Claytronics je sustav dizajniran za implementaciju koncepta programabilne materije, odnosno materijala kojim se može elektronički manipulirati u tri dimenzije na isti način na koji se dvodimenzionalnim slikama može manipulirati putem računalne grafike. Takvi materijali bi bili sastavljeni od “katoma” – atoma glinene kiseline – koji bi, u analogiji sa stvarnim atomima, bili najmanje nedjeljive jedinice programabilne materije. Svaki katom bi bio sposoban primati elektroničke upute, obraditi informacije i komunicirati s drugim katomima i pridržavati se njih. Skupine katoma bi se mogle kretati, ali bez pojedinačnih katoma koji imaju pokretne dijelove. Cilj je da se vrlo veliki broj iznimno malih katoma koristi u nano robotici, što omogućuje širok raspon primjena.
Osnovna jedinica claytronike, katom, sastoji se od samostalne strukture koja ima prijemnik ili antenu, središnju procesorsku jedinicu (CPU), napajanje, jedan ili više senzora, video zaslon i sredstva za pričvršćivanje i krećući se u odnosu na druge katome. Prianjanje se može postići magnetizmom ili elektrostatičkim silama, na primjer. Od 2011. godine provedena su uspješna ispitivanja s katomima relativno velikih razmjera koji se mogu pomicati jedan u odnosu na drugu u dvije dimenzije pomoću elektromagneta koji se mogu uključiti i isključiti prema potrebi. Očekuje se da će se katomi masovno proizvoditi na submilimetarskoj, pa čak i nanometarskoj skali, što će omogućiti manipulaciju zbirkama od milijuna katoma.
U claytronics, zbirke katoma se nazivaju “ansambli”. Svaki katom unutar cjeline može odrediti svoju lokaciju i, kombinirajući te informacije s nekim općim ciljem propisanim za cijeli ansambl, može odlučiti hoće li se povezati sa susjednim katomima ili će se pomaknuti u odnosu na njih. Na primjer, ansamblu bi se mogao dati cilj reproduciranja trodimenzionalnog objekta. U početku se pojedini katomi mogu kretati nasumično, ali kako koriste informacije koje su im dostavljene o objektu za reprodukciju u kombinaciji s informacijama o njihovom stanju i lokacijama iz njihove interne memorije i senzora, objekt se oblikuje kroz njihovu suradnju. akcijski.
Organiziranje ponašanja milijuna samostalnih jedinica zahtijeva razvoj novih programskih jezika vrlo različitih od onih koji se koriste za konvencionalne aplikacije. Na primjer, ne bi bilo moguće jedinstveno identificirati svaku jedinicu – one bi bile “anonimne” i tako se “program” ne bi sastojao od skupova specifičnih uputa poslanih određenim jedinicama. Umjesto toga, cilj bi bio preciziran, a suštinski autonomne jedinice ostavljene da se organiziraju slijedeći jednostavna pravila. U tu svrhu razvijena su dva programska jezika, Meld i Locally Distributed Predicates (LDP).
Jedna vjerojatna primjena za claytronics je 3-D faks uređaj koji bi omogućio reprodukciju trodimenzionalnih objekata iz prenesenih informacija. Iako su brojne druge mogućnosti predložene da se to postigne, vjerojatno je da bi claytronics tehnologija rezultirala mnogo bržom reprodukcijom. Objekt koji se reproducira mogao bi jednostavno biti zakopan ispod sloja katoma koji bi dobivali i prenijeli informacije o dimenzijama objekta prijemnom skupu katoma koji bi se zatim organizirali kako bi stvorili točnu reprodukciju. Druga mogućnost je “pario”, korak naprijed od videa koji omogućuje manipulaciju pokretnim trodimenzionalnim objektima, s mnogo mogućih upotreba u istraživanju, modeliranju, dizajnu i obrazovanju, kao i u zabavi.