Wat is Claytronics?
Claytronics is een systeem dat is ontworpen om het concept van programmeerbare materie te implementeren, dat wil zeggen materiaal dat elektronisch in drie dimensies kan worden gemanipuleerd op dezelfde manier als tweedimensionale afbeeldingen kunnen worden gemanipuleerd via computergraphics. Zulke materialen zouden bestaan uit "catoms" - klei-tronische atomen - die, in analogie met de werkelijke atomen, de kleinste ondeelbare eenheden van de programmeerbare materie zouden zijn. Elke catom zou in staat zijn om elektronische instructies te ontvangen, informatie te verwerken en te communiceren met en zich te houden aan andere catoms. Groepen katten zouden kunnen bewegen, maar zonder dat de individuele katten enige bewegende delen hebben. Het doel is dat zeer grote aantallen extreem kleine catoms worden gebruikt in robotica op nanoschaal, waardoor een breed scala aan toepassingen mogelijk is.
De basiseenheid van claytronics, de catom, bestaat uit een zelfstandige structuur met een ontvanger of antenne, een centrale verwerkingseenheid (CPU), een voeding, een of meer sensoren, een videoweergave en middelen om aan te hangen, en beweegt ten opzichte van, andere catoms. Hechting kan bijvoorbeeld worden bereikt door magnetisme of elektrostatische krachten. Vanaf 2011 zijn succesvolle proeven uitgevoerd met relatief grootschalige catomen die zich in twee dimensies ten opzichte van elkaar kunnen verplaatsen met behulp van elektromagneten die naar behoefte kunnen worden in- en uitgeschakeld. Verwacht wordt dat catoms in massa worden geproduceerd op de sub-millimeter en zelfs nanometerschaal, waardoor collecties van miljoenen catoms kunnen worden gemanipuleerd.
In claytronics worden verzamelingen catoms "ensembles" genoemd. Elke catom in een ensemble is in staat om zijn locatie te bepalen en, door deze informatie te combineren met een algemeen doel dat voor het ensemble als geheel is voorgeschreven, kan beslissen of hij zich verbindt met naburige catoms, of dat hij zich ten opzichte van hen verplaatst. Een ensemble kan bijvoorbeeld het doel krijgen om een driedimensionaal object te reproduceren. Aanvankelijk kunnen de individuele katten willekeurig bewegen, maar omdat ze de informatie gebruiken die ze hebben gekregen over het te reproduceren object in combinatie met informatie over hun status en locaties uit hun interne geheugen en sensoren, krijgt het object vorm via hun coöperatie actie.
Het organiseren van het gedrag van miljoenen zelfstandige eenheden vereist de ontwikkeling van nieuwe programmeertalen die heel anders zijn dan die voor conventionele toepassingen. Het zou bijvoorbeeld niet mogelijk zijn om elke eenheid op unieke wijze te identificeren - ze zouden "anoniem" zijn en dus zou een "programma" niet bestaan uit sets van specifieke instructies die naar specifieke eenheden worden gestuurd. In plaats daarvan zou een doel worden gespecificeerd en zouden de in wezen autonome eenheden zichzelf kunnen organiseren door eenvoudige regels te volgen. Hiervoor zijn twee programmeertalen, Meld en Lokaal Gedistribueerde Predicaten (LDP) ontwikkeld.
Een waarschijnlijke toepassing voor claytronics is een 3D-faxapparaat dat de reproductie van driedimensionale objecten van verzonden informatie mogelijk zou maken. Hoewel een aantal andere opties zijn voorgesteld om dit te bereiken, is het waarschijnlijk dat de technologie van claytronics zou resulteren in een veel snellere reproductie. Het te reproduceren object kan eenvoudig worden begraven onder een laag catoms die informatie over de afmetingen van het object zou verkrijgen en doorgeven aan een ontvangend ensemble van catoms dat zich vervolgens zou organiseren om een nauwkeurige reproductie te creëren. Een andere mogelijkheid is 'pario', een stap vooruit van video waarmee bewegende driedimensionale objecten kunnen worden gemanipuleerd, met veel mogelijke toepassingen in onderzoek, modellering, ontwerp en onderwijs, evenals entertainment.