INTEL RESEARCH DAYS Att animera lerfigurerna Wallace & Gromit i realtid kan en vacker dag bli fullt möjligt, med hjälp av Intels programmerbara material ”claytronics”.

Claytronics är ett material med samma egenskaper som Barbapapa: det kan fritt ändra form.

Föreställ dig följande scen. På ett bord ligger en handfull kulor. Plötsligt rullar de samman, klättrar upp på varandra och formar en liten skulptur.

Kulorna är ytbelagda med magneter. Genom att polarisera dem synkroniserat kan kulorna klänga vid, och rotera runt varandra.

Föreställ dig sedan tio miljoner millimeterstora kulor som formar sig till det talande huvudet på personen du videokonfererar med.

Om du associerar till robotskurken i filmen Terminator 2, eller till den tecknade serien Barbapapa, är du på rätt spår.

Tekniken kallas claytronics. Magnetkulan kallas catom (claytronic atom).

Claytronics är elektronisk modellera, en sorts fysisk motsvarighet till en bildskärm. En  av de idéer som inspirerade till projektet, var att kunna fysiskt animera lerfigurerna Wallace and Gromit i realtid.

”Syntetisk verklighet”, ”materiaprojektor” och ”programmerbar materia” har det också kallats.

Projektet i sig heter Dynamic Physical Rendering (DPR) och är ett samarbete mellan Intel och CMU (Carnegie Mellonuniversitetet) med extra finansiering från National Science Foundation (NSF) och Defense Advanced Research Projects Agency (Darpa).

Idén föddes år 2002 och engagerar idag 30 forskare.

Hittills bara två ”kugghjul”

De två catomer Intel hittills byggt, är blygsamma i jämförelse med visionerna. På ett bord ligger två hjul med en diameter på 44 mm. Med hjälp av 24 elektromagneter runt periferin snurrar de runt varandra som kugghjul. Strömförsörjningen kommer via sladd.

Men de saknar i alla fall rörliga delar, vilket är en viktig poäng. Det är därför man tror att massproduktion med halvledarprocessliknande metoder en dag ska kunna bli möjlig. Projektet har idag en teknik som fläker upp en substratyta till små bollar. Ett skikt magneter borde kunna adderas på liknande sätt, tror forskarna.

Den dag catomerna blir under ett par millimeter i diameter, kräver fysikens lagar att magneterna byts mot kondensatorer. Elektrostatiska krafter är nämligen bättre på att hålla fast och att släppa taget i denna skala. Forskarna har ett elektrostatiskt förslag färdigt, modellerat efter geckoödlans fötter: en behåring bestående av strömledande nanofiber.

Programmering en stor utmaning

Vad gäller strömförsörjning är idén att koppla upp en av catomerna och distribuera spänningen via ett seriekopplat nät.

Andra utmaningar är att ge catomerna lysdioder för färg. Och sensorer. Och kommunkationsgränssnitt.

Och så är det förstås programmeringen, att få en miljard små maskiner att samarbeta. Varje catom förhandlar lokalt med sina anslutna grannar för att koordinera klängandet, och agerar dessutom globalt som ett litet kugghjul i helheten.

Det krävs lokal och global kommunikation, där vilken catom som är mottagare av ett meddelande kanske snarare bestäms av dess roll i helheten än av dess serienummer. Systemet som helhet måste dessutom kunna ersätta fallerande catomer.

En fördel är att programmerarna kan börja jobba med sina simuleringar redan idag. En annan fördel är att algoritmerna kan hitta tillämpningar även utanför DPR-projektet. Kommande multiprocessorer med tusentals, miljoner, miljarder CPU:er kanske har nytta av claytronicsliknande strategier för att distribuera sina beräkningar.

Forskarna är skönt befriade från hämningar när det gäller att fantisera kring tillämpningar av claytronics: äkta 3D-TV; kirurger som kliver in och skär i gigantiska modeller av det pulserande hjärta de opererar; eller tvärtom: teleoperationer där en kirurg styr en lerkopia av sig själv.

Virtuell golflärare

Notera den viktiga skillnaden mellan claytronics och rent visuell 3D: du kan ta på claytronics och den kan ta på dig. En golflärare-on-demand som växer upp ur vardagsrumsgolvet, kan hålla i dig och visa den rätta svingen.

Tillämpningar med myriader av catomer projiceras en generation framåt i tiden. Men man kan kanske göra spännande saker också med bara en handfull catomer. Vad sägs om en fysiskt rekonfigurerbar radioantenn till multibandmobilen, till exempel?

Målet på kort sikt är att producera byggsatser på kanske hundra hjulcatomer som forskare ska kunna beställa hem och experimentera med.

Om fem år hoppas forskarna kunna leverera motsvarande byggsatser med klotformade catomer.