傳統(tǒng)材料已有幾十萬(wàn)種，新的品種還在以每年約5％的速度增加。然而沒(méi)有一種能像“可編程物質(zhì)”一樣與當(dāng)下日漸數(shù)字化的時(shí)代精神相契。物質(zhì)可編程的推想如果得到實(shí)現(xiàn)，人類將開(kāi)始營(yíng)造從工具到設(shè)計(jì)，從陳設(shè)到創(chuàng)造的嶄新動(dòng)態(tài)物質(zhì)環(huán)境。

安德魯· 錢(qián)的桌子上停著一輛車，大小只有真實(shí)汽車的1/20 ?！巴庑翁贤亮恕?，當(dāng)他的這個(gè)念頭一閃而過(guò)時(shí)，助手已經(jīng)輕輕地捏住車的后備箱?！斑@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?lián)碛辛艘粋€(gè)抬高的車尾。而模型的外形發(fā)生變化的每一個(gè)細(xì)節(jié)，都同時(shí)被一旁的電腦記錄下來(lái)。沒(méi)有延遲，也沒(méi)有誤差，因?yàn)檫@不是簡(jiǎn)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?？粗{(lán)色從車尾向車頭逐步轉(zhuǎn)化成紅色時(shí)，安德魯對(duì)助手說(shuō)：“這種可編程物質(zhì)要是開(kāi)發(fā)成功，PHOTOSHOP 和其他設(shè)計(jì)軟件統(tǒng)統(tǒng)要被斃掉了?！?/p>

從虛擬三維到擬真模型

安德魯與助手繼續(xù)調(diào)整仿真車的外觀設(shè)計(jì)。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(dāng)他最后把車廂后座順手拿掉，一輛中規(guī)中矩的轎車徹頭徹尾地變成了帥氣的跑車。這一幕發(fā)生在英特爾公司的研發(fā)部。（事實(shí)上，截止目前為止 “可編程物質(zhì)”并沒(méi)有完全實(shí)現(xiàn)，工程師們僅能依靠特制的半導(dǎo)體元件來(lái)演示設(shè)想中的概念。）

在他們的設(shè)想中，無(wú)數(shù)個(gè)體積細(xì)小，性質(zhì)相同的微粒組成就像是純凈的粘土一樣的可塑物質(zhì)。而電腦程序與這個(gè)可塑物質(zhì)同時(shí)在發(fā)生著數(shù)據(jù)交換，隨時(shí)把設(shè)計(jì)和創(chuàng)作的細(xì)節(jié)產(chǎn)生數(shù)字化的數(shù)據(jù)加以記錄、統(tǒng)計(jì)和處理，同時(shí)，被數(shù)字化的“塑造過(guò)程”也能反過(guò)來(lái)幫助創(chuàng)作。

可編程物質(zhì)(Programmable Matter) 于2008 年由英特爾首席技術(shù)官賈斯?。↗ustin Rattner）在美國(guó)舊金山召開(kāi)的英特爾信息技術(shù)峰會(huì)（Intel DeveloperForum）上提出，其目標(biāo)是希望提供一種全新的外殼材料以取代計(jì)算機(jī)設(shè)備的外殼、顯示屏和鍵盤(pán)等部件現(xiàn)在所使用的單一的材料，讓各種計(jì)算設(shè)備能夠像“變形金剛”一樣，實(shí)現(xiàn)靈活且有針對(duì)性的外觀形狀改變，以適應(yīng)不同的應(yīng)用模式和場(chǎng)景。

工程師們?cè)O(shè)想利用“可編程物質(zhì)”完成一項(xiàng)名為“動(dòng)態(tài)物理渲染”（Dynamic Physical Rendering）的研究。這個(gè)項(xiàng)目的目標(biāo)是研究如何生成各種真實(shí)的模型，并把它們使用在醫(yī)學(xué)、教育研究或計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)中。

比如，當(dāng)醫(yī)生在用微型診療設(shè)備對(duì)重癥病人進(jìn)行檢查時(shí)，需要實(shí)時(shí)確定設(shè)備在體內(nèi)的空間位置，以便于根據(jù)需要進(jìn)行操作。如果我們把醫(yī)學(xué)儀器收集的人體數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，那么就可以在電腦上生成一個(gè)虛擬的3D 人體模型。進(jìn)而，我們可以利用可編程物質(zhì)再把虛擬模型制成具有受檢患者個(gè)體特征的真實(shí)模型。這個(gè)模型不僅可以檢測(cè)出微型診療裝置在人體內(nèi)的三維空間坐標(biāo)，還可以看到診療裝置實(shí)施的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)軌跡。這將有利于醫(yī)生作出更準(zhǔn)確的判斷并采取更合理的措施，也是平面的掃描影像所無(wú)法做到的。

人造沙粒的聚合

優(yōu)質(zhì)的陶器來(lái)自純潔細(xì)膩而有黏性的陶土。然而我們對(duì)陶土無(wú)法做微觀到分子的數(shù)字處理。“可編程物質(zhì)”則設(shè)想每一個(gè)顆粒都可被控制。這是為什么它無(wú)法使用傳統(tǒng)的任何一種金屬或化合物來(lái)制備。

工程師們?cè)O(shè)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(wàn)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(guò)磁力緊密相連之后，就可以與電腦交換數(shù)據(jù)并且靈活地改變排列方式，從而實(shí)現(xiàn)各種各樣的變化。

英特爾在信息技術(shù)峰會(huì)上演示了運(yùn)用光蝕刻法（也就是現(xiàn)在用以生產(chǎn)硅芯片的技術(shù)）制造微型硅半球的新穎技術(shù)。這種微型硅半球是實(shí)現(xiàn)功能型Catom 智能部件的基本構(gòu)建模塊之一，它可以十分方便地將必要的計(jì)算和機(jī)械元件集成在一個(gè)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(qiáng)運(yùn)算能力的沙。

Catom 的一切“自由活動(dòng)”可以全部由電腦控制，而目前對(duì)它們的控制思路則完全是依據(jù)分子間活動(dòng)的規(guī)律。假設(shè)我們想用它來(lái)制作一面堅(jiān)固的盾，此時(shí)需要的是強(qiáng)度。我們可以用電腦把Catom 的“間距”這一欄數(shù)據(jù)變小，收到電腦的數(shù)據(jù)編程之后，Catom微粒就會(huì)釋放更強(qiáng)的相互作用力，把可編程物質(zhì)的緊密度提高。而當(dāng)使用可編程物質(zhì)制造的飛行器穿越幾萬(wàn)光年深入深邃而寒冷的太空，保持溫度也許會(huì)是當(dāng)務(wù)之急。此刻利用程序來(lái)控制已發(fā)展成納米級(jí)的Catom 微粒高速運(yùn)動(dòng)來(lái)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(yùn)作。

通過(guò)植入Catom 部件內(nèi)部的“色素細(xì)胞”，可編程物質(zhì)就可以像變色龍一樣隨意表現(xiàn)出不同的顏色了。讓我們暫且保守地假設(shè)電腦仍然將充當(dāng)它的控制平臺(tái)，此時(shí)只需要在程序調(diào)色板上選取顏色，“色素細(xì)胞”就隨之調(diào)整呈現(xiàn)，完成顏色變化。

運(yùn)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(zhì)在設(shè)計(jì)領(lǐng)域大展身手，但其超強(qiáng)可塑的第一特征，注定了它不會(huì)僅僅用來(lái)實(shí)現(xiàn)制造電腦鍵盤(pán)之類的簡(jiǎn)單用途。這種類似變色龍的特征一定會(huì)使它首先被廣泛使用在軍事領(lǐng)域。

想象一下當(dāng)導(dǎo)彈射向戰(zhàn)車，如果戰(zhàn)車的全部裝甲突然涌向前方，變形成為一個(gè)結(jié)構(gòu)致密、厚度是常態(tài)5 倍以上的盾牌時(shí)，會(huì)是一個(gè)什么樣的場(chǎng)景？顯然，這樣的反應(yīng)能力一方面取決于Catom 材料及其變種的開(kāi)發(fā)，同時(shí)也取決于控制Catom 行為的處理器的運(yùn)算能力。如果運(yùn)算能力不夠，會(huì)造成反應(yīng)力滯后，無(wú)疑會(huì)把戰(zhàn)斗單位變成一個(gè)個(gè)活靶子。但是，假設(shè)防御方擁有更強(qiáng)運(yùn)算能力的處理器，那么在被襲擊時(shí)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(zhì)密度降低成液態(tài)，允許攻擊導(dǎo)彈穿過(guò)而本身毫發(fā)無(wú)傷。而且，因?yàn)槊總€(gè)Catom 都是單獨(dú)的單位，理論上能夠支持個(gè)別處理，所以只要處理器足夠強(qiáng)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(dāng)運(yùn)算能力變得更強(qiáng)時(shí)，相應(yīng)的或許也會(huì)要求Catom 材料本身變得更高級(jí)。從目前的技術(shù)來(lái)看，除了微型硅原料，半導(dǎo)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(dǎo)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(lái)，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(shí)信息存儲(chǔ)量也會(huì)更大，到那時(shí)一個(gè)小小的Catom 智能部件可以同時(shí)制成醫(yī)學(xué)儀器、電腦鍵盤(pán)、汽車外殼等不同領(lǐng)域的產(chǎn)品。

事實(shí)上，早已經(jīng)進(jìn)入納米級(jí)競(jìng)爭(zhēng)的半導(dǎo)體行業(yè)，正在以每隔18 個(gè)月甚至更短的一個(gè)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(shí)可靠（雖無(wú)反證，但作為一條商業(yè)定律，其科學(xué)性仍飽受質(zhì)疑），目前尺寸仍較大的Catom原型顆粒向納米級(jí)進(jìn)軍應(yīng)該只是10 年內(nèi)的事。