Was ist Claytronics?
Claytronics ist ein System zur Umsetzung des Konzepts der programmierbaren Materie, dh des Materials, das elektronisch in drei Dimensionen so manipuliert werden kann, wie zweidimensionale Bilder durch Computergrafiken manipuliert werden können. Solche Materialien bestünden aus „Katomen“ - Tonatomen -, die in Analogie zu tatsächlichen Atomen die kleinsten unteilbaren Einheiten der programmierbaren Materie wären. Jedes Catom kann elektronische Anweisungen empfangen, Informationen verarbeiten und mit anderen Catoms kommunizieren und diese einhalten. Gruppen von Katomen wären beweglich, ohne dass die einzelnen Katome bewegliche Teile hätten. Ziel ist es, in der nanoskaligen Robotik eine sehr große Anzahl von extrem kleinen Katomen einzusetzen, die ein breites Anwendungsspektrum ermöglichen.
Die Grundeinheit der Tontronik, das Catom, besteht aus einer in sich geschlossenen Struktur, die einen Empfänger oder eine Antenne, eine Zentraleinheit (CPU), ein Netzteil, einen oder mehrere Sensoren, eine Videoanzeige und Mittel zum Anbringen von und aufweist sich relativ zu anderen Katomen bewegen. Die Haftung könnte beispielsweise durch Magnetismus oder elektrostatische Kräfte erreicht werden. Ab 2011 wurden erfolgreiche Versuche mit relativ großen Katomen durchgeführt, die sich mit Elektromagneten, die nach Bedarf ein- und ausgeschaltet werden können, in zwei Dimensionen relativ zueinander bewegen können. Es wird erwartet, dass Katome im Submillimeter- und sogar Nanometer-Maßstab in Serie hergestellt werden, sodass Sammlungen von Millionen von Katomen manipuliert werden können.
In der Tontronik werden Sammlungen von Katomen als "Ensembles" bezeichnet. Jedes Katom innerhalb eines Ensembles kann seinen Standort bestimmen und zusammen mit einem für das gesamte Ensemble festgelegten Gesamtziel entscheiden, ob es sich mit benachbarten Katoms verbindet oder sich relativ zu diesen bewegt. Zum Beispiel könnte einem Ensemble das Ziel gegeben werden, ein dreidimensionales Objekt zu reproduzieren. Anfänglich können sich die einzelnen Katome zufällig bewegen, aber da sie die Informationen, die sie über das zu reproduzierende Objekt erhalten haben, in Kombination mit Informationen über ihre Zustände und Positionen aus ihrem internen Speicher und ihren Sensoren verwenden, nimmt das Objekt durch ihre Kooperation Gestalt an Aktion.
Um das Verhalten von Millionen von in sich geschlossenen Einheiten zu organisieren, müssen neue Programmiersprachen entwickelt werden, die sich von denen für herkömmliche Anwendungen stark unterscheiden. Beispielsweise wäre es nicht möglich, jede Einheit eindeutig zu identifizieren - sie wären "anonym", und ein "Programm" würde daher nicht aus Sätzen spezifischer Anweisungen bestehen, die an bestimmte Einheiten gesendet werden. Stattdessen wird ein Ziel festgelegt und die im Wesentlichen autonomen Einheiten können sich nach einfachen Regeln organisieren. Zu diesem Zweck wurden zwei Programmiersprachen entwickelt, Meld und Local Distributed Predicates (LDP).
Eine wahrscheinliche Anwendung für Claytronics ist ein 3-D-Faxgerät, mit dem dreidimensionale Objekte aus übertragenen Informationen reproduziert werden können. Obwohl eine Reihe anderer Optionen vorgeschlagen wurden, um dies zu erreichen, ist es wahrscheinlich, dass die Claytronics-Technologie zu einer viel schnelleren Reproduktion führt. Das zu reproduzierende Objekt könnte einfach unter einer Schicht von Katomen vergraben werden, die Informationen über die Abmessungen des Objekts erhalten und an ein empfangendes Ensemble von Katomen senden würde, die sich dann organisieren würden, um eine genaue Reproduktion zu erzeugen. Eine andere Möglichkeit ist "pario", ein Schritt vorwärts vom Video, der die Manipulation von sich bewegenden dreidimensionalen Objekten ermöglicht, mit vielen Verwendungsmöglichkeiten für Forschung, Modellierung, Design und Bildung sowie Unterhaltung.