كم مرة تكون المادة القابلة للبرمجة أقوى من الفولاذ؟ المادة القابلة للبرمجة كمادة للمستقبل
تستقبل نهاية يوم طويل في شقتك في أوائل الأربعينيات من القرن الحادي والعشرين. لقد عملت بجد وقررت أن تأخذ قسطًا من الراحة. "وقت الفيلم!"، أنت تقول. البيت يجيب على مكالماتك. تتكسر الطاولة إلى مئات القطع الصغيرة التي تزحف تحتك وتأخذ شكل الكرسي. تنتشر شاشة الكمبيوتر التي كنت تعمل عليها عبر الحائط وتتحول إلى عرض مسطح. تسترخي على كرسيك وبعد بضع ثوانٍ تشاهد فيلمًا بالفعل المسرح المنزلي، كل ذلك داخل نفس الجدران الأربعة. من يحتاج لأكثر من غرفة واحدة؟
وهذا هو حلم العاملين على "المادة القابلة للبرمجة".
في كتابه الأخير عن الذكاء الاصطناعي، يميز ماكس تيجمارك بين ثلاثة مستويات من التعقيد الحسابي للكائنات الحية. الحياة 1.0 هي كائنات وحيدة الخلية مثل البكتيريا؛ بالنسبة لها، لا يمكن تمييز الأجهزة عن البرامج. يتم تشفير سلوك البكتيريا في حمضها النووي؛ إنها لا تستطيع أن تتعلم أي شيء جديد.
الحياة 2.0 هي حياة الناس في الطيف. نحن عالقون إلى حد ما في أجهزتنا، ولكن يمكننا تغيير برنامجنا الخاص عن طريق اتخاذ الخيارات أثناء تعلمنا. على سبيل المثال، يمكننا أن نتعلم اللغة الإسبانية بدلا من الإيطالية. مثل إدارة المساحة على الهاتف الذكي، تسمح لك أجهزة الدماغ بتحميل مجموعة محددة من "الجيوب"، ولكن من الناحية النظرية يمكنك تعلم سلوكيات جديدة دون تغيير الشفرة الجينية الأساسية.
يبتعد Life 3.0 عن هذا: يمكن للمخلوقات تغيير غلاف الأجهزة والبرامج باستخدامها تعليق. يرى تيجمارك أن هذا هو الذكاء الاصطناعي الحقيقي، فبمجرد أن يتعلم تغيير الكود الأساسي الخاص به، سيكون هناك انفجار في الذكاء. وربما، بفضل كريسبر وتقنيات تحرير الجينات الأخرى، سنكون قادرين على استخدام "البرمجيات" الخاصة بنا لتغيير "أجهزتنا".
توسع المادة القابلة للبرمجة هذا التشبيه ليشمل الأشياء في عالمنا: ماذا لو كان بإمكان أريكتك أن "تتعلم" كيف تصبح طاولة؟ ماذا لو كان لديك، بدلاً من جيش من سكاكين الجيش السويسري المزود بعشرات الأدوات، أداة واحدة "تعرف" كيف تصبح أي أداة أخرى لتلبية احتياجاتك، تحت أمرتك؟ وفي مدن المستقبل المزدحمة، يمكن استبدال المنازل بشقق ذات غرفة واحدة. وهذا من شأنه توفير المساحة والموارد.
على الأقل تلك هي الأحلام.
وبما أنه من الصعب جدًا تصميم وتصنيع الأجهزة الفردية، فليس من الصعب أن نتخيل أن الأشياء الموضحة أعلاه يمكن أن تتحول إلى أشياء كثيرة مختلف البنود، سيكون صعبًا للغاية. يطلق البروفيسور سكايلر تيبيتس من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا على هذه الطباعة اسم الطباعة رباعية الأبعاد. وقد حدد فريقه البحثي المكونات الأساسية للتجميع الذاتي كمجموعة بسيطة من وحدات البناء والطاقة والتفاعلات سريعة الاستجابة التي يمكن استخدامها لإعادة إنشاء أي مادة أو عملية تقريبًا. يعد التجميع الذاتي بإحداث اختراقات في العديد من الصناعات، من علم الأحياء إلى علوم المواد، وعلوم الكمبيوتر، والروبوتات، والتصنيع، والنقل، والبنية التحتية، والبناء، والفنون، والمزيد. حتى في الطبخ واستكشاف الفضاء.
لا تزال هذه المشاريع في مهدها، لكن مختبر التجميع الذاتي التابع لـ Tibbits وغيره قد وضعوا بالفعل الأساس لتطويرها.
على سبيل المثال، هناك مشروع للتجميع الذاتي للهواتف المحمولة. تتبادر إلى ذهني المصانع المخيفة، حيث تتجمع على مدار الساعة هاتف خليويمن الأجزاء المطبوعة ثلاثية الأبعاد دون الحاجة إلى تدخل بشري أو آلي. ومن غير المرجح أن تطير مثل هذه الهواتف من على الرفوف مثل الكعك الساخن، ولكن تكلفة إنتاج مثل هذا المشروع ستكون ضئيلة. وهذا دليل على المفهوم.
إحدى العقبات الرئيسية التي يجب التغلب عليها في إنشاء مادة قابلة للبرمجة هي اختيار الكتل الأساسية الصحيحة. التوازن مهم. لإنشاء أجزاء صغيرة، لا تحتاج إلى "طوب" كبير جدًا، وإلا فإن الهيكل النهائي سيبدو متكتلًا. ولهذا السبب، قد لا تكون الكتل البرمجية الإنشائية مفيدة لبعض التطبيقات - على سبيل المثال، إذا كنت بحاجة إلى إنشاء أدوات للمعالجة الدقيقة. مع القطع الكبيرة، قد يكون من الصعب تصميم مجموعة من الأنسجة. ومن ناحية أخرى، إذا كانت الأجزاء صغيرة جدًا، فقد تنشأ مشاكل أخرى.
تخيل إعدادًا يتم فيه تمثيل كل جزء بواسطة روبوت صغير. يجب أن يكون لدى الروبوت مصدر طاقة وعقل، أو على الأقل نوع من مولد الإشارة ومعالج الإشارة، كل ذلك في وحدة مدمجة واحدة. يمكن للمرء أن يتخيل أنه يمكن محاكاة مجموعة من القوام والتوترات عن طريق تغيير قوة "الرابطة" بين الوحدات الفردية - يجب أن تكون الطاولة أصعب قليلاً من سريرك.
تم اتخاذ الخطوات الأولى في هذا الاتجاه من قبل أولئك الذين قاموا بتطوير الروبوتات المعيارية. هناك العديد من مجموعات العلماء الذين يعملون على هذا الأمر، بما في ذلك معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ولوزان وجامعة بروكسل.
في أحدث تكوين، يعمل روبوت واحد كقسم مركزي لصنع القرار (يمكنك تسميته بالدماغ)، ويمكن لروبوتات إضافية الانضمام إلى هذا القسم المركزي حسب الحاجة إذا كان شكل وبنية النظام العام بحاجة إلى تغيير. لا يوجد حاليًا سوى عشر وحدات فردية في النظام، ولكن مرة أخرى، يعد هذا دليلاً على مفهوم إمكانية التحكم في نظام الروبوت المعياري؛ ربما ستشكل الإصدارات الصغيرة من نفس النظام في المستقبل أساس مكونات المادة 3.0.
من السهل تخيل كيفية القيام بذلك باستخدام الخوارزميات التعلم الاليتتعلم هذه الأسراب من الروبوتات التغلب على العقبات والاستجابة للتغيرات البيئية بشكل أسهل وأسرع من روبوت واحد. على سبيل المثال، يمكن للنظام الآلي أن يضبط نفسه بسرعة للسماح لرصاصة بالمرور دون أن تتضرر، وبالتالي تشكيل نظام غير معرض للخطر.
عندما يتعلق الأمر بالروبوتات، كان شكل الروبوت المثالي موضوعًا للكثير من الجدل. إحدى مسابقات الروبوتات الكبرى التي نظمتها وكالة مشاريع البحوث المتطورة الدفاعية (DARPA) مؤخرًا، وهي تحدي الروبوتات، فاز بها روبوت يمكنه التكيف. لقد هزم ATLAS البشري الشهير من Boston Dynamics بمجرد إضافة عجلة سمحت له بالتدحرج.
بدلاً من بناء الروبوتات على شكل أشخاص (على الرغم من أن هذا مفيد في بعض الأحيان)، يمكنك السماح لهم بالتطور والتطور والعثور على الشكل المثالي للمهمة. سيكون هذا مفيدًا بشكل خاص في حالة وقوع كارثة، عندما يمكن للروبوتات باهظة الثمن أن تحل محل البشر ولكن يجب أن تكون على استعداد للتكيف مع الظروف غير المتوقعة.
يتخيل العديد من المستقبليين إمكانية إنشاء روبوتات نانوية صغيرة يمكنها صنع أي شيء من المواد الخام. لكن هذا اختياري. المادة القابلة للبرمجة والتي يمكنها الاستجابة والتفاعل مع بيئتها ستكون مفيدة في أي شيء تطبيقات صناعية. تخيل أنبوبًا يمكن أن يقوى أو يضعف حسب الحاجة، أو يغير اتجاه التدفق عند الطلب. أو قماش يمكن أن يصبح أكثر أو أقل كثافة حسب الظروف.
ما زلنا بعيدين عن الوقت الذي يمكن أن تتحول فيه أسرتنا إلى دراجات. ربما يكون الحل التقليدي ذو التقنية المنخفضة، كما هو الحال غالبًا، أكثر عملية واقتصادية. ولكن بينما يحاول البشر وضع شريحة في كل شيء غير صالح للأكل، فإن الأشياء غير الحية ستصبح أكثر حيوية كل عام.
نادر مشروع تقنيمنذ الخطوات الأولى للملاحة الفضائية، حفزت خيال الصحفيين وعلماء المستقبل. القليل من أفكار التصميم يمكن أن تجعلنا نؤمن كثيرًا بواقع الكابوس التقني للمحولات أو بتجسيد الأشباح مباشرة من الشاشة. يتم رسم صور المستقبل واحدة تلو الأخرى بشكل أكثر إغراءً. يتم استدعاء الطبيب لمستكشف قطبي مريض (حفار، رائد فضاء، إنديانا جونز 2050). يحدث هذا، بالطبع، في مكان تستغرق فيه سيارة الإسعاف العادية وقتًا طويلاً للوصول إلى هناك، هذا إذا وصلت إلى هناك على الإطلاق. وهناك حاجة للمساعدة على الفور. ليس لدى المريض سوى جهاز كمبيوتر تحت تصرفه، والذي يتصل به جهاز طرفي غريب للغاية، يشبه إلى حد كبير حوضًا به رمل. قناة اتصال فضائية واسعة تربط الشتاء أو المعسكر أو محطة فضاءمع مكتب النجم الطبي. لا، لا، السيد البروفيسور من نيويورك أو طوكيو ليس مستعدًا على الإطلاق للاندفاع إلى المطار أو قاعدة الفضاء عند أول نداء للواجب. نعم، هذا ليس ضروريا. بعد كل شيء، سوف تحدث معجزة صغيرة الآن. تبدأ الرمال الموجودة في الحوض في التحرك، والتحرك، والارتفاع في أكوام تبدو عديمة الشكل في البداية، وتتحول في النهاية إلى شكل إنساني. مظهر « ساندمان"(كيف لا نتذكر مرة أخرى هوليود وملحمتها الكوميدية عن سبايدر مان) لا تختلف عن طبيب جليل يقع على بعد آلاف وآلاف الكيلومترات. يكرر الشكل تمامًا جميع حركات الطبيب، ويعيد الوجه إنتاج تعابير الوجه بنفس الطريقة تمامًا، كما أن مصافحة الشبح التي ارتفعت من الغبار تنقل بشكل موثوق نعومة ومرونة راحة اليد البشرية. وبطبيعة الحال، لا يقتصر دور الطبيب على الفحص البصري للمريض. الإيقاع، والجس، والتسمع – تعمل أيدي الشبح في انسجام مع تلاعبات الإسكولابيان في العاصمة. للأسف، تبين أن التشخيص أكثر خطورة مما كان متوقعا. سوف تكون هناك حاجة لعملية جراحية. والطبيب ذو الخبرة مستعد لقطع المريض عن بعد. بالطبع بمساعدة مزدوج خرج من الحوض الصغير. إذا اتضح أنه لا يوجد ما يكفي من الأدوات الجراحية، فسيتعين عليها "تحقيقها" على الفور - لا يزال هناك مخزون من الرمال السحرية ...
"هل تعتقد أن هذا ليس مثيرا للاهتمام؟" - سأل الدكتور مورتيمر شيرلوك هولمز، بعد أن انتهى من قراءة الأسطورة حول لعنة عائلة باسكرفيل. أجاب المحقق العظيم: "مثير للاهتمام لعشاق القصص الخيالية". أليس صحيحاً أنه بعد قصة الجراح الوهمي لا تزال هذه الكلمات على طرف لسانك؟ ولكن في جامعة كارنيجي ميلون (بيتسبرغ، الولايات المتحدة الأمريكية) هناك أشخاص لا يعتقدون فقط أن مثل هذه الحكايات الخرافية ستصبح حقيقة عاجلاً أم آجلاً، ولكنهم يعملون بالفعل على التقنيات التي بفضلها ستدخل المادة الفائقة للمستقبل حياتنا يومًا ما.
البيانات الملموسة
منذ ست سنوات حتى الآن، تعمل مجموعة من الباحثين ذوي الرؤية بقيادة الأستاذ المشارك في جامعة كارنيجي ميلون سيث جولدستين ومدير مختبر أبحاث إنتل بيتسبرغ تود موري، على تطوير واحدة من أكثر المجالات إثارة في مجال الروبوتات المعيارية.
وبالوقوف على قدم المساواة مع المشاريع الأخرى لإنشاء روبوتات معيارية، تتميز خطط مجموعة من الباحثين من جامعة كارنيجي ميلون بنهجهم الأكثر ثورية وأيديولوجيتهم الأصلية. نحن لا نتحدث هنا فقط عن تجميع روبوت متخصص من أبسط الوحدات القياسية، بل عن ظهور مادة "ذكية" فريدة قادرة على إنتاج صور ملموسة وحتى متحركة ثلاثية الأبعاد لأي جسم صلب تقريبًا. تفتح هذه المواد الطريق أمام نوع جديد من الاتصالات الإلكترونية، مما سيسمح لنا بربط إحساس آخر بإدراك الصور المنقولة عبر الشبكات الرقمية - اللمس. سيتمكن الشخص من التفاعل مع هذه الصور كما هو الحال مع الأشياء العالم الماديوحتى مثل الكائنات الحية.
الرمال السحرية، التي تمت مناقشتها في بداية هذه المقالة، لن تصبح، وفقا للمطورين، أكثر من كتلة من الوحدات الآلية بأحجام أقل من المليمتر. ومع ذلك، ستكون كل وحدة من هذه الوحدات قادرة على أداء العديد من الوظائف المهمة. وسوف يصبح في نفس الوقت جهاز دفع وجهاز استقبال وجهاز إرسال للبيانات الرقمية وموصل إمداد الطاقة وجهاز استشعار. من الناحية المثالية، لإنشاء الصور الأكثر واقعية للكائنات المستنسخة، سيتم تغطية سطح الوحدة بمصابيح LED مجهرية، والتي ستلعب دور البكسلات المضيئة، في مجملها مناسبة للحصول على القوام اللوني.
اسم المادة التي تتكون من روبوتات معيارية، واسم المشروع بأكمله باللغة الإنجليزية يبدو مثل Claytronics، من كلمات انجليزيةالطين (الطين) والإلكترونيات (الإلكترونيات). أعطى مؤلفو المشروع للروبوت المعياري نفسه اسم كاتوم (كاتوم؛ من كلايترونيكس وذرة).
كيف تبدو المرحلة الحالية من العمل في مشروع Claytronics؟ حتى الآباء المؤسسون أنفسهم يعترفون: إن نقل الصور المتحركة ثلاثية الأبعاد عن بعد لا يزال بعيدًا جدًا. حاليًا، تجري الأبحاث في مجال التصميم الأساسي للقطط وطرق وخوارزميات تفاعلها، والتي تستخدم فيها النماذج الكبيرة التي تعمل في مجال إحداثي ثنائي الأبعاد. القطط المستوية (المستوية) هي أجهزة أسطوانية يبلغ قطر مقطعها العرضي 45 ملم، وتوضع عموديًا وتتحرك على سطح مستو. وكما ترون، فإن حبات الرمل لا تزال بعيدة، وعدد الكاتومات الموجودة في التجمعات ليس سوى عدد قليل.
علاوة على ذلك، فإن إحدى المصطلحات الرئيسية في المنشورات العلمية لمجموعة سيث جولدشتاين هي كلمة "قابلية التوسع". وهذا يعني أن تصميمات الكاتومات التي يتم تطويرها اليوم وتقنيات تفاعلها في التجميع ستجعل من الممكن في المستقبل تغيير حجم النظام المعياري بأكمله بسهولة ودون ألم مع الحفاظ على إمكانية التحكم والأداء. ستتخذ الكاتومات أبعادًا أقل من المليمترية، وسيزيد عدد الوحدات في التجميع إلى الآلاف والملايين، وسيتم إسقاط النظام نفسه من مستوى إلى الفضاء ثلاثي الأبعاد.
الروبوتات الفقاعية
إن الاهتمام بتصميم روبوت بالكاد يمكن رؤيته بالعين المجردة أمر مفهوم، ومع ذلك لا يكل سيث جولدستين وزملاؤه من التكرار: الأجهزة ليست الجزء الأكثر صعوبة. التحدي الأكثر خطورة هو خوارزميات البرمجيات للتحكم في النظام ككل والتفاعل بين القطط الفردية. واحدة من أهم مشاكل الروبوتات المعيارية بشكل عام ومشروع Claytronics بشكل خاص هي إدارة عدد كبير من الوحدات، كل منها لديها إمدادات طاقة منخفضة وإمكانات حوسبة منخفضة. تتضمن الطريقة التقليدية لإنشاء خوارزميات الحركة للعديد من الوحدات وصف مساحة الحالة للنظام بأكمله، أي مجموعة المجموعات الكاملة التي يمكن وضع الوحدات المتحركة فيها. وبطبيعة الحال، تعتمد مساحة الحالة خطيًا على عدد الوحدات المعنية وعدد درجات الحرية للروبوت الصغير الفردي. إذا كنا نتحدث عن الآلاف، أو حتى ملايين القطط، فإن تطوير خوارزمية للتحكم في حركتها، مبنية بالطريقة التقليدية، على الأرجح سيؤدي إلى طريق مسدود. على نحو فعاليمكن أن يكون تقليل مساحة الحالة بمثابة تقييد لحركة الوحدات الفردية، مما يقللها إلى نوع من البدائيات الديناميكية تحت سيطرة خوارزمية تفاعل بسيطة نسبيًا.
هذا هو بالضبط المسار الذي سلكه المشاركون في مشروع Claytronics، باستخدام مبدأ تحريك الفراغات، أو "الثقوب"، كأساس لبناء الأشكال. نحصل على توضيح واضح لهذا المبدأ من خلال ملاحظة غليان الكتلة اللزجة - على سبيل المثال، الجبن المذاب. فقاعات الهواء التي ترتفع إلى السطح تشكل أولاً تحدبات عليها، ثم تنفجر وتترك الحفر والتجاويف لبعض الوقت. ولو أمكن التأثير على هذه العملية، في اللحظة المناسبة لتثبيت عمل الفقاعات سواء في المرحلة "المحدبة" أو في المرحلة "المقعرة"، لأصبح لدينا أداة لإعطاء هذا السطح الشكل المطلوب.
إن دور "الفقاعات" في كتلة الذرات سوف يلعبه "الثقب"، والذي تم تعريفه في المنشورات العلمية لمجموعة سيث جولدشتاين على أنه "حجم كمي سلبي". في النموذج ثنائي الأبعاد، "الثقب" هو فراغ على شكل مسدس يشغل حجم ذرة مركزية واحدة وستة "جيران" تحيط به. على طول محيط الفراغ، تصطف 12 قطة، يُشار إليها بمصطلح "الرعاة". لتحريك "ثقب" في كتلة من الذرات، تحتاج وحدات "الراعي" فقط إلى تخزين معلمتين في ذاكرتها: وجود "ثقب" تحيط به، وأحد اتجاهات الحركة المعينة عشوائيًا، وهو المجموع عددها ستة - حسب عدد الزوايا السداسية. وتبدأ الحركة عندما تبدأ الكاتومات "في الطليعة" بالتحرك نحو الجانب الخلفي من "الحفرة". ثم يتم إعادة بناء وحدات أخرى من مجموعة "الراعي"، ونتيجة لذلك، يتحرك الفراغ خطوة واحدة إلى الأمام، ويحدث جزئيًا تكوين "الرعاة". هناك شرطان مهمان: أولاً، في عملية الحركة، يجب ألا تدمر "الحفرة" مجموعة "الراعي" من "حفرة" أخرى، وثانياً، ألا تتمكن من القيام بحركات تؤدي إلى فقدان جزء خاص بها مجموعة "الراعي". سيحدث الأخير إذا كسرت "الثقب" الحدود بين كتلة الذرات والفضاء المحيط بها. إذا لم يتم تلبية هذين الشرطين، يتم تحديد اتجاه آخر للحركة.
والنتيجة هي شيء يشبه الحركة الفوضوية للجزيئات في الغاز المثالي. تتحرك "الثقوب" في اتجاهات مختارة عشوائيًا، وتصطدم ببعضها البعض وتتنافر من حدود كتلة الكاتوم التي توجد فيها، دون تدمير هذه الحدود.
وينشأ سؤال مشروع: إذا كانت "الثقوب" تتحرك بشكل فوضوي ولا تنتهك حدود كتلة الكاتوم، فكيف تعطي التجمع الشكل المطلوب؟ والحقيقة أن كل ما ورد في الفقرتين السابقتين لا ينطبق إلا على "حالة التوازن". لإخراج الفجوات من التوازن من خلال وصف طريقة عمل مختلفة يمكن الدخول فيها منطقة خاصةالتحولات. ينقسم حقل الإحداثيات بأكمله الذي تعمل فيه الكاتومات إلى مناطق مثلثة متساوية الحجم، تسمى "المناطق الثلاثية" - ويتم توصيل إحداثياتها إلى كل وحدة من وحدات التشغيل. يحتوي نفس حقل الإحداثيات على الشكل الهندسي للكائن، والذي يجب إعادة إنتاجه في النهاية باستخدام الوحدات النمطية. تصبح "المناطق الثلاث" التي يمر من خلالها مخطط الكائن المستقبلي نشطة. بمجرد دخولها، تبدأ القطط في التصرف وفقًا لنوعين من المهام - "النمو" أو "المحو"، والذي يتوافق مع إنشاء التحدبات أو التقعرات.
في "منطقة ثلاثية" مبرمجة للنمو، تنمو الذرات بشكل انتفاخ فوق الحافة الموجودة للكتلة، لتشكل "ثقبًا" جديدًا. على العكس من ذلك، في «المنطقة الثلاثة» المبرمجة «للمحو»، تقترب «الفتحة» التي تصل إلى هناك من حافة الكتلة وتنفتح، تاركة تقعرًا. تدريجيا، تغير التحدبات والتجاويف حدود الكتلة، وتجمعها مع محيط معين.
يُطلق على هذا النوع من التحكم في الأنظمة المعيارية اسم "إعادة التشكيل العشوائي". على عكس أنظمة "إعادة التشكيل الحتمية"، التي يتم فيها تحديد موضع كل وحدة في أي وقت بدقة، يتم هنا تقدير حركات الروبوتات الصغيرة والتحكم فيها إحصائيًا، ولا يهم موضع وحدة معينة. إنها الطريقة العشوائية المعترف بها اليوم باعتبارها الأكثر واعدة للأنظمة المعيارية كمية كبيرةعناصر حجم دون المليمتر. من الناحية المجازية، فإن تعلم العمل مع فقاعات الجبن المغلي أسهل بكثير من تعلم العمل مع الجزيئات الفردية التي تشكل الكتلة.
اقطع كل ما هو غير ضروري و... إلى آفاق جديدة
ظهور "طين إلكتروني" مكتمل - أي كتلة من الذرات، والتي ستشكل، بأمر من الكمبيوتر، صورًا متحركة ثلاثية الأبعاد، مطلية بألوان طبيعية وحتى تنقل خصائص الأسطح الأصلية - الآباء المؤسسون لمشروع Claytronics يتنبأون بمستقبل غامض. بتعبير أدق، على الرغم من بعض التحفظات، يتم تحديد الوقت الذي سنكون قادرين فيه على رؤية التجميعات ثلاثية الأبعاد من عدد كبيروحدات دون المليمترية. يجب أن يحدث هذا خلال 5-10 سنوات. في غضون ذلك، يعمل الباحثون مع نماذج كبيرة، وكذلك مع برنامج محاكاة، بمساعدة خوارزميات التفاعل بين القطط. على مدى العامين المقبلين، من المخطط الانتقال من القطط ثنائية الأبعاد إلى ثلاثية الأبعاد: عدة وحدات، تقع في البداية على متن طائرة، ستكون قادرة على التجمع بشكل مستقل في شكل مكاني - على سبيل المثال، في الهرم.
هل هذا يعني أنه حتى ظهور ذرة تعمل بكامل طاقتها، لا ينبغي لنا أن نتوقع نتائج عملية من عمل مجموعة سيث جولدشتاين؟ أطلق المطورون على أحد الأجهزة التي قد تظهر "في منتصف الطريق" اسم "فاكس ثلاثي الأبعاد". في ذلك، ستكون القطط قادرة على القيام بأشياء كثيرة، باستثناء شيء واحد - لن تحتاج إلى التحرك بالنسبة لبعضها البعض. المبدأ العامتشغيل هذا الجهاز هو على النحو التالي. سيتم وضع الكائن، الذي يجب إرسال نسخة مطبوعة ثلاثية الأبعاد منه عن بعد، في حاوية حيث سيتم تغطيته بالكامل بالقطط. من خلال تركيب سطح الكائن، ستحدد الوحدات موقعها بالنسبة لبعضها البعض، وبالتالي، تقوم بمسح معلمات سطح الكائن، ثم تنقلها إلى الكمبيوتر. على الجانب المتلقي، سيقوم كمبيوتر آخر بالإبلاغ عن الإحداثيات المستلمة لحاوية تحتوي على حبيبات رمل إلكترونية متصلة بها. داخل كفاف معين، سوف تلتصق الذرات ببعضها البعض تحت تأثير قوة الجذب المغناطيسي أو الكهروستاتيكي، بينما الجزء غير المستخدم من الكتلة سيبقى مفككًا. الآن يكفي، على حد تعبير أوغست رودين، "قطع كل شيء غير ضروري" - أو، أكثر دقة، التخلص من الرمال من النموذج النهائي.
معظمنا يعتقد ذلك التقنيات الحديثةلقد وصلت إلى الكثير مستوى عالأنه ببساطة لا يوجد مكان لمزيد من التطوير. ومع ذلك، فإن العلماء مرارا وتكرارا يدحضون هذا المفهوم الخاطئ.
التأكيد هو مادة قابلة للبرمجة، مما سيجعل من الممكن الحصول على كائنات ذات خصائص مختلفة بشكل أساسي من نفس البنية. على سبيل المثال، يمكن لمكتب مصنوع من هذه المواد، بناء على أمر المالك، أن يتحول تلقائيا إلى أريكة والظهر. الوضع مشابه لأشياء أخرى؛ إن تنفيذ الفكرة سيأخذها إلى مستوى جديد نوعياً، مما يجعل حياة الناس أسهل، ويحررهم من الروتين اليومي.
كيف ينبغي خلق المادة؟
لتطبيق مفهوم المادة القابلة للبرمجة، يجب استيفاء عدد من الشروط. أولا، للحفاظ على مجموعة من الكتل الأساسية الصحيحة: لضمان إنشاء منتجات كبيرة، ستكون هناك حاجة إلى "الطوب" المصغر، وإلا فلن يكون للكائن النهائي شكل صحيح هندسيا.
يمثل كل لبنة في الواقع روبوتًا مكتملًا، له مصدر الطاقة والتحكم الخاص به. يتم توفير التحكم المباشر من خلال أنظمة الذكاء الاصطناعي. بفضل خوارزميات التعلم الآلي، ستتمكن مجموعات من الروبوتات الصغيرة من التغلب على العقبات بشكل أكثر فعالية والتكيف مع التغيرات البيئية. وهذا يعني أن الطوب الصغير نفسه سيكون قادرًا على تحديد الشكل الأكثر ملاءمة لأداء مهمة معينة، ولهذا لا يحتاجون إلى التحول إلى جهاز بشري.
نطاق التطبيق
حتى الآن، لا يوجد المنتج الجديد إلا في شكل فكرة واعدة، لكن علماء المستقبل يقولون إن تنفيذه يمكن أن يكون مفيدًا في مجموعة متنوعة من المجالات:
- في الصناعة؛
- أثناء تشييد المباني والهياكل.
- في الحياة اليومية وغيرها من المجالات.
لقد تم بالفعل تقديم مثال على استخدام المواد القابلة للبرمجة للأغراض المنزلية. أما بالنسبة للتطبيق الصناعي لهذا المفهوم، ففي صناعة النسيج يمكن استخدام الفكرة لتطوير نسيج يمكنه تغيير كثافته عند الطلب. في الصناعة الثقيلة، يمكن تجسيد المبدأ في أنبوب، والذي، عند الطلب، قادر على التعزيز أو الضعف، وكذلك تغيير اتجاه تدفق الوسيط.
وبما أن تصميم وإنتاج الأجهزة الفردية أمر صعب للغاية، فليس من الصعب أن نتصور أن الأشياء المذكورة أعلاه، والتي يمكن أن تتحول إلى أشياء كثيرة مختلفة، ستكون معقدة للغاية. يطلق البروفيسور سكايلر تيبيتس من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا على هذه الطباعة اسم الطباعة رباعية الأبعاد. وقد حدد فريقه البحثي المكونات الأساسية للتجميع الذاتي كمجموعة بسيطة من وحدات البناء والطاقة والتفاعلات سريعة الاستجابة التي يمكن استخدامها لإعادة إنشاء أي مادة أو عملية تقريبًا. يعد التجميع الذاتي بإحداث اختراقات في العديد من الصناعات، من علم الأحياء إلى علوم المواد، وعلوم الكمبيوتر، والروبوتات، والتصنيع، والنقل، والبنية التحتية، والبناء، والفنون، والمزيد. حتى في الطبخ واستكشاف الفضاء.
لا تزال هذه المشاريع في مهدها، لكن مختبر التجميع الذاتي التابع لـ Tibbits وغيره قد وضعوا بالفعل الأساس لتطويرها.
على سبيل المثال، هناك مشروع للتجميع الذاتي للهواتف المحمولة. ما يتبادر إلى الذهن هو المصانع المخيفة حيث يتم تجميع الهواتف المحمولة بشكل مستقل من أجزاء مطبوعة ثلاثية الأبعاد على مدار الساعة، دون الحاجة إلى تدخل بشري أو آلي. ومن غير المرجح أن تطير مثل هذه الهواتف من على الرفوف مثل الكعك الساخن، ولكن تكلفة إنتاج مثل هذا المشروع ستكون ضئيلة. وهذا دليل على المفهوم.
إحدى العقبات الرئيسية التي يجب التغلب عليها في إنشاء مادة قابلة للبرمجة هي اختيار الكتل الأساسية الصحيحة. التوازن مهم. لإنشاء أجزاء صغيرة، لا تحتاج إلى "طوب" كبير جدًا، وإلا فإن الهيكل النهائي سيبدو متكتلًا. ولهذا السبب، قد لا تكون الكتل البرمجية الإنشائية مفيدة لبعض التطبيقات - على سبيل المثال، إذا كنت بحاجة إلى إنشاء أدوات للمعالجة الدقيقة. مع القطع الكبيرة، قد يكون من الصعب تصميم مجموعة من الأنسجة. ومن ناحية أخرى، إذا كانت الأجزاء صغيرة جدًا، فقد تنشأ مشاكل أخرى.
تخيل إعدادًا يتم فيه تمثيل كل جزء بواسطة روبوت صغير. يجب أن يكون لدى الروبوت مصدر طاقة وعقل، أو على الأقل نوع من مولد الإشارة ومعالج الإشارة، كل ذلك في وحدة مدمجة واحدة. يمكن للمرء أن يتخيل أنه يمكن محاكاة مجموعة من القوام والتوترات عن طريق تغيير قوة "الرابطة" بين الوحدات الفردية - يجب أن تكون الطاولة أصعب قليلاً من سريرك.
تم اتخاذ الخطوات الأولى في هذا الاتجاه من قبل أولئك الذين قاموا بتطوير الروبوتات المعيارية. هناك العديد من مجموعات العلماء الذين يعملون على هذا الأمر، بما في ذلك معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ولوزان وجامعة بروكسل.
في أحدث تكوين، يعمل روبوت واحد كقسم مركزي لصنع القرار (يمكنك تسميته بالدماغ)، ويمكن لروبوتات إضافية الانضمام إلى هذا القسم المركزي حسب الحاجة إذا كان شكل وبنية النظام العام بحاجة إلى تغيير. لا يوجد حاليًا سوى عشر وحدات فردية في النظام، ولكن مرة أخرى، يعد هذا دليلاً على مفهوم إمكانية التحكم في نظام الروبوت المعياري؛ ربما ستشكل الإصدارات الصغيرة من نفس النظام في المستقبل أساس مكونات المادة 3.0.
من السهل أن نتخيل كيف تتعلم هذه الحشود من الروبوتات، بمساعدة خوارزميات التعلم الآلي، التغلب على العقبات والاستجابة للتغيرات البيئية بشكل أسهل وأسرع من الروبوت الفردي. على سبيل المثال، يمكن للنظام الآلي أن يضبط نفسه بسرعة للسماح لرصاصة بالمرور دون أن تتضرر، وبالتالي تشكيل نظام غير معرض للخطر.
عندما يتعلق الأمر بالروبوتات، كان شكل الروبوت المثالي موضوعًا للكثير من الجدل. إحدى مسابقات الروبوتات الكبرى التي نظمتها وكالة مشاريع البحوث المتطورة الدفاعية (DARPA) مؤخرًا، وهي تحدي الروبوتات، فاز بها روبوت يمكنه التكيف. لقد هزم أطلس البشري الشهير بمجرد إضافة عجلة سمحت له بالتدحرج.
بدلاً من بناء الروبوتات على شكل أشخاص (على الرغم من أن هذا مفيد في بعض الأحيان)، يمكنك السماح لهم بالتطور والتطور والعثور على الشكل المثالي للمهمة. سيكون هذا مفيدًا بشكل خاص في حالة وقوع كارثة، عندما يمكن للروبوتات باهظة الثمن أن تحل محل البشر ولكن يجب أن تكون على استعداد للتكيف مع الظروف غير المتوقعة.
يتخيل العديد من المستقبليين إمكانية إنشاء روبوتات نانوية صغيرة يمكنها صنع أي شيء من المواد الخام. لكن هذا اختياري. المادة القابلة للبرمجة والتي يمكنها الاستجابة والتفاعل مع بيئتها ستكون مفيدة في أي تطبيقات صناعية. تخيل أنبوبًا يمكن أن يقوى أو يضعف حسب الحاجة، أو يغير اتجاه التدفق عند الطلب. أو قماش يمكن أن يصبح أكثر أو أقل كثافة حسب الظروف.
ما زلنا بعيدين عن الوقت الذي يمكن أن تتحول فيه أسرتنا إلى دراجات. ربما يكون الحل التقليدي ذو التقنية المنخفضة، كما هو الحال غالبًا، أكثر عملية واقتصادية. ولكن بينما يحاول البشر وضع شريحة في كل شيء غير صالح للأكل، فإن الأشياء غير الحية ستصبح أكثر حيوية كل عام.
وكان استمرارها المنطقي هو اختراق التكنولوجيا - الطباعة رباعية الأبعاد على أساس مفهوم المادة القابلة للبرمجة(مسألة قابلة للبرمجة، RM). إنها المادة، وليس المواد، هذه هي الطريقة التي يمكن إدراكها بها، حيث يمكننا هنا أن نرى الانتقال إلى عالم الفئات الفلسفية. تتمتع الطباعة رباعية الأبعاد بالقدرة على الارتقاء بالطباعة ثلاثية الأبعاد إلى مستوى جديد تمامًا من خلال تقديم بُعد آخر للتنظيم الذاتي: الوقت. إن تطور التكنولوجيا في المستقبل سيجلب تطبيقات جديدة للعالم في كافة مجالات الحياة، مما يوفر فرصاً غير مسبوقة في تحول المعلومات الرقمية عالم افتراضىإلى الأشياء المادية للعالم المادي. هذا - تكنولوجيا جديدةعلى مستوى السحر.
برمجة المادة (PM) هي مزيج من العلم والتكنولوجيا في إنشاء مواد جديدة تكتسب خاصية مشتركة لم تكن مرئية من قبل - لتغيير الشكل و / أو الخصائص (الكثافة، معامل المرونة، الموصلية، اللون، وما إلى ذلك) في الطريقة المستهدفة.
حتى الآن، يسير تطوير المادة القابلة للبرمجة في اتجاهين:
- تصنيع المنتجات باستخدام طرق الطباعة رباعية الأبعاد- طباعة الفراغات على الطابعات ثلاثية الأبعاد، ومن ثم تحويلها ذاتياً تحت تأثير عامل معين، على سبيل المثال الرطوبة أو الحرارة أو الضغط أو التيار أو الأشعة فوق البنفسجية أو أي مصدر آخر للطاقة (الشكل 1 و 2).
- صنع فوكسل(حرفيًا - وحدات البكسل الحجمية) على الطابعات ثلاثية الأبعاد التي يمكن توصيلها وفصلها لتكوين هياكل أكبر قابلة للبرمجة.
لوجود تنوع بيولوجي هائل على كوكبنا، هناك 22 وحدة بناء كافية - الأحماض الأمينية. لذلك، فإن الحيوانات والنباتات، التي تستهلك بعضها البعض، تعيد استخدام نفس المادة الحيوية تقريبًا. الحياة باستمرار في عملية الشفاء الذاتي والتنظيم الذاتي.
هذا النهج في البرمجة له إمكانات كبيرة جدًا. وبالتالي، فإن البكسل هو وحدة أولية للصورة الافتراضية لكائن ما، ويمكن أن يكون فوكسل وحدة مادية للكائن نفسه في العالم المادي. كلاهما يحمل تشبيهًا بالحمض الأميني. الوحدة الأولية للمادة هي الذرة، ولكن يمكن أن يكون هناك وحدات أولية أكثر بكثير للمادة المطبوعة والقابلة للبرمجة في التركيب والبنية والحجم. وكما كتب هود ليبسون وميلبا كورمان في كتابهما الجديد ملفق: العالم الجديد للطباعة ثلاثية الأبعاد: "باستخدام نوعين فقط من الفوكسيلات - الصلبة والناعمة - يمكنك إنشاء مجموعة واسعة من المواد. دعونا نضيف لهم فوكسلات موصلة ومكثفات ومقاومات ونحصل على لوحة إلكترونية. وإدراج المنشطات وأجهزة الاستشعار سيعطينا بالفعل روبوتًا..
أمثلة على الطباعة رباعية الأبعاد
أطلقت DARPA برنامجًا لتطوير تكنولوجيا برمجة المادة في عام 2007. وكان الهدف من البرنامج هو تطوير مواد جديدةومبادئ إنتاجها، ومنح المواد خصائص جديدة تمامًا. تقرير داربا بعنوان تحقيق المادة القابلة للبرمجةهي خطة متعددة السنوات لتصميم وبناء أنظمة روبوتية صغيرة الحجم يمكن أن تنمو لتصبح منشآت عسكرية كبيرة.
ومن الأمثلة على هذه الإنجازات " ميليموتين"(بروتين ميكانيكي)، تم تصميمه وتصنيعه في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. لقد مكنت المكونات بحجم ملليمتر والتصميم الميكانيكي المستوحى من البروتينات من تطوير نظام يمكنه الطي ذاتيًا إلى أشكال معقدة.
قام فريق جامعة كورنيل أيضًا بتطوير نظام آلي ذاتي التكرار وإعادة التشكيل ذاتيًا. في وقت لاحق، تم بناء أنظمة الروبوتات الصغيرة (الكتل M)، حيث تتمتع الكتل M الفردية بالقدرة على التحرك بشكل مستقل وإعادة ترتيب نفسها داخل النظام.
تتضمن تقنية الطباعة رباعية الأبعاد الأخرى تضمين الموصلات أو الأجزاء الموصلة مباشرة ("الطباعة") أثناء الطباعة ثلاثية الأبعاد لمهمة ما. بمجرد طباعة الكائن، يمكن تنشيط الأجزاء بواسطة إشارة خارجية لتشغيل الجهاز بأكمله. وهذا نهج ذو إمكانات كبيرة في مجالات مثل الروبوتات والبناء وصناعة الأثاث.
آخر تقنيات 4Dهي للاستخدام المواد المركبة ، القادرة على الحصول على أشكال معقدة مختلفة بناءً على مجموعة متنوعة من الخصائص الفيزيائية والميكانيكية. يتم تشغيل التحول عن طريق تدفق الحرارة أو الضوء بطول موجي محدد.
إن دمج أجهزة الاستشعار في الأجهزة المطبوعة ثلاثية الأبعاد يحمل أيضًا وعدًا كبيرًا. عن طريق الإدراج المواد النانويةيمكن إنشاؤها مركبات نانوية متعددة الوظائف، القادرة على تغيير الخصائص وفقًا للتغيرات في البيئة. على سبيل المثال، يمكن دمج أجهزة الاستشعار في المجال الطبي أدوات القياس- أجهزة قياس التوتر (لقياس ضغط الدم)، وأجهزة قياس السكر (لقياس مستويات السكر في الدم)، وما إلى ذلك.
عالم المستقبل المبرمج والمطبوع
لكن كل هذه الأمثلة تنتمي إلى تكنولوجيا الأمس. زيادة تعقيد الوحدات الفردية، واستخدام المواد النانوية والمواد الخام البديلة، وكذلك مصادر متعددةالتنشيط (الماء، الحرارة، الضوء، الخ) هو مرحلة مكتملة.
تخيل عالماً يمكن فيه للأشياء المادية - من أجنحة الطائرات إلى الأثاث والمباني - أن تغير شكلها أو خصائصها بأمر من الشخص أو استجابة مبرمجة للتغيير الظروف الخارجيةمثل درجة الحرارة أو الضغط أو الرياح أو المطر. في هذا العالم، ليست هناك حاجة إلى مواد خام جديدة - قطع الأخشاب، وصهر المعادن، واستخراج الفحم والنفط. لن يكون للإنتاج في المستقبل أي نفايات، ولا داعي للقلق بشأن إعادة تدوير البلاستيك أو جمع الخردة المعدنية.
سوف تنقسم المواد الجديدة تلقائيًا أو بناءً على أمر إلى جزيئات أو مكونات قابلة للبرمجة، والتي يمكن بعد ذلك إعادة استخدامها لتشكيل كائنات جديدة وأداء وظائف جديدة.
إمكانات طويلة المدى مادة قابلة للبرمجةوتكنولوجيا الطباعة رباعية الأبعاد جزء لا يتجزأ من خلق عالم أكثر استدامة بيئيا، حيث ستكون هناك حاجة إلى موارد أقل لتوفير المنتجات والخدمات للأعداد المتزايدة من سكان العالم.
واحد من اتجاهات واعدةإن تطوير الطباعة رباعية الأبعاد وبرمجة المادة هو تطوير مجموعات مخصصة من عدة وحدات فوكسل بأشكال مختلفة وبوظائف مختلفة، ومن ثم برمجتها لتطبيقات أكثر تخصصًا. من الناحية النظرية، يمكن تصنيع الفوكسيلات من المعدن، أو البلاستيك، أو السيراميك، أو أي مادة أخرى. تشبه المبادئ الأساسية لهذه التكنولوجيا عمل الحمض النووي والتنظيم الذاتي للأنظمة البيولوجية.
والتاريخ عامر بأمثلة التكنولوجيات الجديدة التي تعطل أسس التجارة العالمية والجغرافيا السياسية (على سبيل المثال، التلغراف والإنترنت). لقد أحدثت الطباعة ثلاثية الأبعاد تأثيرًا بالفعل، وسيكون لإدخال التقنيات رباعية الأبعاد تأثيرات أكبر.
المادة القابلة للبرمجة سيكون لها نطاق واسع من التطبيقات للأغراض العسكرية. تعمل الصناعة العسكرية الأمريكية بالفعل على تطوير الطباعة ثلاثية الأبعاد لقطع الغيار في الميدان، فضلاً عن تصميم "أسلحة مطبوعة" أرخص وأكثر ملاءمة وأخف وزناً. يصبح من غير الضروري نقل وتخزين الآلاف من قطع الغيار بالقرب من ساحة المعركة أو على متن السفن القتالية. "دلو من وحدات فوكسل" يكفي لإنتاج جزء فاشل؛ علاوة على ذلك، سيكون من الممكن استخدام كائنات غير ضرورية حاليًا لإنتاج أجزاء جديدة، لأنها مصنوعة من وحدات فوكسل قياسية.
ويبدو أن النتيجة روبوت ذاتي التحول على مقياس النانو، والذي أصبح تنفيذه قريبًا جدًا لدرجة أن فيلم Terminator لم يعد يبدو مثل الخيال العلمي.
ومع ذلك، في الطريق إلى هذا المستقبل الوردي، لا بد من الإجابة على عدد من الأسئلة:
التصميم كيفية برمجة CAD للعمل مع مادة قابلة للبرمجة، والتي تتضمن مكونات متعددة المقاييس ومتعددة العناصر، ولكن الأهم من ذلك - الأجزاء الثابتة والديناميكية؟ تطوير مواد جديدة كيفية إنشاء مواد ذات خصائص متعددة الوظائف وقدرات منطقية مدمجة؟ اتصالات فوكسل كيف يمكن التأكد من موثوقية اتصالات فوكسل؟ هل يمكن مقارنتها بمتانة المنتجات التقليدية، مع السماح بإعادة التشكيل أو إعادة التدوير بعد الاستخدام؟ مصادر الطاقة ما هي الأساليب التي ينبغي استخدامها لتوليد الطاقة في المصادر التي يجب أن تكون سلبية وقوية للغاية؟ كيف يمكن تخزين هذه الطاقة واستخدامها لتنشيط وحدات فوكسل الفردية وكامل المادة القابلة للبرمجة للمنتج؟ الإلكترونيات كيف يتم دمج التحكم الإلكتروني بشكل فعال أو إنشاء خصائص يمكن التحكم فيها للمادة نفسها على مقياس نانومتر؟ البرمجة كيفية البرمجة والعمل مع وحدات فوكسل فردية - رقمية ومادية؟ كيفية برمجة تغييرات الحالة؟ التقييس وإصدار الشهادات هل من الضروري وضع معايير خاصة لفوكسلات منتجات PM؟ السلامة كيف يمكن ضمان سلامة الأجزاء والمنتجات المصنوعة من PM؟
تهديدات ومخاطر العالم الجديد
على الرغم من حقيقة أن الطب الدقيق يمكن أن يكون له فوائد كبيرة للمجتمع ككل، مثل أي تكنولوجيا جديدة، إلا أنه يثير بعض المخاوف. لقد سيطرت شبكة الإنترنت على العالم أجمع، ونتيجة لذلك، أفلتت طبقات كاملة من النشاط الجماهيري من سيطرة السلطات. تخيل الآن أن العالم المادي يمكن أن يتغير بأكثر الطرق التي لا يمكن التنبؤ بها، والتي يمكن أن تشكل تهديدًا لسلامة الناس.
ما ينتظر الشخص في عالم المادة القابلة للبرمجة؟ ماذا لو تم اختراق برنامج تغيير أجنحة الطائرة في الجو، مما أدى إلى كارثة، فإن المواد المبرمجة للمباني ستنهار عند الطلب، مما يؤدي إلى دفن السكان بداخلها. لذلك، نحن الآن بحاجة إلى التفكير في كيفية برمجة و"خياطة" رموز الأمان في المواد من أجل منع مثل هذه الحوادث.
ويزعم بعض الخبراء أن نقاط الضعف البنيوية التي تعيب شبكة الإنترنت كانت متوقعة منذ البداية. تشبه مشاكل أمان PM تلك المشكلات التي تنشأ عند النظر في الأمن السيبراني في إطار مفهوم إنترنت الأشياء. تستحق نفس الاعتبارات التعبير عنها فيما يتعلق بالتهديد الأكثر إلحاحًا - وهو اختراق الكائنات القابلة للبرمجة المصنوعة من PM.
مفهوم الملكية الفكريةقد تصبح (الملكية الفكرية) أيضًا أكثر تعقيدًا لأن المنتجات القادرة على تغيير شكلها وخصائصها ستشكل تحديًا مباشرًا لمؤسسة حقوق براءات الاختراع. وكما هو الحال مع الطباعة ثلاثية الأبعاد، فإن المواد القابلة للبرمجة ستجعل من الصعب تحديد مالك منتج معين. ولكن بفضل الطباعة رباعية الأبعاد وPM، من الممكن عمل نسخ من الأشياء بنفس الأشكال والوظائف، أو تفعيل الإنتاج الذاتي للمنتجات. العواقب القانونية في حالة فشل أي مكون أصبحت أيضًا شيئًا من الماضي. من المسؤول إذا انكسر فجأة أحد مكونات المواد القابلة للبرمجة، مثل جزء من جناح الطائرة، في الجو؟ منتج أم مبرمج أم مطور لتصميم جديد أم منشئ مواد "ذكية"؟
أمام أعيننا، يتم كسر نموذج آخر - علمي وتكنولوجي واقتصادي واجتماعي وفلسفي. وكما هي الحال مع التكنولوجيات المتقدمة الأخرى، فلابد من طرح السؤال الرئيسي: هل المجتمع مستعد لمثل هذا العالم الرائع والخطير القابل للبرمجة؟
أم أننا سنلاحظ صورة مشابهة للوضع على شبكة الإنترنت الحديثة؟ فقط التطوير الشامل للمباني المبرمجة لا يمكن إغلاقه في لحظة واحدة، مثل موقع القراصنة.
ولا يقل خطورة عن الجانب الآخر من هذه التكنولوجيا، والذي يصمت عنه مؤلفو المفهوم بشكل متواضع. عالم المواد القابلة للبرمجة- هذه هي إمكانية السيطرة المطلقة على حياة جميع سكان الكوكب. عندما سيتم خياطة أجهزة الاستشعار المجهرية في كل مكان - في الملابس والأثاث والجدران الاصطناعية اعضاء داخلية– لن تكون هناك حاجة للشرطة أو الخدمات الخاصة.
سيتم التعامل مع منتهك القانون (يستحق التفكير في القوانين التي ستكون في العالم الجديد) من خلال كرسيه الخاص، وسيرسل الكبد إشارات بعناية إلى المركز حول جميع الحركات الخطيرة لمالكه. يمكن أن تتركز السيطرة الكاملة على أعداد كبيرة من السكان في أيدي "النخبة"، التي ستحتاج إلى الحد الأدنى من أفراد الخدمة.
يمكننا أن نتخيل هذا الموضوع لفترة طويلة، ولكن دعونا نأمل ألا ينتظر أطفالنا وأحفادنا مثل هذا الواقع المرير.
| فوائد التقنيات الجديدة | الطباعة ثلاثية الأبعاد | طباعة رباعية الأبعاد |
| إمكانية تصنيع المنتجات ذات الأشكال الأكثر تعقيدا | يؤدي وضع المواد الانتقائية إلى تقليل وزن المنتج بشكل كبير من خلال الطباعة هياكل الإطار. وتمتد حرية تصميم الشكل أيضًا إلى البنية الداخلية للمادة | حرية التصميم المطلقة. قدرة المنتج على تكييف شكله مع الظروف البيئية، سواء بشكل مستقل أو حسب الطلب |
| انخفاض تكاليف التصنيع | بالنسبة للطابعات ثلاثية الأبعاد، لا يوجد فرق في شكل طباعة المنتجات، وبالتالي يتم تقليل التكلفة ووقت الإنتاج بشكل كبير | بعد بدء العملية التكنولوجية، لم تعد هناك حاجة للتكلفة والوقت لتصحيح واختبار مصادر الطاقة والموصلات وأجهزة الاستشعار "المطبوعة"، وهو أمر مهم للغاية في إنتاج الإلكترونيات والروبوتات |
| تبسيط عمليات الإنتاج - الحد الأدنى من مشاركة المشغل البشري | نظرًا لأن الطباعة ثلاثية الأبعاد تنتج منتجات وفقًا لبرنامج موحد، أي تحت تحكم الكمبيوتر، يتم تقليل المشاركة البشرية إلى الحد الأدنى، وكذلك الوقت اللازم لتصنيع المنتجات | مع استخدام الطباعة رباعية الأبعاد، تزداد درجة تبسيط الإنتاج بشكل أكبر - فالبساطة الاستثنائية للعناصر المكونة تسمح بطباعتها بسرعة ثم تفعيلها بطريقة أو بأخرى. علاوة على ذلك، فإن العناصر المكونة لها قادرة على التكيف مع الظروف أثناء الإنتاج والنقل إلى المستخدم النهائي |
| الاختفاء من الخدمات اللوجستية لسلسلة التوريد وخطوط التجميع | يتم تصنيع المنتج النهائي، حتى لو كان معقدًا مثل السيارة، في مرحلة واحدة من عملية الإنتاج، لذا يصبح توفير قطع الغيار وتخزينها وتجميعها على الخطوط غير ضروري | حالة مشابهة لاستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد |
| إنتاج أي عدد من المنتجات - من الكتلة إلى المنتج الفردي | ستجعل الطباعة ثلاثية الأبعاد من الممكن إنتاج مجموعة كبيرة من المنتجات، ويمكن إعادة تشكيل خطوط الإنتاج بسهولة وسرعة لإنتاج منتج آخر. لا حاجة لبناء قطع الغيار | الوضع مشابه للطباعة ثلاثية الأبعاد، حيث سيتم طباعة جميع المكونات |
| تخصيص المنتج | نظرًا لأن تكلفة إنتاج الطباعة ثلاثية الأبعاد لا تعتمد على الإنتاج الضخم، فيمكن تعظيم تخصيص المنتج | تعدد استخدامات العناصر الفردية والتعبئة الإلكترونية القابلة للتعديل واستجابة المنتج لرغبات المستخدم والتكيف المستقل معه بيئةسوف يأخذ تخصيص المنتج إلى مستوى جديد. من الممكن تمامًا للمستخدم المستقبلي أن يشارك بشكل مباشر في الإنتاج |
| توزيع ليس المنتجات، ولكن مشاريعهم في الملفات | يمكن طباعة المنتجات من ملفات التصميم في أي مكان على هذا الكوكب باستخدام الطابعة المناسبة. علاوة على ذلك، يمكن نقلها إلى أي مكان باستخدام الإنترنت. | في عصر 4D، سيكون من الممكن رقمنة العالم المادي بأكمله. كل ما عليك فعله هو شراء مجموعة من الفوكسيلات، وتنزيل البرنامج من السحابة، ثم عمل العنصر المطلوب بنفسك |
| إن سد الفجوة بين المصمم والمنتج النهائي سيؤدي إلى موت المهن التقنية القديمة وظهور مهن جديدة | العلاقة بين المصمم والمنتج النهائي هي نفس العلاقة بين المبرمج والبرنامج النهائي | ينظر المصممون الآن إلى عملهم على أنه إنشاء كائنات ديناميكية متعددة الوظائف، وبالتالي فإن البرمجة الكاملة للعالم المادي تحفز ظهور جيل جديد من المتخصصين - مبرمجي المادة. ترتفع النمذجة العلمية والتعليمية إلى مستوى جديد بفضل إنشاء نماذج فيزيائية "ذكية" تعمل بكامل طاقتها، وتطوير أشكال جديدة عمل بحثيوالتدريب |
تم توفير المواد المتعلقة بموضوع "مواد التنظيم الذاتي" من قبل مجلة "نافذة الفرص"
