Claytronics è un sistema progettato per implementare il concetto di materia programmabile, cioè materiale che può essere manipolato elettronicamente in tre dimensioni allo stesso modo in cui le immagini bidimensionali possono essere manipolate attraverso la computer grafica. Tali materiali sarebbero composti da “catomi” – atomi argillosi – che, in analogia con gli atomi reali, sarebbero le più piccole unità indivisibili della materia programmabile. Ogni catom sarebbe in grado di ricevere istruzioni elettroniche, elaborare informazioni e comunicare e aderire ad altri catom. Gruppi di catomi sarebbero in grado di muoversi, ma senza che i singoli catomi abbiano parti mobili. L’obiettivo è quello di utilizzare un numero molto elevato di catomi estremamente piccoli nella robotica su nanoscala, consentendo un’ampia gamma di applicazioni.
L’unità di base dell’argilla elettronica, il catom, consiste in una struttura autonoma che ha un ricevitore o un’antenna, un’unità di elaborazione centrale (CPU), un alimentatore, uno o più sensori, un display video e mezzi di adesione, 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 eseguite prove di successo con catomi su scala relativamente grande che possono muoversi l’uno rispetto all’altro in due dimensioni utilizzando elettromagneti che possono essere attivati e disattivati secondo necessità. Si prevede che i catomi saranno prodotti in serie su scala submillimetrica e persino nanometrica, consentendo la manipolazione di raccolte di milioni di catomi.
In argillatronica, le raccolte di catomi sono chiamate “ensemble”. Ogni catom all’interno di un insieme 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 catom vicini o se muoversi rispetto ad essi. Ad esempio, un insieme potrebbe avere l’obiettivo di riprodurre un oggetto tridimensionale. Inizialmente, i singoli catomi possono muoversi casualmente, ma poiché utilizzano 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 cooperazione azione.
Organizzare il 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 “anonime” e quindi un “programma” non sarebbe costituito da insiemi di istruzioni specifiche inviate a unità specifiche. Invece, verrebbe specificato un obiettivo e le unità essenzialmente autonome sarebbero lasciate ad organizzarsi seguendo semplici regole. A questo scopo sono stati sviluppati due linguaggi di programmazione, Meld e Locally Distributed Predicates (LDP).
Una probabile applicazione per Claytronics è un fax 3D che consentirebbe la riproduzione di oggetti tridimensionali dalle informazioni trasmesse. Sebbene siano state suggerite una serie di altre opzioni per raggiungere questo obiettivo, è probabile che la tecnologia Claytronics si traduca in una riproduzione molto più rapida. L’oggetto da riprodurre potrebbe semplicemente essere sepolto sotto uno strato di catomi che otterrebbero e trasmetterebbero informazioni sulle dimensioni dell’oggetto a un insieme ricevente di catomi che si organizzerebbero poi 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 possibili usi nella ricerca, nella modellazione, nel design e nell’istruzione, oltre che nell’intrattenimento.