Vad är Claytronics?

Claytronics är ett system utformat för att implementera konceptet för programmerbar materia, det vill säga material som kan manipuleras elektroniskt i tre dimensioner på samma sätt som tvådimensionella bilder kan manipuleras genom datorgrafik. Sådana material skulle vara sammansatta av "katomer" - lera tronikatomer - som, i analogi med faktiska atomer, skulle vara de minsta odelbara enheterna i det programmerbara materialet. Varje katom skulle kunna ta emot elektroniska instruktioner, bearbeta information och kommunicera med och följa andra katom. Grupper av katomer skulle kunna röra sig, men utan att de enskilda katterna har rörliga delar. Målet är att mycket stort antal extremt små katomer ska användas inom nanoskala-robotik, vilket möjliggör ett brett spektrum av tillämpningar.

Basenheten för lera-elektronik, catom, består av en fristående struktur som har en mottagare eller antenn, en central behandlingsenhet (CPU), en strömförsörjning, en eller flera sensorer, en videodisplay och medel för att fästa vid, och rör sig relativt andra katom. Vidhäftning kan till exempel uppnås genom magnetism eller elektrostatiska krafter. Från och med 2011 har framgångsrika försök genomförts med relativt storskaliga katom som kan röra sig relativt varandra i två dimensioner med hjälp av elektromagneter som kan slås på och av efter behov. Det förväntas att katomer kommer att massaproduceras i undermillimeter och till och med nanometerskala, vilket gör att man kan manipulera samlingar av miljoner katom.

I lertronik kallas katomsamlingar som "ensembler." Varje katom i en ensemble kan bestämma sin plats och genom att kombinera denna information med ett övergripande mål som föreskrivs för ensemblen i sin helhet kan man bestämma sig för att binda sig till angränsande katom, eller om man ska flytta relativt dem. Till exempel kan en ensemble ges målet att reproducera ett tredimensionellt objekt. Ursprungligen kan de enskilda katterna röra sig slumpmässigt, men när de använder den information de har fått om objektet som ska reproduceras i kombination med information om deras tillstånd och platser från deras interna minne och sensorer, tar objektet form genom deras kooperativ verkan.

Att organisera beteendet hos miljoner självständiga enheter kräver utveckling av nya programmeringsspråk som är mycket annorlunda än de som används för konventionella applikationer. Till exempel skulle det inte vara möjligt att identifiera varje enhet på ett unikt sätt - de skulle vara "anonym" och så skulle ett "program" inte bestå av uppsättningar av specifika instruktioner som skickas till specifika enheter. I stället skulle ett mål anges och de väsentligen autonoma enheterna ska organisera sig genom att följa enkla regler. Två programmeringsspråk, Meld och lokalt distribuerade predikat (LDP), har utvecklats för detta ändamål.

En trolig applikation för lera-elektronik är en 3-D faxmaskin som skulle möjliggöra reproduktion av tredimensionella objekt från överförd information. Även om ett antal andra alternativ har föreslagits för att uppnå detta, är det troligt att lera-teknik skulle resultera i mycket snabbare reproduktion. Det objekt som ska reproduceras kan helt enkelt begravas under ett lager av katom som skulle få och överföra information om objektets dimensioner till en mottagande ensemble av katom som sedan skulle organisera sig för att skapa en exakt reproduktion. En annan möjlighet är "pario", ett steg framåt från video som möjliggör manipulation av rörliga tredimensionella objekt, med många möjliga användningar inom forskning, modellering, design och utbildning samt underhållning.