Claytronics एक अमूर्त भविष्य की अवधारणा है जो नैनोस्केल रोबोटिक्स और कंप्यूटर विज्ञान को जोड़ती है ताकि क्लेट्रोनिक परमाणु या कैटोम्स नामक व्यक्तिगत नैनोमीटर-स्केल कंप्यूटर तैयार किए जा सकें, जो एक दूसरे के साथ बातचीत कर सकते हैं ताकि मूर्त 3 ​​डी ऑब्जेक्ट्स बना सकें जो उपयोगकर्ता बातचीत कर सके। इस विचार को अधिक व्यापक रूप से प्रोग्राम करने योग्य पदार्थ के रूप में जाना जाता है। क्लेक्ट्रोनिक्स में दैनिक जीवन के कई क्षेत्रों, जैसे दूरसंचार, मानव-कंप्यूटर इंटरफेस और मनोरंजन को प्रभावित करने की क्षमता है।

लक्षण

smallness
क्लेक्ट्रोनिक्स का आकार लचीला मैक्रोबॉडी के संकल्प और विवरण को निर्धारित करता है। सबसे बड़ी संभव गतिशीलता के साथ निकटतम संभावित पैकिंग के लिए, एक कैटॉम जितना संभव हो उतना गोलाकार है।

गैर स्वायत्त गतिशीलता
एक Catom चलती भागों की मदद से नहीं चलता है, लेकिन, परमाणु की तरह, विद्युत चुम्बकीय या इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रक्रियाओं में अन्य catooms के साथ बंधन में प्रवेश करता है। claytronics पारस्परिक रूप से बातचीत के माध्यम से कदम। सबसे सरल मामले में, छोटे इलेक्ट्रोमैग्नेट्स को एक स्टेपर मोटर की तरह कैटॉम में एम्बेडेड किया जाता है।
चलती हिस्सों को खत्म करने से, क्लेक्ट्रोनिक्स पारंपरिक टैनोट्रोन की तुलना में थोक में उत्पादन करने के लिए अधिक टिकाऊ, कम महंगा और आसान है। इसके अलावा, वे संरेखित और अधिक कुशलतापूर्वक और जल्दी (उनके निर्दिष्ट आवास में) स्थानांतरित कर सकते हैं।

गैर स्वायत्त ऊर्जा आपूर्ति
एक कैटॉम इसके साथ अपनी ऊर्जा आपूर्ति इकाई नहीं लेता है, लेकिन दूसरों द्वारा प्रदान किया जा सकता है। इस मामले के बाहर से ऊर्जा आपूर्ति कैटॉम से कैटॉम तक पारित की जाती है।

स्वायत्त बुद्धि और विशेष कौशल
एक कैटॉम के अपने सेंसर हैं, अपने स्वयं के नैनो-कंप्यूटर या अन्य नैनोइलेक्ट्रॉनिक क्षमताओं को स्वयं ही रखते हैं। फोटोकल्स को एम्बेड करके, उदाहरण के लिए, प्रकाश संवेदनशील क्लेक्ट्रोनिक्स कल्पनाशील होते हैं, ताकि कैटोमायल्स का एक समूह एक आंख का अनुकरण कर सके। उदाहरण के लिए, एल ई डी क्लेक्ट्रोनिक्स एम्बेड करके एक रंग अपनाया जा सकता है। प्रत्येक कैटॉम में आवश्यकतानुसार अधिक क्षमता नहीं होती है, और सभी क्लेक्ट्रोनिक्स की समान क्षमता नहीं होती है।

क्लेक्ट्रोनिक्स संचार
क्लेक्ट्रोनिक्स को गैर-तुच्छ रूप से संवाद करने की आवश्यकता होती है। इस संचार को कैसे बनाया जा सकता है यह परियोजना का एक विशेष शोध विषय है। एक विशिष्टता यह है कि एक कैटॉम मैक्रो-बॉडी में अरबों कैटोम्स होंगे, जिनमें से प्रत्येक छह पड़ोसियों के लिंक के साथ होगा। पारंपरिक संचार संरचनाओं के विपरीत, एक क्लेक्ट्रोनिक्स की पहचान अक्सर अनिच्छुक होती है, लेकिन मौलिक नहीं होती है।

एक सिंथेटिक प्रतिकृति आकार
टेम्पलेट और छवि को डिजिटल मॉडल के रूप में कैप्चर करें, उदाहरण के लिए 3 डी गति कैप्चर द्वारा।
3 डी छवि को डीपीआर-संगत विनिर्देशों और संभवतः रिमोट ट्रांसमिशन में परिवर्तित करना।
Catom पदार्थ के मैक्रो बॉडी प्रस्तुत करें।

आजकल के संशोधन
वर्तमान शोध मॉड्यूलर पुनर्नवीनीकरण रोबोटिक्स और “आकार बदलने” रोबोट को नियंत्रित करने के लिए आवश्यक जटिल सॉफ्टवेयर की संभावना का पता लगा रहा है। “स्थानीय रूप से वितरित पूर्वानुमान या एलडीपी मॉड्यूलर पुनर्नवीनीकरण रोबोट सिस्टम (एमआरआर) प्रोग्रामिंग के लिए एक वितरित, उच्च स्तरीय भाषा है। प्रत्येक मॉड्यूल के अनुरूप स्वतंत्रता की डिग्री के कारण बड़ी संख्या में अलग मॉड्यूलर सिस्टम प्रोग्रामिंग और नियंत्रित करने से जुड़ी कई चुनौतियां हैं। उदाहरण के लिए, एक गठन से एक समान में पुन: कॉन्फ़िगर करने के लिए आदेशों की एक जटिल स्ट्रिंग द्वारा नियंत्रित आंदोलनों के जटिल पथ की आवश्यकता हो सकती है, भले ही दोनों आकार थोड़ा अलग हों।

2005 में, हार्डवेयर अवधारणा को विकसित करने के शोध प्रयास मिलीमीटर के पैमाने पर सफल हुए, बेलनाकार प्रोटोटाइप व्यास में 44 मिलीमीटर बनाते हैं जो विद्युत चुम्बकीय आकर्षण के माध्यम से एक दूसरे के साथ बातचीत करते हैं। उनके प्रयोगों ने शोधकर्ताओं को वस्तुओं के बीच द्रव्यमान और संभावित बल के बीच संबंधों को सत्यापित करने में मदद की, “आकार में 10 गुना कमी [जिसे] द्रव्यमान के सापेक्ष बल में 100 गुना वृद्धि का अनुवाद करना चाहिए”। इस प्रोटोटाइप अवधारणा में हालिया प्रगति एक मिलीमीटर व्यास बेलनाकार रोबोट के रूप में है जो फोटोलिथोग्राफी द्वारा पतली फिल्म पर बनाई गई है जो जटिल सॉफ्टवेयर का उपयोग करके एक-दूसरे के साथ सहयोग करेगी जो मॉड्यूल के बीच विद्युत चुम्बकीय आकर्षण और प्रतिकृति को नियंत्रित करेगी।

आज, शोधकर्ताओं की एक टीम द्वारा प्रोफेसर टोड सी। मॉवरी, सेठ गोल्डस्टीन, स्नातक और स्नातक छात्रों और इंटेल लैब्स पिट्सबर्ग के शोधकर्ताओं के शोधकर्ताओं की एक टीम द्वारा पिट्सबर्ग, पेंसिल्वेनिया में कार्नेगी मेलॉन विश्वविद्यालय में क्लेक्ट्रोनिक्स के साथ व्यापक शोध और प्रयोग किए जा रहे हैं।

हार्डवेयर
प्रोग्राम करने योग्य पदार्थ के पीछे चालक बल वास्तविक हार्डवेयर है जो स्वयं को वांछित रूप में जोड़ रहा है। क्लेक्ट्रोनिक्स में क्लेट्रॉनिक परमाणु, या कैटोम्स नामक व्यक्तिगत घटकों का संग्रह होता है। व्यवहार्य होने के लिए, catoms मानदंडों के एक सेट फिट करने की जरूरत है। सबसे पहले, कैटम्स को एक-दूसरे के सापेक्ष तीन आयामों में स्थानांतरित करने और त्रि-आयामी आकार बनाने के लिए एक-दूसरे का पालन करने में सक्षम होना चाहिए। दूसरा, catoms एक दूसरे के साथ एक दूसरे के साथ संवाद करने में सक्षम होने की जरूरत है और संभवतः एक दूसरे से सहायता के साथ राज्य की जानकारी की गणना करने में सक्षम होना चाहिए। मूल रूप से, catoms में एक सीपीयू, संचार के लिए एक नेटवर्क डिवाइस, एक पिक्सेल डिस्प्ले, कई सेंसर, एक ऑनबोर्ड बैटरी, और एक दूसरे का पालन करने का साधन शामिल है।

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वर्तमान catoms
कार्नेगी मेलॉन विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने कैटोम्स के विभिन्न प्रोटोटाइप विकसित किए हैं। ये छोटे क्यूब्स से विशाल हीलियम गुब्बारे तक भिन्न होते हैं। प्रोटोटाइप जो डेवलपर्स को उम्मीद है कि कैटम्स की उम्मीद है, वह प्लानर कैटॉम बन जाएगा। ये 44 मिमी व्यास सिलेंडरों का रूप लेते हैं। ये सिलेंडरों सिलेंडर की परिधि के साथ स्टैक्ड रिंगों की एक श्रृंखला में व्यवस्थित 24 इलेक्ट्रोमैग्नेट से लैस हैं। एक दूसरे की सतहों के साथ रोल करने के लिए चुंबक को सहकारी रूप से सक्षम और अक्षम करने वाले कैटोम्स द्वारा आंदोलन प्राप्त किया जाता है। प्रत्येक कैटॉम पर केवल एक चुंबक एक समय में सक्रिय होता है। ये प्रोटोटाइप दो इकाइयों के uncoupling, एक और संपर्क बिंदु के लिए आंदोलन, और केवल 100 एमएस लेने के recodpling के साथ, जल्दी से खुद को पुन: व्यवस्थित करने में सक्षम हैं। सिलेंडर के नीचे पिकअप फीट का उपयोग कर कैटोम्स को पावर की आपूर्ति की जाती है।

भविष्य डिजाइन
वर्तमान डिजाइन में, catoms केवल एक दूसरे के सापेक्ष दो आयामों में स्थानांतरित करने में सक्षम हैं। भविष्य के catoms एक दूसरे के सापेक्ष तीन आयामों में स्थानांतरित करने की आवश्यकता होगी। शोधकर्ताओं का लक्ष्य बड़े पैमाने पर विनिर्माण योग्यता की अनुमति देने के लिए, कोई चलती भागों के साथ एक मिलीमीटर स्केल कैटॉम विकसित करना है। इनमें से लाखों माइक्रोबोबॉट गतिशील भौतिक प्रतिपादन की इजाजत देकर, रंग के परिवर्तनीय रंग और तीव्रता को उत्सर्जित करने में सक्षम होंगे। डिज़ाइन लक्ष्य को उत्प्रेरक बनाने के लिए स्थानांतरित कर दिया गया है जो कि केवल एक टुकड़े के हिस्से के रूप में कार्य करने के लिए पर्याप्त है, जो पूरे समारोह में सक्षम होने के समान होता है।

चूंकि कैटोम्स को घटाया जाता है, इसलिए बिजली के लिए पर्याप्त एक ऑनबोर्ड बैटरी कैटॉम के आकार से अधिक हो जाएगी, इसलिए एक वैकल्पिक ऊर्जा समाधान वांछित है। ऊर्जा परिवहन के साधन के रूप में कैटॉम-टू-कैटॉम संपर्क का उपयोग करते हुए, एक दल में सभी कैटोम्स को सशक्त बनाने में अनुसंधान किया जा रहा है। एक संभावना का पता लगाया जा रहा है सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड के साथ एक विशेष तालिका का उपयोग करना और “वर्चुअल तारों” के माध्यम से, कैटोम्स के माध्यम से आंतरिक रूप से बिजली को रूट करना।

कम से कम पुनर्गठन समय रखने के लिए एक और प्रमुख डिजाइन चुनौती कैटम्स के लिए एक लिंगहीन यूनरी कनेक्टर विकसित करेगी। नैनोफाइबर इस चुनौती के लिए एक संभावित समाधान प्रदान करते हैं। नैनोफाइबर छोटे पैमाने पर बड़े आसंजन की अनुमति देते हैं और जब कैटम्स आराम पर होते हैं तो न्यूनतम बिजली की खपत की अनुमति देते हैं।

सॉफ्टवेयर
लाखों उप-मिलीमीटर पैमाने के catoms के बीच सभी संचार और कार्यों को व्यवस्थित करने के लिए उन्नत एल्गोरिदम और प्रोग्रामिंग भाषाओं के विकास की आवश्यकता है। कार्नेगी मेलॉन-इंटेल क्लेक्ट्रॉनिक्स रिसर्च लैब के शोधकर्ताओं और इंजीनियरों ने कैटम्स के बीच संचार की सुविधा के लिए आवश्यक सॉफ्टवेयर विकसित करने के लिए परियोजनाओं की एक विस्तृत श्रृंखला शुरू की। सबसे महत्वपूर्ण परियोजनाएं नई प्रोग्रामिंग भाषाओं का विकास कर रही हैं जो क्लेक्ट्रोनिक्स के लिए अधिक कुशलतापूर्वक काम करती हैं। क्लेक्ट्रोनिक्स मैट्रिक्स का लक्ष्य गतिशील रूप से त्रि-आयामी आकार बनाना है। हालांकि, इस वितरित नेटवर्क में बड़ी संख्या में catom प्रत्येक व्यक्तिगत catom के सूक्ष्म प्रबंधन की जटिलता बढ़ जाती है। इसलिए, प्रत्येक catom को अपने पड़ोसियों के साथ सटीक स्थिति की जानकारी और सहयोग की कमांड को समझना चाहिए। इस माहौल में, मैट्रिक्स ऑपरेशन के लिए सॉफ़्टवेयर भाषा को सार्वभौमिक रूप से वितरित करने के लिए उच्च स्तरीय आदेशों के संक्षिप्त विवरण प्रस्तुत करना होगा। एक मैट्रिक्स प्रोग्राम करने के लिए भाषाएं सामान्य प्रोग्रामिंग भाषाओं जैसे सी ++ और जावा की तुलना में कम संक्षिप्त वाक्यविन्यास और कमांड की शैली की आवश्यकता होती है।

कार्नेगी मेलॉन-इंटेल क्लेक्ट्रॉनिक्स रिसर्च प्रोजेक्ट ने दो नई प्रोग्रामिंग भाषाएं बनाई हैं: मेल्ड एंड लोकल डिस्ट्रिब्यूटेड प्रिडिकेट्स (एलडीपी)।

मिलकर एक हो जाना
मेल्ड एक घोषणात्मक भाषा है, मूल रूप से प्रोग्रामिंग ओवरले नेटवर्क के लिए डिज़ाइन की गई एक तर्क प्रोग्रामिंग भाषा। तर्क प्रोग्रामिंग का उपयोग करके, रोबोटों के एक समूह के लिए कोड वैश्विक परिप्रेक्ष्य से लिखा जा सकता है, जिससे प्रोग्रामर को क्लेक्ट्रोनिक्स मैट्रिक्स के समग्र प्रदर्शन पर ध्यान केंद्रित करने में सक्षम बनाता है, बल्कि हजारों में से प्रत्येक के लिए व्यक्तिगत निर्देश लिखने के बजाय कलाकारों की टुकड़ी। यह नाटकीय रूप से क्लेक्ट्रोनिक्स मैट्रिक्स के आंदोलन को प्रोग्राम करने के लिए विचार प्रक्रिया को सरल बनाता है।

स्थानीय रूप से वितरित भविष्यवाणी (एलडीपी)
एलडीपी एक प्रतिक्रियाशील प्रोग्रामिंग भाषा है। इसका उपयोग पहले के शोध में डीबगिंग ट्रिगर करने के लिए किया गया है। भाषा के अतिरिक्त जो प्रोग्रामर को मैट्रिक्स के आकार के विकास में संचालन करने में सक्षम बनाता है, इसका उपयोग वितरित स्थानीय परिस्थितियों का विश्लेषण करने के लिए किया जा सकता है। यह राज्य विन्यास के विभिन्न कार्यों को प्रदान करने वाले मॉड्यूल के निश्चित आकार, जुड़े समूहों पर काम कर सकता है। एक कार्यक्रम जो पूरे ensemble के बजाय एक निश्चित आकार मॉड्यूल को संबोधित करता है प्रोग्रामर को क्लेट्रॉनिक मैट्रिक्स को अधिक बार और कुशलतापूर्वक संचालित करने की अनुमति देता है। एलडीपी आगे वितरित पैटर्न मिलान का साधन प्रदान करता है। यह प्रोग्रामर को बूलियन तर्क के साथ चर के बड़े सेट को संबोधित करने में सक्षम बनाता है, जो प्रोग्राम को मॉड्यूल के समूहों के बीच गतिविधि और व्यवहार के बड़े पैटर्न की खोज करने में सक्षम बनाता है।

वितरित watchpoints
लाखों से अधिक व्यक्तिगत catoms के लिए प्रदर्शन त्रुटियों का पता लगाने और डीबग करना मुश्किल है, इसलिए, क्लेक्ट्रोनिक्स मैट्रिक्स संचालन त्रुटियों की पहचान और डिबगिंग के लिए एक गतिशील और स्वयं निर्देशित प्रक्रिया की आवश्यकता होती है। क्लेक्ट्रोनिक्स शोधकर्ताओं ने वितरित वॉचपॉइंट्स विकसित किए हैं, जो कि अधिक पारंपरिक डीबगिंग तकनीकों द्वारा मिस की गई त्रुटियों का पता लगाने और ठीक करने के लिए एक एल्गोरिदम-स्तर दृष्टिकोण है। यह नोड्स स्थापित करता है जो वितरित स्थितियों की वैधता निर्धारित करने के लिए निगरानी प्राप्त करते हैं। यह दृष्टिकोण वितरित स्थितियों का मूल्यांकन करने के लिए नियमों का एक सरल और अत्यधिक वर्णनात्मक सेट प्रदान करता है और त्रुटियों का पता लगाने में प्रभावी साबित होता है।

एल्गोरिदम
क्लेक्ट्रोनिक्स एल्गोरिदम के दो महत्वपूर्ण वर्ग आकार मूर्तिकला और स्थानीयकरण एल्गोरिदम हैं। क्लेक्ट्रोनिक्स शोध का अंतिम लक्ष्य त्रि-आयामी poses में गतिशील गति पैदा कर रहा है। कैटॉम मोशन, सामूहिक क्रियान्वयन और पदानुक्रमित गति नियोजन के सभी शोधों में आवश्यक संरचना में उत्प्रेरक को परिवर्तित करने के लिए आकृति मूर्तिकला एल्गोरिदम की आवश्यकता होती है, जो गतिशील ensemble को संरचनात्मक ताकत और द्रव आंदोलन प्रदान करेगा। इस बीच, स्थानीयकरण एल्गोरिदम एक समूह में अपनी स्थिति को स्थानीयकृत करने के लिए catoms सक्षम बनाता है। एक स्थानीयकरण एल्गोरिदम को पूरी तरह वितरित तरीके से शोर अवलोकन के आधार पर पूरे मैट्रिक्स को कैटोम्स का सटीक संबंधपरक ज्ञान प्रदान करना चाहिए।

भविष्य के अनुप्रयोग
चूंकि कंप्यूटिंग की क्षमताओं को विकसित करना जारी है और रोबोटिक मॉड्यूल कम हो जाते हैं, कई अनुप्रयोगों में क्लेक्ट्रोनिक्स उपयोगी हो जाएंगे। क्लेक्ट्रोनिक्स का विशेष अनुप्रयोग संचार का एक नया माध्यम है। क्लेक्ट्रोनिक्स पारियो नामक लंबी दूरी पर संचार के लिए एक और यथार्थवादी भावना प्रदान करेगा। कैसे ऑडियो और वीडियो एकural और दृश्य उत्तेजना प्रदान करते हैं, पाराओ एक आभासी, दृश्य और शारीरिक सनसनी प्रदान करता है। एक उपयोगकर्ता यथार्थवादी तरीके से उनके साथ संवाद करने, सुनने और स्पर्श करने में सक्षम होगा। इंजीनियरिंग डिजाइन, शिक्षा और स्वास्थ्य देखभाल से मनोरंजन और अवकाश गतिविधियों जैसे वीडियो गेम के कई पेशेवर विषयों में पारियो का प्रभावी ढंग से उपयोग किया जा सकता है।

एक वास्तविकता बनने के लिए क्लेक्ट्रोनिक्स के लिए आवश्यक नैनो टेक्नोलॉजी और कंप्यूटिंग में प्रगति संभव है, लेकिन दूर करने की चुनौतियां चुनौतीपूर्ण हैं और उन्हें महान नवाचार की आवश्यकता होगी। दिसंबर 2008 के एक साक्षात्कार में, इंटेल लैब्स पिट्सबर्ग के एक प्रमुख शोधकर्ता जेसन कैंपबेल ने कहा, “मेरे अनुमान यह है कि यह कितना समय लगेगा, यह 50 साल से कुछ और साल तक चला गया है। यह चार वर्षों में बदल गया है मैं परियोजना पर काम कर रहा हूं “।

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