微型机器人或原子级机器人（Claytronics）是一个抽象的未来概念，它结合了纳米级机器人技术和计算机科学，创建了称为claytronic原子或catom的单个纳米级计算机，它们可以相互作用以形成用户可以与之交互的有形3D对象。这个想法更广泛地称为可编程物质。Claytronics有可能极大地影响日常生活的许多领域，例如电信，人机界面和娱乐。
特点
渺小
claytronics的大小决定了可塑性大体的分辨率和细节。对于具有最大可能移动性的最接近的填料，Catom尽可能为球形。
非自主移动性
卡托姆不会在移动部件的帮助下移动，但是，像原子一样，在电磁或静电过程中与其他卡托结合。claytronics通过互动相互作用。在最简单的情况下，小型电磁铁像步进电机一样嵌入Catom中。
通过消除移动部件，claytronics比传统的纳米机器人更耐用，更便宜，更容易批量生产。此外，它们可以更有效，更快速地对齐和移动（在其指定的栖息地）。
非自主能源供应
Catom不带有自己的能量供应单元，但必须能够由其他人提供。物质外部的能量供应从Catom传递到Catom。
自主智能和特殊技能
Catom拥有自己的传感器，其自身具有自己的纳米计算机或其他纳米电子功能。例如，通过嵌入光电池，可以设想光敏粘土电极，因此一组复合体可以模仿一只眼睛。例如，通过嵌入LED，claytronics可以采用一种颜色。每个Catom都没有超过必要的能力，并不是所有的claytron都有相同的能力。
Claytronics沟通
claytronics需要非常轻松地沟通。如何创建这种沟通是该项目的一个特殊研究课题。一个特点是卡托姆宏体将由数十亿只猫组成，每只猫都有六个邻居的链接。与传统的通信结构相比，单个claytronics的身份通常是无趣的，但不是基本的。
塑造合成副本
将模板和图像捕获为数字模型，例如通过3D动作捕捉。
将3D图像转换为DPR兼容规范并可能进行远程传输。
呈现Catom物质的宏体。
目前的研究
目前的研究正在探索模块化可重构机器人的潜力以及控制“形状变化”机器人所需的复杂软件。“本地分布式谓词或LDP是一种用于编程模块化可重构机器人系统（MRR）的分布式高级语言”。由于与每个模块相对应的自由度，编程和控制大量离散模块化系统存在许多挑战。例如，从一个阵型到一个阵型的重新配置可能需要由复杂的命令串控制的复杂运动路径，即使这两个形状略有不同。
2005年，开发硬件概念的研究工作在毫米级别上取得了成功，创造了直径44毫米的圆柱形原型，它们通过电磁吸引力相互作用。他们的实验帮助研究人员验证了物体之间的质量和潜在力之间的关系，“尺寸缩小了10倍[相应于质量应该转化为力的100倍”]。该原型概念的最新进展是通过光刻在薄膜上制造的一毫米直径圆柱形机器人的形式，其将使用将控制模块之间的电磁吸引和排斥的复杂软件彼此协作。
今天，宾夕法尼亚州匹兹堡的卡内基梅隆大学正在进行广泛的研究和实验，研究人员由Todd C. Mowry教授，Seth Goldstein教授，研究生和本科生以及英国实验室匹兹堡的研究人员组成。
硬件
可编程物质背后的驱动力是实际的硬件，它将自己操纵成任何所需的形式。Claytronics由一组称为claytronic原子或catom的单个组件组成。为了生存，catoms需要符合一套标准。首先，催化剂需要能够相对于彼此以三维方式移动并且能够彼此粘附以形成三维形状。其次，catom需要能够在整体中相互通信并且能够在彼此协助的情况下计算状态信息。从根本上说，卡通包括CPU，用于通信的网络设备，单个像素显示器，多个传感器，板载电池以及彼此粘附的装置。
目前的catoms
卡内基梅隆大学的研究人员开发了各种原型的卡特姆。这些从小立方体到巨型氦气球各不相同。最像开发人员希望catom的原型将是平面的catom。它们采用直径为44毫米的圆柱体。这些气缸配有24个电磁铁，沿着气缸的圆周排列成一系列堆叠的环。通过合作启用和禁用磁体以便沿着彼此的表面滚动的卡通实现移动。每个catom上只有一个磁铁一次通电。这些原型能够非常快速地重新配置，两个单元解耦，移动到另一个接触点，重新连接只需要大约100 ms。使用气缸底部的拾取脚为电源供电。
未来的设计
在当前的设计中，卡爪只能相对于彼此在两个维度上移动。未来的catoms将需要相对于彼此三维移动。研究人员的目标是开发一种没有移动部件的毫米级catom，以实现大规模可制造性。数以百万计的这些微型机器人将能够发出可变颜色和强度的光，从而实现动态物理渲染。设计目标已经转移到创造足够简单的catoms，只作为整体的一部分，整体的整体具有更高的功能。
当按比例缩小时，足以为其供电的车载电池将超过自身的大小，因此需要替代的能量解决方案。正在研究为一个集合中的所有集合供电，利用从接触到接触作为能量传输的手段。正在探索的一种可能性是使用带有正极和负极的特殊工作台，并通过“虚拟导线”将功率内部通过导线进行布线。
另一个主要的设计挑战是为catom开发无性别的一元连接器，以便将重新配置时间保持在最低限度。纳米纤维为这一挑战提供了可能的解决方案。纳米纤维可以实现小尺寸的高附着力，并且在停放时可以实现最小的功耗。
软件
组织数百万亚毫米级催化剂之间的所有通信和操作需要开发先进的算法和编程语言。卡内基梅隆 – 英特尔Claytronics研究实验室的研究人员和工程师开展了广泛的项目，以开发必要的软件，以促进catom之间的通信。最重要的项目是开发新的编程语言，这些语言对于claytronics更有效。claytronics矩阵的目标是动态地形成三维形状。然而，这种分布式网络中的大量catom增加了每个catom的微观管理的复杂性。因此，每个catom必须感知准确的位置信息和与其邻居的合作命令。在这种环境下 矩阵运算的软件语言必须传达高级命令的简明陈述，以便普遍分布。编程矩阵的语言需要比普通编程语言（如C ++和Java）更简洁的语法和命令风格。
卡内基梅隆 – 英特尔Claytronics研究项目创建了两种新的编程语言：Meld和Locally Distributed Predicates（LDP）。
合并
Meld是一种声明性语言，一种最初设计用于编程覆盖网络的逻辑编程语言。通过使用逻辑编程，可以从全局角度编写机器人集合的代码，使程序员能够专注于claytronics矩阵的整体性能，而不是为数千到数百万的每一个catom编写单独的指令。合奏。这大大简化了编程claytronics矩阵运动的思维过程。
本地分布式谓词（LDP）
LDP是一种反应式编程语言。它已被用于在早期研究中触发调试。通过添加使程序员能够在矩阵形状的开发中构建操作的语言，它可以用于分析分布式的本地条件。它可以在固定大小的连接模块组上运行，提供各种状态配置功能。解决固定大小模块而不是整个集合的程序允许程序员更频繁和有效地操作claytronic矩阵。LDP还提供了匹配分布式模式的方法。它使程序员能够使用布尔逻辑处理更大的变量集，这使得程序能够在模块组之间搜索更大的活动和行为模式。
分布式观察点
数千到数百万个单独的catom的性能错误很难检测和调试，因此，claytronics矩阵操作需要动态和自定向的过程来识别和调试错误。Claytronics研究人员开发了分布式观察点，这是一种算法级方法，用于检测和修复更常规调试技术遗漏的错误。它建立接收监视的节点，以确定分布式条件的有效性。这种方法提供了一套简单且高度描述性的规则来评估分布式条件，并证明在检测错误方面是有效的。
算法
两种重要的claytronics算法是形状雕刻和定位算法。Claytronics研究的最终目标是在三维姿势中创造动态运动。关于卡特姆运动，集体驱动和分层运动规划的所有研究都需要形状雕刻算法将卡特斯转换成必要的结构，这将给动态集合带来结构强度和流体运动。同时，定位算法使catom能够在一个集合中定位他们的位置。定位算法应该以完全分布的方式基于噪声观察提供对整个矩阵的准确的关系知识。
未来的应用
随着计算能力的不断发展和机器人模块的缩小，claytronics将在许多应用中发挥作用。Claytronics的特色应用是一种新的交流方式。Claytronics将为远距离通信提供更真实的感觉，称为pario。类似于音频和视频提供听觉和视觉刺激，pario提供听觉，视觉和身体感觉。用户将能够以逼真的方式听到，看到和触摸与他们通信的那个。Pario可以有效地用于许多专业领域，从工程设计，教育和医疗保健到娱乐和休闲活动，如视频游戏。
纳米技术和计算必不可少的粘土电子学成为现实是可行的，但要克服的挑战是艰巨的，需要伟大的创新。在2008年12月的采访中，来自英特尔实验室匹兹堡的首席研究员杰森坎贝尔说：“我估计它需要多长时间才能从50年下降到仅仅几年。这四年来已发生变化我一直在研究这个项目“。