Claytrónica, cátomos y nanorrobots | Cuando la realidad parezca magia

Recordemos la segunda película de Terminator. En esta película, el Terminator, además de ser un robot diseñado para matar, tenía una habilidad particular: podía alterar su forma como quisiera. Solo tenía que tocar a una persona para adquirir su apariencia. ¿Cómo es eso posible? Pues este Terminator se construyó con claytrónica. Gracias a esta tecnología, la materia que lo compone se vuelve programable y alterable a sus deseos.

Ahora imaginemos que tenemos un material con tecnología de claytrónica en casa (sin ninguna programación asesina, claro). Este material es del que está hecha toda tu sala, desde tus sillas hasta la mesa del centro. Y un día, simplemente te aburres de cómo se ve todo. ¿Tendrías que vender todas tus cosas y comprar unas nuevas? ¡No! Solo tendrías que elegir el diseño que quieres y ordenarle a la materia programable que cambie. En unas cuantas horas, cambiarías de una sala moderna y minimalista a un estilo vintage, por ejemplo.

Parece magia, pero es ciencia. Sí, es cierto que todavía falta mucho para que la claytrónica sea real y accesible, pero las investigaciones en esta materia prometen. Tal vez algún día salga de nuestra imaginación. ¿En qué consiste esta tecnología? ¿Cómo funciona? ¿Qué aplicaciones tendría? En Futuro Eléctrico te lo contamos.

El futuro ya se está inventando en los laboratorios más punteros de todo el mundo.
La física del futuro, Michio Kaku 

¿Qué es la claytrónica?

El campo de estudio de la claytrónica es crear una materia programable. Esta materia debe tener suficiente computación, energía, comunicación y sentido para poder adquirir formas dinámicas. Según Michio Kaku en el libro La física del futuro:

Con las mismas técnicas que se usan para grabar millones de transistores en obleas de silicio, él podía grabar cátomos microscópicos de tan solo unos milímetros de diámetro. De hecho, eran tan pequeños que tuve que mirarlos con un microscopio para verlos claramente. La intención de Goldstein es conseguir, mediante el control de sus fuerzas eléctricas, que esos cátomos se dispongan adoptando cualquier forma solo con pulsar un botón.

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En otras palabras, la materia programable se compone de millones de moléculas de robots que pueden programarse y autoorganizarse en estructuras complejas. Cada molécula se posicionaría respecto a las otras por medio de atracción o repulsión. Y todo se puede manipular electrónicamente a través de una computadora.

Para lograrlo, se tienen dos abordajes. El primero implica robots a nanoescala que puedan funcionar como átomos claytrónicos o cátomos. Estos robots deben poder interactuar entre sí para formar objetos 3D. El segundo abordaje busca diseñar materiales que cambien al contactar con agentes como calor, luz, agua o presión. De esta forma, se intenta desarrollar metamateriales.

Como es de esperarse, estamos muy lejos de obtener resultados alentadores en este campo. Tanto en software como en hardware queda mucho camino por recorrer. Por un lado, el desarrollo de cátomos no se ha logrado a la velocidad que se esperaba y por el momento no se ha creado algo útil. De hecho, hasta ahora todos los cátomos son macroscópicos, lo que los hace identificables por módulos. Por el otro, no se dispone de un software que pueda controlar tan cantidad de nanocumputadoras.

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¿Qué son los cátomos?

Como hemos mencionado, la claytrónica trabaja con cátomos. Cada uno de ellos es un robot o una pieza individual en nanoescala, con un mecanismo completo para su funcionamiento. Esto incluye un procesador, batería, conexión y un mecanismo de conexión con el resto de cátomos. De esta forma, podrán moverse, comunicarse, conectarse y cambiar según sea su programación.

Los cátomos deben manipularse electrónicamente en tres dimensiones y serían unidades indivisibles. Cada uno debe poder recibir instrucciones electrónicas, procesar información y comunicarse con otros. Cada cátomo puede determinar su ubicación dentro de una meta general prescrita. Es decir, decidir si se une a un cátomo vecino o si se mueve en relación con ellos. Esto se podría lograr mediante magnetismo o fuerzas electrostáticas.

Por el momento, se está trabajando para diseñar este sistema y hacer que sean cada vez más pequeños. Se busca que logren tener el tamaño de un grano de arena. Además, se está revisando su capacidad de reconfiguración; así, su forma, su color y funciones podrían ser reprogramadas.

Características de los cátomos

• Pequeñez: Los cátomos deben ser macroscópicos y maleables.
• Movilidad no autónoma: Un cátomo se mueve solo mediante el enlace de otros agentes, mediante interacciones.
• No tienen partes móviles: Al no tener movilidad autónoma, no requieren partes móviles. Esto hace también que su diseño sea más duradero y menos costoso.
• Energía no autónoma: El cátomo no cuenta con una unidad propia de suministro de energía. La energía pasaría desde afuera de cátomo a cátomo.
• Comunicación: Es uno de los aspectos que sigue en investigación. La materia programable se conformará por miles o millones de cátomos. ¿Cómo será la comunicación entre ellos?, ¿se organizará mediante enlaces?, ¿cuántos enlaces?

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Estado actual de los materiales programables

La investigación de claytrónica comenzó a finales de los 90. Uno de los primeros abordajes fue la investigación de unidades robóticas que pudieran organizarse una y otra vez. En 2005, se desarrolló un concepto con prototipos cilíndricos de 44 milímetros de diámetro que interactuaban mediante atracción electromagnética. Gracias a este desarrollo, se verificó la relación entre masa y fuerza potencial.

Poco después, un equipo de MIT desarrolló moteínas, pequeños robots que buscaban salirse de lo geométrico. Los robots se inspiraron en las proteínas y permitían generar estructuras capaces de doblarse sin partes móviles. Sin embargo, el tamaño es muy grande para el concepto de cátomos.

Uno de los avances más concretos lo presentó Josh Romashin. En 2013, propuso los M-Blocks, pequeños cubos que podían impulsarse mediante el movimiento angular. Estos podían agruparse en formas sencillas por medio de electroimanes.

Otra línea de investigación son los metamateriales. En 2016, investigadores de la Universidad de Pittsburg desarrollaron un material híbrido. Este material podía reconocer patrones simples. Además, en la Universidad de Bristol se diseñó un material capaz de cambiar su forma y sus capacidades mecánicas, pero de manera simple.

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Líneas de trabajo

Los esfuerzos científicos se centran, sobre todo, en seguir haciendo más pequeños los cátomos. En cuestión de tamaño, se ha logrado diseñar algunos elementos de claytrónica del tamaño de un centímetro, en formas cilíndricas. Estos pueden moverse y unirse a otros por medio de fuerzas electrostática. Sin embargo, la reducción del tamaño también genera nuevas líneas de investigación.

Si los cátomos alcanzan el tamaño deseado, en tal caso las fuerzas eléctricas tendrán más importancia que la gravedad cuando se habla de fuerzas dominantes. ¿Cómo se comportarán? Asimismo, buscan que se amplíen sus tres dimensiones y su capacidad de reconfiguración. Es decir, su capacidad de cambiar de color, forma y funciones para adaptarse a otras. Por supuesto, también se debe desarrollar un sistema que permita a los cátomos comunicarse entre sí en conjunto.

Frente al software, la investigación también continúa de manera exhaustiva. Los programadores han logrado avanzar en un sistema que le permite a los cátomos comunicarse sin necesidad de cables con poca potencia. Sin embargo, el reto de comunicar a millones de computadores diminutos para que se muevan a sí mismos requiere más avances.

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Futuras aplicaciones de la claytrónica

Pensemos en otro escenario. Ahora el material programable no está en tu casa, sino en manos del Gobierno. ¿Qué podría hacer con ello? Podría reparar ese banco roto en el parque, o arreglar ese hueco en la acera; incluso podría hacer una escuela en menos de la mitad del tiempo que toma construir una hoy en día. Las aplicaciones son infinitas…

Pero como todas las nuevas tecnologías, es difícil prever cuál será el impacto de la claytrónica en el entorno y la vida. Una materia programable, sea del tamaño del cátomo, nanorrobots e, incluso, macroscópicos, tiene el poder de cambiar diferentes sectores y aspectos de la vida. Mencionamos algunas de las aplicaciones que ya se han previsto:

• Comunicaciones: Olvídate de las llamadas por teléfono y de las videollamadas. Por medio de la claytrónica, se podría ofrecer una comunicación más realista a larga distancia. Se podría crear una presentación del interlocutor que sea física también. Similar a un holograma, pero con materia. Esto permitiría que se lograra escuchar, ver y tocar a la persona con la que se comunican de manera realista.
• Construcción: Las largas y complicadas construcciones podrían desaparecer. Con la claytrónica se realizaría una ciudad de la nada en horas. En lugares despoblados con condiciones adversas, sería ideal esta tecnología. Por ejemplo, en algunos sitios del espacio, como Marte o la Luna.
• Sector industrial: Para este sector, existe una idea ambiciosa. La creación de líneas de producción metamorfoseables. Es decir, los robots que participen en la industria podrán cambiar su forma para funcionar en cada una de las líneas de manipulación y montaje de objetos, reduciendo la necesidad de objetos diversos.
• En el hogar: Olvidarse de requerir veinte herramientas distintas para un arreglo sería una posibilidad. Una sola porción de materia programable serviría como martillo, llave inglesa, destornillador y otros elementos.
• Mensajería: Otra aplicación sería la creación de una máquina de fax 3D que permita la reproducción de objetos tridimencionales. Es decir, que escanee un objeto A, como una taza, y la reproduzca exactamente igual en el destino.

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 Palabras finales

La claytrónica es una de esas tecnologías que nos hace pensar en el futuro. Un futuro rápido, más sencillo y maleable. Un futuro que permita la innovación, la inmediatez y que parezca no tener límites. Pero todavía tendremos que esperar algunas décadas para que un prospecto útil de ella vea la luz.

No obstante, los enormes avances tecnológicos que vemos hoy en día nos permiten tener esperanzas. Es posible que, al igual que tantas otras cosas se han miniaturizado, los cátomos también puedan existir. Y con ellos podremos construir y transformar el mundo como queramos.

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