Che cos'è Claytronics?
Claytronics è un sistema progettato per implementare il concetto di materia programmabile, cioè materiale che può essere manipolato elettronicamente in tre dimensioni nello stesso modo in cui le immagini bidimensionali possono essere manipolate attraverso la computer grafica. Tali materiali sarebbero composti da "catomi" - atomi di claytronics - che, in analogia con gli atomi reali, sarebbero le unità indivisibili più piccole della materia programmabile. Ogni catom sarebbe in grado di ricevere istruzioni elettroniche, elaborare informazioni e comunicare con e aderire ad altri catom. Gruppi di catomi sarebbero in grado di muoversi, ma senza i singoli catomi avere parti mobili. L'obiettivo è quello di utilizzare un numero molto grande di catomi estremamente piccoli nella robotica su nanoscala, consentendo un'ampia gamma di applicazioni.
L'unità base di Claytronics, il catom, è costituita da una struttura autonoma che ha un ricevitore o un'antenna, un'unità centrale di elaborazione (CPU), un alimentatore, uno o più sensori, un display video e mezzi per aderire a, e in movimento rispetto ad altri catomi. Ad esempio, l'adesione potrebbe essere ottenuta mediante magnetismo o forze elettrostatiche. A partire dal 2011, sono state condotte prove di successo con catomi su larga scala che possono spostarsi l'uno rispetto all'altro in due dimensioni usando elettromagneti che possono essere accesi e spenti secondo necessità. Si prevede che i catomi saranno prodotti in serie su scala sub-millimetrica e persino nanometrica, consentendo di manipolare raccolte di milioni di catomi.
In Claytronics, le raccolte di catomi sono denominate "ensemble". Ogni catom all'interno di un ensemble è in grado di determinare la sua posizione e, combinando queste informazioni con un obiettivo generale prescritto per l'insieme nel suo insieme, può decidere se legarsi con i catoms vicini o se muoversi rispetto a loro. Ad esempio, un ensemble potrebbe avere l'obiettivo di riprodurre un oggetto tridimensionale. Inizialmente, i singoli catomi possono spostarsi in modo casuale, ma quando usano le informazioni che sono state fornite sull'oggetto da riprodurre in combinazione con le informazioni sui loro stati e posizioni dalla loro memoria interna e dai sensori, l'oggetto prende forma attraverso la loro cooperativa azione.
L'organizzazione del comportamento di milioni di unità autonome richiede lo sviluppo di nuovi linguaggi di programmazione molto diversi da quelli utilizzati per le applicazioni convenzionali. Ad esempio, non sarebbe possibile identificare in modo univoco ciascuna unità: sarebbero "anonimi" e quindi un "programma" non consisterebbe in serie di istruzioni specifiche inviate a unità specifiche. Invece, sarebbe stato specificato un obiettivo e le unità essenzialmente autonome avrebbero dovuto organizzarsi seguendo semplici regole. A tale scopo sono stati sviluppati due linguaggi di programmazione, Meld e Predicate distribuiti localmente (LDP).
Una probabile applicazione per Claytronics è un fax 3D che consentirebbe la riproduzione di oggetti tridimensionali dalle informazioni trasmesse. Sebbene sia stata suggerita una serie di altre opzioni per raggiungere questo obiettivo, è probabile che la tecnologia Claytronics si tradurrebbe in una riproduzione molto più rapida. L'oggetto da riprodurre potrebbe semplicemente essere sepolto sotto uno strato di catomi che otterrebbe e trasmettere informazioni sulle dimensioni dell'oggetto a un insieme ricevente di catomi che poi si organizzerebbero per creare una riproduzione accurata. Un'altra possibilità è "pario", un passo avanti rispetto al video che consente la manipolazione di oggetti tridimensionali in movimento, con molti usi possibili nella ricerca, modellazione, design e istruzione, nonché intrattenimento.