført vellykkede forsøg med relativt store skalaer, der kan bevæge sig i forhold til hinanden i to dimensioner ved hjælp af elektromagneter, der kan tændes og slukkes efter behov. Det forventes, at katomer vil blive masseproduceret i sub-millimeter og endda nanometer skala, så samling af millioner af katomer kan manipuleres.

I lertronik benævnes samlinger af katomer som "ensembler". Hver katom i et ensemble er i stand til at bestemme dens placering, og ved at kombinere denne information med et samlet overordnet mål, der er foreskrevet for ensemblet som helhed, kan de beslutte, om de skal binde til nabokatomer, eller om de skal flytte i forhold til dem. For eksempel kan et ensemble have målsætningen om at gengive et tredimensionelt objekt. Til at begynde med bevæger de enkelte katomer sig tilfældigt rundt, men når de bruger den information, de er blevet givet om objektet, der skal gengives i kombination med information om deres tilstande og placeringer fra deres interne hukommelse og sensorer, tager objektet form gennem deres kooperativ handling.

Organisering af adfærden hos millioner af selvforsynede enheder kræver udvikling af nye programmeringssprog meget forskellige fra dem, der bruges til konventionelle applikationer. For eksempel ville det ikke være muligt at identificere hver enhed entydigt - de ville være ”anonym”, og så et ”program” vil ikke bestå af sæt specifikke instruktioner, der sendes til specifikke enheder. I stedet ville et mål blive specificeret, og de i det væsentlige autonome enheder overlades til at organisere sig ved at følge enkle regler. To programmeringssprog, Meld og Lokalt Distribuerede Predikater (LDP), er udviklet til dette formål.

En sandsynlig anvendelse til lertronik er en 3-D faxmaskine, der ville muliggøre gengivelse af tredimensionelle objekter fra transmitteret information. Selvom en række andre muligheder er blevet foreslået for at opnå dette, er det sandsynligt, at lertronik-teknologi ville resultere i langt hurtigere reproduktion. Objektet, der skal gengives, kunne simpelthen begraves under et lag af katomer, der ville få og overføre information om objektets dimensioner til et modtagende ensemble af katomer, som derefter ville organisere sig for at skabe en nøjagtig gengivelse. En anden mulighed er "pario", et skridt fremad fra video, der tillader manipulation af bevægelige tredimensionelle objekter, med mange mulige anvendelser inden for forskning, modellering, design og uddannelse såvel som underholdning.