将物质编程

传统材料已有几十万种，新的品种还在以每年约5％的速度增加。然而没有一种能像“可编程物质”一样与当下日渐数字化的时代精神相契。物质可编程的推想如果得到实现，人类将开始营造从工具到设计，从陈设到创造的崭新动态物质环境。

安德鲁・ 钱的桌子上停着一辆车，大小只有真实汽车的1/20 。“外形太老土了”，当他的这个念头一闪而过时，助手已经轻轻地捏住车的后备箱。“这边要高一些”，于是，跟橡皮泥做的一样，车模型在助手的塑造下拥有了一个抬高的车尾。而模型的外形发生变化的每一个细节，都同时被一旁的电脑记录下来。没有延迟，也没有误差，因为这不是简单的摄像头定位记录，而是模型材料本身把信息传送给控制的处理器。

“颜色能换吗？”“可以！红色行吗？”助手回到电脑屏幕前选择更换颜色。看着蓝色从车尾向车头逐步转化成红色时，安德鲁对助手说：“这种可编程物质要是开发成功，PHOTOSHOP 和其他设计软件统统要被毙掉了。”

从虚拟三维到拟真模型

安德鲁与助手继续调整仿真车的外观设计。他们把车头的大灯往中间并拢了一些，并且尝试尽可能压低车身。当他最后把车厢后座顺手拿掉，一辆中规中矩的轿车彻头彻尾地变成了帅气的跑车。这一幕发生在英特尔公司的研发部。（事实上，截止目前为止 “可编程物质”并没有完全实现，工程师们仅能依靠特制的半导体元件来演示设想中的概念。）

在他们的设想中，无数个体积细小，性质相同的微粒组成就像是纯净的粘土一样的可塑物质。而电脑程序与这个可塑物质同时在发生着数据交换，随时把设计和创作的细节产生数字化的数据加以记录、统计和处理，同时，被数字化的“塑造过程”也能反过来帮助创作。

可编程物质(Programmable Matter) 于2008 年由英特尔首席技术官贾斯汀（Justin Rattner）在美国旧金山召开的英特尔信息技术峰会（Intel DeveloperForum）上提出，其目标是希望提供一种全新的外壳材料以取代计算机设备的外壳、显示屏和键盘等部件现在所使用的单一的材料，让各种计算设备能够像“变形金刚”一样，实现灵活且有针对性的外观形状改变，以适应不同的应用模式和场景。

工程师们设想利用“可编程物质”完成一项名为“动态物理渲染”（Dynamic Physical Rendering）的研究。这个项目的目标是研究如何生成各种真实的模型，并把它们使用在医学、教育研究或计算机辅助工业设计中。

比如，当医生在用微型诊疗设备对重症病人进行检查时，需要实时确定设备在体内的空间位置，以便于根据需要进行操作。如果我们把医学仪器收集的人体数据进行整理，那么就可以在电脑上生成一个虚拟的3D 人体模型。进而，我们可以利用可编程物质再把虚拟模型制成具有受检患者个体特征的真实模型。这个模型不仅可以检测出微型诊疗装置在人体内的三维空间坐标，还可以看到诊疗装置实施的动态运动轨迹。这将有利于医生作出更准确的判断并采取更合理的措施，也是平面的扫描影像所无法做到的。

人造沙粒的聚合

优质的陶器来自纯洁细腻而有黏性的陶土。然而我们对陶土无法做微观到分子的数字处理。“可编程物质”则设想每一个颗粒都可被控制。这是为什么它无法使用传统的任何一种金属或化合物来制备。

工程师们设想首先要制造出一种智能部件。这种被称为“Catom”微型智能部件微小如沙粒，它们成千上万地聚集在一起就像陶土的粉末聚集成土块一样。使它们聚拢的力量不是分子间的粘合性，而也许将是它们本身具有的磁力。Catom 智能部件通过磁力紧密相连之后，就可以与电脑交换数据并且灵活地改变排列方式，从而实现各种各样的变化。

英特尔在信息技术峰会上演示了运用光蚀刻法（也就是现在用以生产硅芯片的技术）制造微型硅半球的新颖技术。这种微型硅半球是实现功能型Catom 智能部件的基本构建模块之一，它可以十分方便地将必要的计算和机械元件集成在一个不足1毫米的微型封装中。我们都知道，硅是沙子的主要成分，用硅制成的Catom 几乎也可以算是一颗沙粒了，它们不同的地方仅仅在于这是颗具有超强运算能力的沙。

Catom 的一切“自由活动”可以全部由电脑控制，而目前对它们的控制思路则完全是依据分子间活动的规律。假设我们想用它来制作一面坚固的盾，此时需要的是强度。我们可以用电脑把Catom 的“间距”这一栏数据变小，收到电脑的数据编程之后，Catom微粒就会释放更强的相互作用力，把可编程物质的紧密度提高。而当使用可编程物质制造的飞行器穿越几万光年深入深邃而寒冷的太空，保持温度也许会是当务之急。此刻利用程序来控制已发展成纳米级的Catom 微粒高速运动来提高材料本身的温度，也许将能有效保障某些精密仪器的正常的运作。

通过植入Catom 部件内部的“色素细胞”，可编程物质就可以像变色龙一样随意表现出不同的颜色了。让我们暂且保守地假设电脑仍然将充当它的控制平台，此时只需要在程序调色板上选取颜色，“色素细胞”就随之调整呈现，完成颜色变化。

运算能力决定成败

或许丰富而随意的颜色变化能使可编程物质在设计领域大展身手，但其超强可塑的第一特征，注定了它不会仅仅用来实现制造电脑键盘之类的简单用途。这种类似变色龙的特征一定会使它首先被广泛使用在军事领域。

想象一下当导弹射向战车，如果战车的全部装甲突然涌向前方，变形成为一个结构致密、厚度是常态5 倍以上的盾牌时，会是一个什么样的场景？显然，这样的反应能力一方面取决于Catom 材料及其变种的开发，同时也取决于控制Catom 行为的处理器的运算能力。如果运算能力不够，会造成反应力滞后，无疑会把战斗单位变成一个个活靶子。但是，假设防御方拥有更强运算能力的处理器，那么在被袭击时也许不仅仅只是变成“盾”。Catom或许可以在瞬间释放出相互斥力，把物质密度降低成液态，允许攻击导弹穿过而本身毫发无伤。而且，因为每个Catom 都是单独的单位，理论上能够支持个别处理，所以只要处理器足够强大，刚才的那面“盾”甚至可以模拟出太极推手的招式，借力打力把攻击变成反击。当运算能力变得更强时，相应的或许也会要求Catom 材料本身变得更高级。从目前的技术来看，除了微型硅原料，半导体纳米材料也许是另一种难得的制造Catom 智能部件的好原料，半导体材料中的不同载体元素可以制成不同的传感器，甚至可代替硅，这样一来，Catom 智能部件的性能也大大提高了――“变形”速度更快，功耗更低，同时信息存储量也会更大，到那时一个小小的Catom 智能部件可以同时制成医学仪器、电脑键盘、汽车外壳等不同领域的产品。

事实上，早已经进入纳米级竞争的半导体行业，正在以每隔18 个月甚至更短的一个周期，将其性能提高一倍并且做得更小。如果1965 年所提出的摩尔定律确实可靠（虽无反证，但作为一条商业定律，其科学性仍饱受质疑），目前尺寸仍较大的Catom原型颗粒向纳米级进军应该只是10 年内的事。