Claytronics es un sistema diseñado para implementar el concepto de materia programable, es decir, material que puede manipularse electrónicamente en tres dimensiones de la misma manera que las imágenes bidimensionales pueden manipularse mediante gráficos por computadora. Tales materiales estarían compuestos de «catoms» – átomos de claytronics – que, en analogía con los átomos reales, serían las unidades indivisibles más pequeñas de la materia programable. Cada catom sería capaz de recibir instrucciones electrónicas, procesar información y comunicarse y adherirse a otros catoms. Los grupos de catoms serían capaces de moverse, pero sin que los catoms individuales tuvieran partes móviles. El objetivo es utilizar un gran número de catoms extremadamente pequeños en robótica a nanoescala, lo que permite una amplia gama de aplicaciones.
La unidad básica de Claytronics, el catom, consiste en una estructura autónoma que tiene un receptor o antena, una unidad central de procesamiento (CPU), una fuente de alimentación, uno o más sensores, una pantalla de video y medios para adherirse, y moviéndose en relación con otros catoms. La adhesión podría lograrse mediante magnetismo o fuerzas electrostáticas, por ejemplo. A partir de 2011, se han llevado a cabo pruebas con éxito con catomos de escala relativamente grande que pueden moverse entre sí en dos dimensiones utilizando electroimanes que se pueden encender y apagar según sea necesario. Se prevé que los catoms se producirán en masa a escala submilimétrica e incluso nanométrica, lo que permitirá manipular colecciones de millones de catoms.
En Claytronics, las colecciones de catoms se denominan «conjuntos». Cada catom dentro de un conjunto es capaz de determinar su ubicación y, combinando esta información con algún objetivo general prescrito para el conjunto como un todo, puede decidir si vincularse con los catoms vecinos o si moverse en relación con ellos. Por ejemplo, a un conjunto se le puede dar el objetivo de reproducir un objeto tridimensional. Inicialmente, los catoms individuales pueden moverse aleatoriamente, pero a medida que usan la información que se les ha proporcionado sobre el objeto que se reproducirá en combinación con información sobre sus estados y ubicaciones de su memoria interna y sensores, el objeto toma forma a través de su cooperativa. acción.
Organizar el comportamiento de millones de unidades autónomas requiere el desarrollo de nuevos lenguajes de programación muy diferentes a los que se utilizan para las aplicaciones convencionales. Por ejemplo, no sería posible identificar de forma única cada unidad; serían «anónimos» y, por lo tanto, un «programa» no consistiría en conjuntos de instrucciones específicas enviadas a unidades específicas. En su lugar, se especificaría un objetivo y se dejaría que las unidades esencialmente autónomas se organizaran siguiendo reglas simples. Se han desarrollado dos lenguajes de programación, Meld y Predicados distribuidos localmente (LDP), para este propósito.
Una aplicación probable para Claytronics es una máquina de fax en 3D que permitiría la reproducción de objetos tridimensionales a partir de la información transmitida. Si bien se han sugerido varias otras opciones para lograr esto, es probable que la tecnología Claytronics resulte en una reproducción mucho más rápida. El objeto a reproducir podría simplemente ser enterrado bajo una capa de catoms que obtendría y transmitiría información sobre las dimensiones del objeto a un conjunto receptor de catoms que luego se organizarían para crear una reproducción precisa. Otra posibilidad es «pario», un paso adelante del video que permite la manipulación de objetos tridimensionales en movimiento, con muchos usos posibles en investigación, modelado, diseño y educación, así como en entretenimiento.