Fig. 1: Imagen representacional de materia programable
A medida que la informática se vuelve más barata y rápida, las máquinas se vuelven más rápidas e inteligentes. En el siglo anterior, las computadoras sólo eran accesibles a una pequeña fracción de la sociedad, como las grandes empresas o las instituciones educativas, y sólo podían ser manejadas por expertos, pero a medida que avanzaba el tiempo, también avanzaba la tecnología. Las computadoras actuales son tan baratas como el alquiler mensual promedio y pueden ser utilizadas incluso por un niño de 5 años. Cuando están disponibles para una porción tan grande de la población, más personas encuentran mejores formas de integrar la informática con otros sectores para establecer un sistema global más eficiente. Una de las industrias que se vio afectada por esto es la Industria Manufacturera, que pasó a fabricar piezas para uso personal. La “fabricación personal” cobró impulso con la invención de las impresoras 3D, donde puede diseñar sus propias piezas en software CAD (diseño asistido por computadora) y luego crear una réplica física de su modelo utilizando herramientas guiadas por computadora. Las impresoras 3D personales se están volviendo muy populares hoy en día, lo que las convierte en algo común en las instituciones educativas. ¿Pero esto se detiene aquí? Si no, ¿qué más podemos hacer para avanzar en esta tecnología?
Como hacemos a menudo, buscamos una respuesta en la naturaleza. Los datos genéticos presentes en cada célula viva proporcionan a la célula toda la información necesaria para formar un organismo vivo completo al formar partes completamente diferentes utilizando bloques de construcción similares. ¿Qué pasaría si las moléculas de la materia pudieran programarse de manera similar para cambiar sus propiedades según lo que se requiera de ellas? Como propiedades ópticas, densidad, elasticidad, estructura cristalina, etc. ¿Qué pasaría si las moléculas individuales pudieran construirse a sí mismas utilizando la información que se les proporciona? Materia que se puede construir, sanar y cambiar cuando sea necesario. Esto es lo que intenta conseguir el concepto de “Materia Programable”.
Fig. 2: Imagen simbólica que muestra el concepto de materia programable
Materia Programable – Introducción
La materia programable es una forma de materia digital o "materia inteligente" que tiene la capacidad de realizar funciones como detección, computación y actuación, lo que le permite cambiar la dinámica de sus propiedades. Un bloque de materia programable contendría miles de pequeños microrobots que interactuarían entre sí para funcionar como una entidad unitaria. Imagine toda la caja de herramientas de un mecánico integrada en un solo dispositivo, una llave que puede transformarse en un destornillador y luego en unos alicates, todo ello sin dejar de estar en la mano del mecánico. Las capacidades que este concepto podría lograr son ilimitadas y podrían ayudar a alcanzar una etapa de madurez en esta era de semiconductores en la que vivimos hoy. La materia programable no necesariamente tiene que estar en estado sólido, incluso puede ser un líquido que pueda responder al código, como fluidos ferromagnéticos no newtonianos o incluso materia sólida programable mezclada en fluidos viscosos para ser utilizada como spray en una mezcla inteligente.
El abordaje de este problema se puede abordar en dos direcciones:
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Los estímulos necesarios para provocar un cambio en la materia pueden provenir de una fuente externa, es decir, mediante la aplicación de calor, presión, voltaje, luz, campos eléctricos o magnéticos; se puede manipular la relación que tiene el cambio con los estímulos con la propiedad de interés.
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La segunda forma es programar unidades individuales (estímulos internos) con capacidad computacional para que puedan calcular su propio cambio e implementarlo ellos mismos. El comando se puede introducir previamente en ellos o recibir el comando dinámicamente del usuario o del entorno. Un buen ejemplo de este enfoque es "Claytronics".
Figura 3: Fotos que muestran la programación plegable de DARPA Origami
En materia programable, el tamaño es un factor importante que juega un papel en la determinación de la resolución tridimensional del objeto. Una unidad básica de materia programable.
debe contar con fuente de energía, capacidad de procesamiento, módulos de comunicación, detección y actuación, etc. Todo este ajuste en un objeto pequeño depende del tamaño de los elementos individuales y, por lo tanto, se diferencian desde la escala de centímetros hasta la escala de micrómetros y nanómetros. La escala nanométrica está muy por delante del concepto de puntos cuánticos, que son átomos artificiales que pueden confinar carga eléctrica en las tres dimensiones. La escala micrométrica implica el uso de unidades basadas en MEMS, que son pequeños robots construidos con nanodispositivos.
Claytronics
Claytronics
Claytronics, una combinación de nanorobótica e informática, combina todo esto en pequeños robots de escala nanométrica (10 -9 m) que pueden interactuar entre sí para formar objetos físicos según lo requiera el usuario. Cada nanorobot individual se comporta como un átomo o un componente básico del objeto y, por lo tanto, se les llama átomos claytrónicos o "catomios". Cada Catom es parte de una gran red informática que se comunica con otros catoms y se identifica en función de su función asignada. Con la ayuda de los átomos, la materia puede adoptar cualquier forma imaginable. El anillo de tu dedo puede convertirse en un abridor de botellas y una espátula en la cocina puede convertirse en un cuchillo. Si Claytronics se implementa a través de materia biológica, podrás incluso transformar tus alimentos en lo que quieras. Claytronics es un tema de investigación actual, gran parte de la cual se está realizando en la Universidad Carnegie Melon, los Laboratorios de Investigación Intel y DARPA (Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa), que esperan hacer realidad este concepto en las próximas décadas. DARPA, sin embargo, está tratando de desarrollar claytronics con fines de defensa y combate, el más popular de los cuales es el diseño de robots que cambian de forma y que pueden fluir como mercurio a través de las aberturas más pequeñas (muy parecido a los malvados robots T-1000 de la licuefacción Terminator – 2). .
Hay muchas complejidades involucradas en el uso de claytronics. La implementación de software compleja es una de ellas. Para dar instrucciones a los Catoms, primero debemos crear la lógica de comando y la lógica para crear un objeto 3D a partir de millones de elementos idénticos no es tan simple. Uno de los problemas es que los átomos identifican su función individual. Tomando un martillo, por ejemplo, cómo los gatos decidirán cuáles forman la cabeza y cuáles el mango. Esto constituye una complicación de la asignación de funciones y será necesario tener en cuenta las ubicaciones espaciales de todos los átomos, la orientación del producto final y los caminos involucrados (para evitar interferencias de caminos). La investigación actual se centra en el concepto de Robótica Modular Reconfigurable (MRR) combinado con una programación compleja de alto nivel llamada "Predicados Localmente Distribuidos". En 2005, los investigadores desarrollaron átomos cilíndricos de 44 mm de diámetro que se unirían entre sí mediante la atracción de electroimanes. Pero, con la contracción de la corriente electrónica, es posible fabricar átomos cilíndricos de 1 mm de diámetro producidos por el proceso de fotolitografía y controlados por atracción y repulsión electromagnética. Los electroimanes se colocan a lo largo de la circunferencia del cilindro (24 en total). Investigadores de la Universidad Carnegie Melon han desarrollado varios prototipos de átomos de diferentes formas, cubos, cilindros, esferas, globos, etc.
Fig. 4: Un ejemplo de materia programable
Figura 5: Imágenes que muestran unidades MEMS de Clatom
Aspectos destacados de la aplicación: fax 3D, interfaz de vídeo
Intentemos imaginarlos a través de ejemplos. Supongamos que su empresa, ubicada en la India, ha creado un nuevo diseño para una válvula de inyección de combustible y quiere presentárselo a su cliente, una empresa de automóviles en Japón. La forma convencional sería enviarle por correo los borradores del diseño y el modelo CAD. que nuevamente tendrían que analizar y recrear en su entorno. Pero con el fax 3D, se podría colocar el modelo 3D del producto en una masa fangosa de Catoms en la India, que escanearía la información espacial del objeto y la comunicaría a la máquina de fax en Japón. La máquina en Japón recrearía el objeto 3D usando. la integración de átomos en el extremo receptor formando una réplica física exacta del modelo.
Ahora imagina, en lugar de un objeto inanimado, imagina que tus propios movimientos son escaneados por diferentes sensores y los datos se comunican al receptor. Los catoms crearían una réplica de tu cuerpo y seguirían tus movimientos en vivo para imitar la réplica de Claytronic. Esto le da una dimensión completamente nueva al chat de video. Los soldados estacionados en estaciones distantes ahora pueden presenciar a sus bebés recién nacidos que de otro modo extrañarían, o los maestros en las ciudades reciben clases para los menos privilegiados en las zonas rurales (si es que las zonas rurales todavía existen en ese momento) o dan vida a los videojuegos.
Fig. 6: Implementación de materia programable en la aplicación de robots Swarm
Conclusión
La Materia Programable es un concepto lejano que hace una década era sólo un concepto de ciencia ficción. Ahora que la investigación está cerrando esta brecha, es importante comprender las implicaciones que tendrá en la sociedad. Será tan importante como la invención de la computadora o Internet. Viendo las similitudes que tienen, ambos encuentran aplicación en casi cualquier campo, ambos pueden programarse para sincronizarse con las necesidades específicas del usuario. Por tanto, podemos intuir el futuro de la materia programable comparándolo con el camino que ha tomado la informática. Aunque los avances se están produciendo a un ritmo rápido (de acuerdo con la Ley de Moore), llevará algún tiempo hasta que se convierta en una realidad comercial. Las computadoras también tardaron algunas décadas en pasar de ser equipos de laboratorio grandes y costosos a equipos domésticos indispensables.
Al igual que la informática, como las ventajas son numerosas, siempre existe una preocupación importante: ¡la seguridad! Hackear computadoras plantea grandes problemas, pero ¿qué pasa si se piratea un sistema catom? Su propia silla podría tenerlo como rehén. Esto planteará un problema, pero no de inmediato, y ese problema no ha detenido el crecimiento de la informática. A medida que esta tecnología crece, también lo hacen las medidas de seguridad que previenen la piratería informática. El siguiente problema que puede surgir es el desempleo, no por falta de cualificación, sino porque a la persona ya no le quedará nada que hacer.
Hemos estado en la Tierra durante una pequeña fracción de su existencia y ahora estamos a punto de crear una forma de vida digital. Realmente retrata la verdadera capacidad de lo que podemos lograr si sólo podemos imaginarlo. La madurez de la materia programable puede ocurrir o no dentro de nuestra generación, pero cuando surja, será para mejor e impulsará el desarrollo humano a una nueva dimensión.
Fig. 7: Imagen que muestra una pajita autoplegable