將物質編程

傳統材料已有幾十萬種，新的品種還在以每年約5％的速度增加。然而沒有一種能像“可編程物質”一樣與當下日漸數字化的時代精神相契。物質可編程的推想如果得到實現，人類將開始營造從工具到設計，從陳設到創造的嶄新動態物質環境。

安德魯· 錢的桌子上停著一輛車，大小只有真實汽車的1/20 。“外形太老土了”，當他的這個念頭一閃而過時，助手已經輕輕地捏住車的后備箱。“這邊要高一些”，于是，跟橡皮泥做的一樣，車模型在助手的塑造下擁有了一個抬高的車尾。而模型的外形發生變化的每一個細節，都同時被一旁的電腦記錄下來。沒有延遲，也沒有誤差，因為這不是簡單的攝像頭定位記錄，而是模型材料本身把信息傳送給控制的處理器。

“顏色能換嗎？”“可以！紅色行嗎？”助手回到電腦屏幕前選擇更換顏色。看著藍色從車尾向車頭逐步轉化成紅色時，安德魯對助手說：“這種可編程物質要是開發成功，PHOTOSHOP 和其他設計軟件統統要被斃掉了。”

從虛擬三維到擬真模型

安德魯與助手繼續調整仿真車的外觀設計。他們把車頭的大燈往中間并攏了一些，并且嘗試盡可能壓低車身。當他最后把車廂后座順手拿掉，一輛中規中矩的轎車徹頭徹尾地變成了帥氣的跑車。這一幕發生在英特爾公司的研發部。（事實上，截止目前為止 “可編程物質”并沒有完全實現，工程師們僅能依靠特制的半導體元件來演示設想中的概念。）

在他們的設想中，無數個體積細小，性質相同的微粒組成就像是純凈的粘土一樣的可塑物質。而電腦程序與這個可塑物質同時在發生著數據交換，隨時把設計和創作的細節產生數字化的數據加以記錄、統計和處理，同時，被數字化的“塑造過程”也能反過來幫助創作。

可編程物質(Programmable Matter) 于2008 年由英特爾首席技術官賈斯汀（Justin Rattner）在美國舊金山召開的英特爾信息技術峰會（Intel DeveloperForum）上提出，其目標是希望提供一種全新的外殼材料以取代計算機設備的外殼、顯示屏和鍵盤等部件現在所使用的單一的材料，讓各種計算設備能夠像“變形金剛”一樣，實現靈活且有針對性的外觀形狀改變，以適應不同的應用模式和場景。

工程師們設想利用“可編程物質”完成一項名為“動態物理渲染”（Dynamic Physical Rendering）的研究。這個項目的目標是研究如何生成各種真實的模型，并把它們使用在醫學、教育研究或計算機輔助工業設計中。

比如，當醫生在用微型診療設備對重癥病人進行檢查時，需要實時確定設備在體內的空間位置，以便于根據需要進行操作。如果我們把醫學儀器收集的人體數據進行整理，那么就可以在電腦上生成一個虛擬的3D 人體模型。進而，我們可以利用可編程物質再把虛擬模型制成具有受檢患者個體特征的真實模型。這個模型不僅可以檢測出微型診療裝置在人體內的三維空間坐標，還可以看到診療裝置實施的動態運動軌跡。這將有利于醫生作出更準確的判斷并采取更合理的措施，也是平面的掃描影像所無法做到的。

人造沙粒的聚合

優質的陶器來自純潔細膩而有黏性的陶土。然而我們對陶土無法做微觀到分子的數字處理。“可編程物質”則設想每一個顆粒都可被控制。這是為什么它無法使用傳統的任何一種金屬或化合物來制備。

工程師們設想首先要制造出一種智能部件。這種被稱為“Catom”微型智能部件微小如沙粒，它們成千上萬地聚集在一起就像陶土的粉末聚集成土塊一樣。使它們聚攏的力量不是分子間的粘合性，而也許將是它們本身具有的磁力。Catom 智能部件通過磁力緊密相連之后，就可以與電腦交換數據并且靈活地改變排列方式，從而實現各種各樣的變化。

英特爾在信息技術峰會上演示了運用光蝕刻法（也就是現在用以生產硅芯片的技術）制造微型硅半球的新穎技術。這種微型硅半球是實現功能型Catom 智能部件的基本構建模塊之一，它可以十分方便地將必要的計算和機械元件集成在一個不足1毫米的微型封裝中。我們都知道，硅是沙子的主要成分，用硅制成的Catom 幾乎也可以算是一顆沙粒了，它們不同的地方僅僅在于這是顆具有超強運算能力的沙。

Catom 的一切“自由活動”可以全部由電腦控制，而目前對它們的控制思路則完全是依據分子間活動的規律。假設我們想用它來制作一面堅固的盾，此時需要的是強度。我們可以用電腦把Catom 的“間距”這一欄數據變小，收到電腦的數據編程之后，Catom微粒就會釋放更強的相互作用力，把可編程物質的緊密度提高。而當使用可編程物質制造的飛行器穿越幾萬光年深入深邃而寒冷的太空，保持溫度也許會是當務之急。此刻利用程序來控制已發展成納米級的Catom 微粒高速運動來提高材料本身的溫度，也許將能有效保障某些精密儀器的正常的運作。

通過植入Catom 部件內部的“色素細胞”，可編程物質就可以像變色龍一樣隨意表現出不同的顏色了。讓我們暫且保守地假設電腦仍然將充當它的控制平臺，此時只需要在程序調色板上選取顏色，“色素細胞”就隨之調整呈現，完成顏色變化。

運算能力決定成敗

或許豐富而隨意的顏色變化能使可編程物質在設計領域大展身手，但其超強可塑的第一特征，注定了它不會僅僅用來實現制造電腦鍵盤之類的簡單用途。這種類似變色龍的特征一定會使它首先被廣泛使用在軍事領域。

想象一下當導彈射向戰車，如果戰車的全部裝甲突然涌向前方，變形成為一個結構致密、厚度是常態5 倍以上的盾牌時，會是一個什么樣的場景？顯然，這樣的反應能力一方面取決于Catom 材料及其變種的開發，同時也取決于控制Catom 行為的處理器的運算能力。如果運算能力不夠，會造成反應力滯后，無疑會把戰斗單位變成一個個活靶子。但是，假設防御方擁有更強運算能力的處理器，那么在被襲擊時也許不僅僅只是變成“盾”。Catom或許可以在瞬間釋放出相互斥力，把物質密度降低成液態，允許攻擊導彈穿過而本身毫發無傷。而且，因為每個Catom 都是單獨的單位，理論上能夠支持個別處理，所以只要處理器足夠強大，剛才的那面“盾”甚至可以模擬出太極推手的招式，借力打力把攻擊變成反擊。當運算能力變得更強時，相應的或許也會要求Catom 材料本身變得更高級。從目前的技術來看，除了微型硅原料，半導體納米材料也許是另一種難得的制造Catom 智能部件的好原料，半導體材料中的不同載體元素可以制成不同的傳感器，甚至可代替硅，這樣一來，Catom 智能部件的性能也大大提高了——“變形”速度更快，功耗更低，同時信息存儲量也會更大，到那時一個小小的Catom 智能部件可以同時制成醫學儀器、電腦鍵盤、汽車外殼等不同領域的產品。

事實上，早已經進入納米級競爭的半導體行業，正在以每隔18 個月甚至更短的一個周期，將其性能提高一倍并且做得更小。如果1965 年所提出的摩爾定律確實可靠（雖無反證，但作為一條商業定律，其科學性仍飽受質疑），目前尺寸仍較大的Catom原型顆粒向納米級進軍應該只是10 年內的事。