[{"@context":"http:\/\/schema.org\/","@type":"BlogPosting","@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki8\/2020\/12\/10\/programmierbare-materie-wikipedia\/#BlogPosting","mainEntityOfPage":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki8\/2020\/12\/10\/programmierbare-materie-wikipedia\/","headline":"Programmierbare Materie – Wikipedia","name":"Programmierbare Materie – Wikipedia","description":"before-content-x4 Materie, die ihre physikalischen Eigenschaften auf programmierbare Weise \u00e4ndern kann Programmierbare Materie ist Materie, die in der Lage ist,","datePublished":"2020-12-10","dateModified":"2020-12-10","author":{"@type":"Person","@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki8\/author\/lordneo\/#Person","name":"lordneo","url":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki8\/author\/lordneo\/","image":{"@type":"ImageObject","@id":"https:\/\/secure.gravatar.com\/avatar\/44a4cee54c4c053e967fe3e7d054edd4?s=96&d=mm&r=g","url":"https:\/\/secure.gravatar.com\/avatar\/44a4cee54c4c053e967fe3e7d054edd4?s=96&d=mm&r=g","height":96,"width":96}},"publisher":{"@type":"Organization","name":"Enzyklop\u00e4die","logo":{"@type":"ImageObject","@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki4\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/download.jpg","url":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki4\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/download.jpg","width":600,"height":60}},"image":{"@type":"ImageObject","@id":"https:\/\/upload.wikimedia.org\/wikipedia\/commons\/9\/94\/Protein_translation.gif","url":"https:\/\/upload.wikimedia.org\/wikipedia\/commons\/9\/94\/Protein_translation.gif","height":"250","width":"250"},"url":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki8\/2020\/12\/10\/programmierbare-materie-wikipedia\/","wordCount":4841,"articleBody":"     (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});before-content-x4Materie, die ihre physikalischen Eigenschaften auf programmierbare Weise \u00e4ndern kann  Programmierbare Materie ist Materie, die in der Lage ist, ihre physikalischen Eigenschaften (Form, Dichte, Module, Leitf\u00e4higkeit, optische Eigenschaften usw.) auf programmierbare Weise basierend auf Benutzereingaben oder autonomer Erfassung zu \u00e4ndern.  Programmierbare Materie ist somit mit dem Konzept eines Materials verbunden, das von Natur aus die F\u00e4higkeit besitzt, eine Informationsverarbeitung durchzuf\u00fchren.Table of ContentsGeschichte[edit]N\u00e4hert sich[edit]Beispiele[edit]“Einfach”[edit]Komplexe Fl\u00fcssigkeiten[edit]Metamaterialien[edit]Formver\u00e4ndernde Molek\u00fcle[edit]Elektropermanente Magnete[edit]Robotik-basierte Ans\u00e4tze[edit]Selbstrekonfigurierende modulare Robotik[edit]Claytronics[edit]Zellul\u00e4re Automaten[edit]Quantent\u00f6pfe[edit]Synthetische Biologie[edit]Siehe auch[edit]Verweise[edit]Weiterf\u00fchrende Literatur[edit]Externe Links[edit]Geschichte[edit]Programmierbare Materie ist ein Begriff, der urspr\u00fcnglich 1991 von Toffoli und Margolus gepr\u00e4gt wurde, um sich auf ein Ensemble feink\u00f6rniger, im Raum angeordneter Computerelemente zu beziehen.[1]    Ihre Arbeit beschreibt ein Computersubstrat, das aus feink\u00f6rnigen Rechenknoten besteht, die im gesamten Raum verteilt sind und nur \u00fcber Interaktionen mit dem n\u00e4chsten Nachbarn kommunizieren.  In diesem Zusammenhang bezieht sich programmierbare Materie auf Rechenmodelle, die zellul\u00e4ren Automaten und Gittergasautomaten \u00e4hnlich sind.[2]    Die CAM-8-Architektur ist ein Beispiel f\u00fcr die Hardware-Realisierung dieses Modells.[3]    Diese Funktion wird in einigen Formen der selbstreplizierenden Maschinenwissenschaft auch als “Digital Referenced Areas” (DRA) bezeichnet.[4]  In den fr\u00fchen neunziger Jahren wurde in der rekonfigurierbaren modularen Robotik mit einer Philosophie, die der programmierbaren Materie \u00e4hnelt, viel Arbeit geleistet.[4]Mit dem Fortschritt der Halbleitertechnologie, Nanotechnologie und selbstreplizierenden Maschinentechnologie hat sich die Verwendung des Begriffs programmierbare Materie ge\u00e4ndert, um der Tatsache Rechnung zu tragen, dass es m\u00f6glich ist, ein Ensemble von Elementen aufzubauen, die “programmiert” werden k\u00f6nnen, um ihre physikalischen Eigenschaften zu \u00e4ndern Realit\u00e4t, nicht nur in der Simulation.  So bedeutet programmierbare Materie “jede Sch\u00fcttg\u00fcter, die so programmiert werden kann, dass sie ihre physikalischen Eigenschaften \u00e4ndert”.Im Sommer 1998 pr\u00e4gten Wil McCarthy und G. Snyder in einer Diskussion \u00fcber k\u00fcnstliche Atome und programmierbare Materie den Begriff “Quanten-Wellstone” (oder einfach “Wellstone”), um diese hypothetische, aber plausible Form programmierbarer Materie zu beschreiben.  McCarthy hat den Begriff in seiner Fiktion verwendet.Im Jahr 2002 starteten Seth Goldstein und Todd Mowry das Claytronics-Projekt an der Carnegie Mellon University, um die zugrunde liegenden Hardware- und Softwaremechanismen zu untersuchen, die zur Realisierung programmierbarer Materie erforderlich sind.  Im Jahr 2004 untersuchte die DARPA-Gruppe f\u00fcr Informationswissenschaft und -technologie (ISAT) das Potenzial programmierbarer Materie.  Dies f\u00fchrte zu der Studie “Realizing Programmable Matter” (2005\u20132006), in der ein mehrj\u00e4hriges Programm f\u00fcr die Erforschung und Entwicklung programmierbarer Materie vorgestellt wurde.Im Jahr 2007 war programmierbare Materie Gegenstand einer DARPA-Forschungswerbung und eines anschlie\u00dfenden Programms.[5][6]N\u00e4hert sich[edit]Eine “einfache” programmierbare Angelegenheit, bei der sich das programmierbare Element au\u00dferhalb des Materials befindet.  Magnetisierte nicht-Newtonsche Fl\u00fcssigkeit, die St\u00fctzs\u00e4ulen bildet, die St\u00f6\u00dfen und pl\u00f6tzlichem Druck widerstehen.  In einer Denkrichtung k\u00f6nnte die Programmierung au\u00dferhalb des Materials liegen und durch “Anlegen von Licht, Spannung, elektrischen oder magnetischen Feldern usw.” erreicht werden.  (McCarthy 2006).  Beispielsweise ist eine Fl\u00fcssigkristallanzeige eine Form programmierbarer Materie.  Eine zweite Denkrichtung ist, dass die einzelnen Einheiten des Ensembles rechnen k\u00f6nnen und das Ergebnis ihrer Berechnung eine \u00c4nderung der physikalischen Eigenschaften des Ensembles ist.  Ein Beispiel f\u00fcr diese ehrgeizigere Form programmierbarer Materie ist die Tontronik.Es gibt viele vorgeschlagene Implementierungen programmierbarer Materie.  Die Skalierung ist ein wesentliches Unterscheidungsmerkmal zwischen verschiedenen Formen programmierbarer Materie.  An einem Ende des Spektrums verfolgt die rekonfigurierbare modulare Robotik eine Form programmierbarer Materie, bei der die einzelnen Einheiten im Zentimetergr\u00f6\u00dfenbereich liegen.[4][7][8]Am nanoskaligen Ende des Spektrums gibt es eine enorme Anzahl verschiedener Grundlagen f\u00fcr programmierbare Materie, angefangen von formver\u00e4ndernden Molek\u00fclen[9]  zu Quantenpunkten.  Quantenpunkte werden in der Tat oft als k\u00fcnstliche Atome bezeichnet.  Beispiele im Mikrometer- bis Submillimeterbereich umfassen MEMS-basierte Einheiten, Zellen, die mithilfe der synthetischen Biologie erstellt wurden, und das Utility-Fog-Konzept.Eine wichtige Untergruppe programmierbarer Materie sind Robotermaterialien, die die strukturellen Aspekte eines Verbundwerkstoffs mit den Vorteilen kombinieren, die die enge Integration von Sensoren, Aktoren, Berechnung und Kommunikation bietet.[10]  w\u00e4hrend auf die Rekonfiguration durch Partikelbewegung verzichtet wird.Beispiele[edit]Es gibt viele Vorstellungen von programmierbarer Materie und damit viele diskrete Wege der Forschung unter Verwendung des Namens.  Im Folgenden finden Sie einige spezifische Beispiele f\u00fcr programmierbare Materie.“Einfach”[edit]Dazu geh\u00f6ren Materialien, die ihre Eigenschaften aufgrund von Eingaben \u00e4ndern k\u00f6nnen, jedoch nicht in der Lage sind, komplexe Berechnungen selbst durchzuf\u00fchren.Komplexe Fl\u00fcssigkeiten[edit]Die physikalischen Eigenschaften mehrerer komplexer Fl\u00fcssigkeiten k\u00f6nnen durch Anlegen eines Stroms oder einer Spannung ver\u00e4ndert werden, wie dies bei Fl\u00fcssigkristallen der Fall ist.Metamaterialien[edit]Metamaterialien sind k\u00fcnstliche Verbundwerkstoffe, die so gesteuert werden k\u00f6nnen, dass sie auf eine Weise reagieren, die in der Natur nicht vorkommt.  Ein Beispiel, das von David Smith und dann von John Pendry und David Schuri entwickelt wurde, ist ein Material, dessen Brechungsindex so eingestellt werden kann, dass es an verschiedenen Stellen im Material einen unterschiedlichen Brechungsindex aufweist.  Bei richtiger Abstimmung kann dies zu einem “Unsichtbarkeitsumhang” f\u00fchren.Ein weiteres Beispiel f\u00fcr programmierbares mechanisches Metamaterial pr\u00e4sentieren Bergamini et al.[11]  Hier wird ein Durchlassband innerhalb der phononischen Bandl\u00fccke eingef\u00fchrt, indem die variable Steifheit von piezoelektrischen Elementen ausgenutzt wird, die Aluminiumst\u00fcmpfe mit der Aluminiumplatte verbinden, um einen phononischen Kristall zu erzeugen, wie in der Arbeit von Wu et al.[12]  Die piezoelektrischen Elemente werden \u00fcber synthetische Induktivit\u00e4ten gegen Masse geschaltet.  Um die Resonanzfrequenz des LC-Schaltkreises, der durch das Piezoelektrikum und die Induktoren gebildet wird, weisen die piezoelektrischen Elemente eine Steifheit nahe Null auf, wodurch die Stichleitungen effektiv von der Platte getrennt werden.  Dies wird als Beispiel f\u00fcr programmierbares mechanisches Metamaterial angesehen.[11]Formver\u00e4ndernde Molek\u00fcle[edit]Ein aktives Forschungsgebiet sind Molek\u00fcle, die ihre Form sowie andere Eigenschaften als Reaktion auf \u00e4u\u00dfere Reize \u00e4ndern k\u00f6nnen.  Diese Molek\u00fcle k\u00f6nnen einzeln oder in gro\u00dfen Mengen verwendet werden, um neue Arten von Materialien zu bilden.  Zum Beispiel hat die Gruppe von J Fraser Stoddart an der UCLA Molek\u00fcle entwickelt, die ihre elektrischen Eigenschaften \u00e4ndern k\u00f6nnen.[9]Elektropermanente Magnete[edit]Ein elektropermanenter Magnet ist eine Art Magnet, der sowohl aus einem Elektromagneten als auch einem Permanentmagneten aus zwei Materialien besteht, wobei das vom Elektromagneten erzeugte Magnetfeld verwendet wird, um die Magnetisierung des Permanentmagneten zu \u00e4ndern.  Der Permanentmagnet besteht aus magnetisch harten und weichen Materialien, deren Magnetisierung nur f\u00fcr das weiche Material ge\u00e4ndert werden kann.  Wenn die magnetisch weichen und harten Materialien entgegengesetzte Magnetisierungen aufweisen, hat der Magnet kein Nettofeld, und wenn sie ausgerichtet sind, zeigt der Magnet ein magnetisches Verhalten.[13]Sie erm\u00f6glichen die Erzeugung steuerbarer Permanentmagnete, bei denen der magnetische Effekt aufrechterhalten werden kann, ohne dass eine kontinuierliche Versorgung mit elektrischer Energie erforderlich ist.  Aus diesen Gr\u00fcnden sind elektropermanente Magnete wesentliche Bestandteile der Forschungsstudien, die darauf abzielen, programmierbare Magnete zu bauen, die zu selbstbildenden Strukturen f\u00fchren k\u00f6nnen.[13][14]Robotik-basierte Ans\u00e4tze[edit]Selbstrekonfigurierende modulare Robotik[edit]Die selbstrekonfigurierende modulare Robotik ist ein Bereich der Robotik, in dem eine Gruppe grundlegender Robotermodule zusammenarbeitet, um dynamisch Formen zu bilden und Verhaltensweisen zu erstellen, die f\u00fcr viele Aufgaben geeignet sind, \u00e4hnlich wie bei programmierbarer Materie.  SRCMR zielt darauf ab, viele Arten von Objekten oder Systemen durch die Einf\u00fchrung vieler neuer M\u00f6glichkeiten erheblich zu verbessern.  Zum Beispiel: 1. Am wichtigsten ist die unglaubliche Flexibilit\u00e4t, die sich aus der F\u00e4higkeit ergibt, die physische Struktur und das Verhalten einer L\u00f6sung durch \u00c4ndern der Software zur Steuerung von Modulen zu \u00e4ndern.  2. Die F\u00e4higkeit zur Selbstreparatur durch automatisches Ersetzen eines defekten Moduls macht die SRCMR-L\u00f6sung unglaublich widerstandsf\u00e4hig.  3. Reduzierung des \u00f6kologischen Fu\u00dfabdrucks durch Wiederverwendung derselben Module in vielen verschiedenen L\u00f6sungen.  Die selbstrekonfigurierende modulare Robotik erfreut sich einer lebendigen und aktiven Forschungsgemeinschaft.[15]Claytronics[edit]Die Claytronik ist ein aufstrebendes Gebiet der Technik in Bezug auf rekonfigurierbare nanoskalige Roboter (“Claytronic-Atome” oder Katome) entwickelt, um viel gr\u00f6\u00dfere Maschinen oder Mechanismen zu bilden.  Die Katome werden Sub-Millimeter-Computer sein, die sich schlie\u00dflich bewegen, mit anderen Computern kommunizieren, die Farbe \u00e4ndern und sich elektrostatisch mit anderen Katomen verbinden k\u00f6nnen, um andere Formen zu bilden.Zellul\u00e4re Automaten[edit]Zellul\u00e4re Automaten sind ein n\u00fctzliches Konzept, um einige der Konzepte diskreter Einheiten zu abstrahieren, die interagieren, um ein gew\u00fcnschtes Gesamtverhalten zu erzielen.Quantent\u00f6pfe[edit]Quantent\u00f6pfe k\u00f6nnen ein oder mehrere Elektronen aufnehmen.  Diese Elektronen verhalten sich wie k\u00fcnstliche Atome, die wie echte Atome kovalente Bindungen bilden k\u00f6nnen, aber diese sind extrem schwach.  Aufgrund ihrer gr\u00f6\u00dferen Gr\u00f6\u00dfe unterscheiden sich auch andere Eigenschaften erheblich.Synthetische Biologie[edit]  Die synthetische Biologie ist ein Gebiet, das darauf abzielt, Zellen mit “neuartigen biologischen Funktionen” zu konstruieren.[citation needed]    Solche Zellen werden normalerweise verwendet, um gr\u00f6\u00dfere Systeme (z. B. Biofilme) zu erzeugen, die unter Verwendung synthetischer Gennetzwerke wie genetischer Kippschalter “programmiert” werden k\u00f6nnen, um ihre Farbe, Form usw. zu \u00e4ndern. Solche bioinspirierten Ans\u00e4tze zur Materialherstellung wurden unter Verwendung von demonstriert Selbstorganisierende bakterielle Biofilmmaterialien, die f\u00fcr bestimmte Funktionen wie Substratadh\u00e4sion, Nanopartikel-Templating und Proteinimmobilisierung programmiert werden k\u00f6nnen.[16]Siehe auch[edit]Verweise[edit]^ Toffoli, Tommaso;  Margolus, Norman (1991). “Programmierbare Materie: Konzepte und Realisierung”. Physica D.. 47 (1\u20132): 263\u2013272.  Bibcode:1991PhyD … 47..263T.  doi:10.1016 \/ 0167-2789 (91) 90296-L.^ Rothman, DH;  Zaleski, S. (2004) [1997]. Gittergaszellularautomaten.  Cambridge University Press.  ISBN 9780521607605.^ “CAM8: eine parallele, einheitliche, skalierbare Architektur f\u00fcr das Experimentieren mit zellul\u00e4ren Automaten”.  Ai.mit.edu.  Abgerufen 2013-04-10.^ ein b c http:\/\/www.geocities.com\/charles_c_22191\/temporarypreviewfile.html?1205202563050[dead link]^ “DARPA-Forschungswerbung”.  Archiviert von das Original am 15. Juli 2009.^ DARPA Strategic Thrusts: Programmierbare Materie Archiviert 12. Dezember 2010 an der Wayback-Maschine^ Forschung^ [1]^ ein b “UCLA Chemie und Biochemie”.  Stoddart.chem.ucla.edu.  Archiviert von das Original am 12.10.2004.  Abgerufen 2013-04-10.^ MA McEvoy und N. Correll.  Materialien, die Wahrnehmung, Bet\u00e4tigung, Berechnung und Kommunikation verbinden. Wissenschaft 347 (6228), 2015.^ ein b Bergamini, Andrea;  Delpero, Tommaso;  De Simoni, Luca;  Di Lillo, Luigi;  Ruzzene, Massimo;  Ermanni, Paolo (2014).  “Phononischer Kristall mit adaptiver Konnektivit\u00e4t”. Fortgeschrittene Werkstoffe. 2 (9).  S. 1343\u20131347.  doi:10.1002 \/ adma.201305280.  ISSN 0935-9648.^ Wu, Tsung-Tsong;  Huang, Zi-Gui;  Tsai, Tzu-Chin;  Wu, Tzung-Chen (2008).  “Nachweis einer vollst\u00e4ndigen Bandl\u00fccke und Resonanzen in einer Platte mit periodisch stoppeliger Oberfl\u00e4che”. Angewandte Physik Briefe. 93 (11).  p.  111902. doi:10.1063 \/ 1.2970992.  ISSN 0003-6951.^ ein b Deyle, Travis (2010). “Elektropermanente Magnete: Programmierbare Magnete ohne statischen Stromverbrauch erm\u00f6glichen die kleinsten modularen Roboter, die es je gab.”.  HiZook.  Abgerufen 2012-04-06.^ Hardesty, Larry (2012). “Selbstformender Sand”.  MIT.  Abgerufen 2012-04-06.^ (Yim et al. 2007, S. 43\u201352) Ein \u00dcberblick \u00fcber die j\u00fcngsten Arbeiten und Herausforderungen^ Nguyen, Peter (17. September 2014). “Programmierbare Materialien auf Biofilmbasis aus technischen Curli-Nanofasern”. Naturkommunikation. 5: 4945. Bibcode:2014NatCo … 5.4945N.  doi:10.1038 \/ ncomms5945.  PMID 25229329.Weiterf\u00fchrende Literatur[edit]Goldstein, Seth Copen;  Campbell, Jason;  Mowry, Todd C. (Juni 2005). “Programmierbare Materie”. IEEE-Computer. 38 (6): 99\u2013101.  doi:10.1109 \/ MC.2005.198.McCarthy, Wil (2006). “FAQ zu programmierbarer Materie”. Natur. 407 (6804): 569. doi:10.1038 \/ 35036656.  PMID 11034188.  S2CID 5242445.McCarthy, Wil (2003). Hacking Matter: Schwebende St\u00fchle, Quantum Mirages und die unendliche Verr\u00fccktheit programmierbarer Atome.  New York: Grundlegende B\u00fccher.  ISBN 978-0-465-04428-3.Yim, Mark;  Shen, Wei-Min;  Salemi, Behnam;  Rus, Daniela;  Moll, Mark;  Lipson, Hod;  Klavins, Eric;  Chirikjian, Gregory (M\u00e4rz 2007).  “Modulare selbstrekonfigurierbare Robotersysteme”. IEEE Robotics & Automation Magazine. 14 (1): 43. doi:10.1109 \/ MRA.2007.339623.  S2CID 11100988.Externe Links[edit]     (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});after-content-x4"},{"@context":"http:\/\/schema.org\/","@type":"BreadcrumbList","itemListElement":[{"@type":"ListItem","position":1,"item":{"@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki8\/#breadcrumbitem","name":"Enzyklop\u00e4die"}},{"@type":"ListItem","position":2,"item":{"@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki8\/2020\/12\/10\/programmierbare-materie-wikipedia\/#breadcrumbitem","name":"Programmierbare Materie – Wikipedia"}}]}]