Matéria Programável: As pessoas vão conjurar objetos com a mesma facilidade com que agora tocamos música ou filmes
De Fouad Sabry
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Sobre este e-book
O que é matéria programável
Matéria programável é a matéria que tem a capacidade de alterar suas propriedades físicas de forma programável, com base na entrada do usuário ou sensor autônomo. A matéria programável está, assim, ligada ao conceito de um material que possui inerentemente a capacidade de realizar o processamento de informações.
Como você se beneficiará
(I) Insights e validações sobre os seguintes tópicos:
Capítulo 1: Matéria programável
Capítulo 2: Metamaterial
Capítulo 3: Ímã eletropermanente
Capítulo 4: Robô modular auto-reconfigurado
Capítulo 5: Claytronics
Capítulo 6: Autômato celular
Capítulo 7: Poço quântico
Capítulo 8: Biologia sintética
(II) Responder às principais perguntas do público sobre matéria programável.
(III) Exemplos do mundo real para o uso de matéria programável em muitos campos.
(IV) 17 apêndices para explicar, resumidamente, 266 tecnologias emergentes em cada setor para ter uma compreensão completa de 360 graus das tecnologias de matéria programável.
Para quem é este livro
Profissionais, estudantes de graduação e pós-graduação, entusiastas, hobistas e aqueles que desejam ir além do conhecimento básico ou da informação para qualquer tipo de assunto programável.
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Matéria Programável - Fouad Sabry
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Um bilião de conhecimentos
Matéria programável
As pessoas vão conjurar objetos tão facilmente como agora tocamos música ou filmes
Fouad Sabry
Direitos autorais
Matéria Programável Copyright © 2021 por Fouad Sabry. Todos os direitos reservados.
Todos os direitos reservados. Nenhuma parte deste livro pode ser reproduzida sob qualquer forma ou por qualquer meio eletrónico ou mecânico, incluindo sistemas de armazenamento e recuperação de informações, sem autorização por escrito do autor. A única exceção é por um revisor, que pode citar pequenos excertos numa revisão.
Capa desenhada por Fouad Sabry.
Este livro é uma obra de ficção. Nomes, personagens, lugares e incidentes são produtos da imaginação do autor ou são usados de forma fictícia. Qualquer semelhança com pessoas reais, vivas ou mortas, eventos ou locais é inteiramente coincidência.
Bónus
Pode enviar um e-mail para 1BKOfficial.Org+ProgrammableMatter@gmail.com com a rubrica Matéria Programável: As pessoas vão conjurar objetos tão facilmente quanto agora tocamos música ou filmes
, e receberá um e-mail que contém os primeiros capítulos deste livro.
Fouad Sabry
Visite o site 1BK em
www.1BKOfficial.org
Prefácio
Por que escrevi este livro?
A história de escrever este livro começou em 1989, quando eu era estudante na Escola Secundária de Estudantes Avançados.
É notavelmente como as escolas STEM (Ciência, Tecnologia, Engenharia e Matemática), que estão agora disponíveis em muitos países avançados.
O STEM é um currículo baseado na ideia de educar os alunos em quatro disciplinas específicas - ciência, tecnologia, engenharia e matemática - numa abordagem interdisciplinar e aplicada. Este termo é normalmente usado para abordar uma política de educação ou uma escolha curricular nas escolas. Tem implicações no desenvolvimento da força de trabalho, nas preocupações de segurança nacional e na política de imigração.
Havia uma aula semanal na biblioteca, onde cada aluno é livre de escolher qualquer livro e ler durante 1 hora. O objetivo da aula é incentivar os alunos a lerem outras disciplinas que não o currículo educativo.
Na biblioteca, enquanto olhava para os livros nas prateleiras, notei livros enormes, num total de 5.000 páginas em 5 partes. O nome dos livros é A Enciclopédia da Tecnologia
, que descreve tudo à nossa volta, from absoluto zero a semicondutores, quase todas as tecnologias, na altura, foram explicadas com ilustrações coloridas e palavras simples. Comecei a ler a enciclopédia, e claro, não consegui terminá-la na aula semanal de 1 hora.
Então, convenci o meu pai a comprar a enciclopédia. O meu pai comprou-me todas as ferramentas tecnológicas no início da minha vida, o primeiro computador e a primeira enciclopédia tecnológica, e ambos têm um grande impacto em mim e na minha carreira.
Terminei toda a enciclopédia nas mesmas férias de verão deste ano, e então comecei a ver como o universo funciona e como aplicar esse conhecimento aos problemas do dia-a-dia.
A minha paixão pela tecnologia começou há mais de 30 anos e ainda assim a viagem continua.
Este livro faz parte da Enciclopédia das Tecnologias Emergentes
que é a minha tentativa de dar aos leitores a mesma experiência incrível que tive quando andava no liceu, mas em vez de tecnologiasdo séculoXX, estou mais interessado nas tecnologias emergentes do século XXI, aplicações e soluções industriais.
A Enciclopédia das Tecnologias Emergentes
será composta por 365 livros, cada livro será focado numa única tecnologia emergente. Pode ler a lista de tecnologias emergentes e a sua categorização pela indústria na parte de Em breve
, no final do livro.
365 livros para dar aos leitores a oportunidade de aumentar os seus conhecimentos sobre uma única tecnologia emergente todos os dias, no decurso de um ano.
Introdução
Como escrevi este livro?
Em todos os livros de A Enciclopédia das Tecnologias Emergentes
, estou a tentar obter insights instantâneos, de pesquisa bruta, diretamente das mentes das pessoas, tentando responder às suas perguntas sobre a tecnologia emergente.
Há 3 mil milhões de pesquisas no Google todos os dias, e 20% delas nunca foram vistas antes. São como uma linha direta para os pensamentos das pessoas.
Às vezes, é Como é que retiro o encravamento de papel
. Outras vezes, são os medos e os desejos secretos que só se atreveriam a partilhar com o Google.
Na minha busca para descobrir uma mina de ouro inexplorada de ideias de conteúdo sobre Matéria Programável
, uso muitas ferramentas para ouvir dados autocompletos de motores de busca como o Google, e rapidamente escolho todas as frases e perguntas úteis, as pessoas estão a perguntar em torno da palavra-chave Matéria Programável
.
É uma mina de ouro de pessoas introspeção, posso usar para criar conteúdo fresco, ultra-útil, produtos e serviços. Do tipo que pessoas, como tu, realmente querem.
As pesquisas de pessoas são o conjunto de dados mais importante alguma vez recolhido na psique humana. Portanto, este livro é um produto ao vivo, e constantemente atualizado por cada vez mais respostas para novas perguntas sobre Matéria Programável
, feitas por pessoas, tal como tu e eu, a questionarem-se sobre esta nova tecnologia emergente e gostariam de saber mais sobre isso.
A abordagem para escrever este livro é obter um nível mais profundo de compreensão de como as pessoas procuram em torno de Matéria Programável
, revelando perguntas e perguntas que eu não pensaria necessariamente fora da minha cabeça, e respondendo a estas perguntas em palavras super fáceis e digestivas, e para navegar o livro de uma forma simples.
Por isso, quando se trata de escrever este livro, assegurei-me de que está o mais otimizado e direcionado possível. Este propósito do livro está a ajudar as pessoas a compreenderem e a desenvolverem os seus conhecimentos sobre a Matéria Programável
. Estou a tentar responder as perguntas das pessoas o mais de perto possível e a mostrar muito mais.
É uma forma fantástica e bonita de explorar questões e problemas que os povos têm e responder diretamente, e adicionar insights, validação e criatividade ao conteúdo do livro – até mesmo pitchs e propostas. O livro revela áreas ricas, menos aglomeradas e, por vezes, surpreendentes, de procura de investigação que eu não alcançaria de outra forma. Não há dúvida de que, espera-se que aumente o conhecimento da mente dos potenciais leitores, depois de ler o livro usando esta abordagem.
Apliquei uma abordagem única para tornar o conteúdo deste livro sempre fresco. Esta abordagem depende de ouvir as mentes das pessoas, utilizando as ferramentas de escuta de pesquisa. Esta abordagem ajudou-me a:
Conheça os leitores exatamente onde estão, para que eu possa criar conteúdo relevante que atinge um acorde e impulsiona mais compreensão ao tema.
Mantenha o meu dedo firmemente no pulso, para que eu possa obter atualizações quando as pessoas falam sobre esta tecnologia emergente de novas maneiras, e monitorizar as tendências ao longo do tempo.
Descobrir tesouros ocultos de perguntas precisa de respostas sobre a tecnologia emergente para descobrir insights inesperados e nichos ocultos que impulsionam a relevância do conteúdo e lhe dão uma vantagem vencedora.
Pare de perder tempo com a sensação de tripas e adivinhação sobre o conteúdo procurado pelos leitores e preencha o conteúdo do livro com o que as pessoas precisam e diga adeus às intermináveis ideias de conteúdo baseadas em especulações.
Tome decisões sólidas, e tome menos riscos, para conseguir lugares na primeira fila para o que as pessoas querem ler e querem saber - em tempo real - e usar dados de pesquisa para tomar decisões ousadas, sobre quais tópicos incluir e quais tópicos excluir.
Dinamize a minha produção de conteúdo para identificar ideias de conteúdo sem ter de analisar manualmente as opiniões individuais para poupar dias e até semanas de tempo.
É maravilhoso ajudar as pessoas a aumentar os seus conhecimentos de uma forma simples, respondendo apenas às suas perguntas.
Acho que a abordagem da escrita deste livro é única à medida que ele colide, e rastreia as questões importantes que os leitores fazem nos motores de busca.
Agradecimentos
Escrever um livro é mais difícil do que pensava e mais gratificante do que alguma vez poderia imaginar. Nada disto teria sido possível sem o trabalho concluído por investigadores de prestígio, e gostaria de reconhecer os seus esforços para aumentar o conhecimento do público sobre esta tecnologia emergente.
Dedicatória
Para os esclarecidos, aqueles que vêem as coisas de forma diferente, e querem que o mundo seja melhor. Podes discordar demasiado deles, e podes discutir ainda mais com eles, mas não podes ignorá-los, e não podes subestimá-los, porque mudam sempre as coisas... empurram a raça humana para a frente, e enquanto alguns podem vê-los como os loucos ou amadores, outros vêem génio e inovadores, porque aqueles que são iluminados o suficiente para pensar que podem mudar o mundo, são os que o fazem, e levam as pessoas à iluminação.
Epígrafe
Matéria programável é matéria que tem a capacidade de alterar as suas propriedades físicas de forma programável, com base na entrada do utilizador ou na deteção autónoma. A matéria programável está, assim, ligada ao conceito de um material que, inerentemente, tem a capacidade de realizar o processamento de informação.
Tabela de Conteúdos
Matéria programável
Outros Livros do Autor
Série por The Author
Matéria programável
Direitos autorais
Bónus
Prefácio
Introdução
Agradecimentos
Dedicatória
Epígrafe
Tabela de Conteúdos
Capítulo 1: Matéria programável
Capítulo 2: Metamaterial
Capítulo 3: Íman electropermanente
Capítulo 4: Robô modular auto-reconfigurante
Capítulo 5: Claytronics
Capítulo 6: Autómato celular
Capítulo 7: Poço quântico
Capítulo 8: Biologia sintética
Epílogo
Sobre o Autor
Brevemente
Apêndices: Tecnologias Emergentes em Cada Indústria
Capítulo 1: Matéria programável
A matéria programável é definida como matéria que pode alterar as suas propriedades físicas (como forma, densidade, moduli, condutividade, propriedades óticas, e assim por diante) de forma programável em resposta à entrada do utilizador ou à deteção autónoma. Assim, a matéria programável está associada ao conceito de uma substância que tem a capacidade de executar o processamento de informação inatamente.
História
Toffoli e Margolus criaram a frase matéria programável
em 1991 para descrever um conjunto de unidades de computador de grãos finos no espaço. O seu estudo oferece um substrato computacional composto por nós de computação de grãos finos espalhados pelo espaço que comunicam apenas através das interações mais próximas do vizinho. Matéria programável, neste contexto, refere-se a modelos computacionais comparáveis ao autómatos celulares e autómatos de gás de rede. A arquitetura CAM-8 é um exemplo da implementação deste modelo de hardware. Em algumas formas de tecnologia de máquina autorreplicante, esta função também é conhecida como áreas de referência digital
(DRA).
Houve uma quantidade substancial de trabalho em robôs modulares reconfiguráveis com uma mentalidade comparável à matéria programável no início dos anos 90.
À medida que a tecnologia de semicondutores, a nanotecnologia e a tecnologia das máquinas autorreplicantes avançavam, o termo matéria programável
evoluiu para refletir o facto de ser possível construir um conjunto de elementos que podem ser programados
para mudar as suas propriedades físicas na realidade, em vez de apenas em simulação. Como resultado, o termo matéria programável
passou a referir-se a qualquer substância a granel que possa ser programada para modificar as suas propriedades físicas
.
Wil McCarthy e G. Snyder inventaram o nome wellstonequântico
(ou simplesmente wellstone
) para caracterizar este tipo especulativo mas provável de matéria programável no verão de 1998, durante uma conversa sobre átomos artificiais e matéria programável. McCarthy usou a frase na sua escrita.
Seth Goldstein e Todd Mowry fundaram o projeto de argila da Universidade Carnegie Mellon em 2002 para examinar as técnicas de hardware e software subjacentes necessárias para a realização de matéria programável.
O grupo DARPA Information Science and Technology (ISAT) investigou as possibilidades de matéria programável em 2004. Isto liderou no estudo de 2005-2006 Realizing Programmable Matter
, que delineou uma abordagem plucária para a investigação e desenvolvimento de matéria programáveis.
Em 2007, foi emitido um pedido de investigação da DARPA e um programa subsequente sobre matéria programável.
Abordagens
File:Adaptnetic Structures.webmUma matéria programável que é simplesno sentido de que o elemento programável é externo ao próprio material. Fluido não newtoniano magnetizou, produzindo colunas de suporte que resistem a impactos e pressão abrupta.
De acordo com uma escola de pensamento, a programação pode ocorrer fora do material e ser realizada através da aplicação de campos de luz, tensão, elétricos ou magnéticos, etc.
. (McCarthy, 2006) Um visor de cristal líquido, por exemplo, é um tipo de matéria programável. Uma segunda escola de pensamento sustenta que as unidades individuais do conjunto podem calcular, e que a consequência do seu cálculo é uma mudança nos atributos físicos do conjunto. A Claytronics é um exemplo desta forma mais ambiciosa de materiais programáveis.
Tem havido numerosas propostas para a aplicação de matérias programáveis. A escala é uma distinção fundamental entre vários tipos de matéria programável. Numa das extremidades do espectro, a robótica modular reconfigurável propõe uma espécie de matéria programável com unidades individuais na gama de centímetros. Há uma pletora de bases possíveis para matéria programável na extremidade nanoescala do espectro, que vai desde moléculas que mudam de forma até pontos quânticos. Na verdade, os pontos quânticos são frequentemente referidos como átomos artificiais. Unidades baseadas em MEMS, células feitas usando biologia sintética, e o conceito de nevoeiro utilitário são todos os casos no micrometro para a gama submilímetro.
Os materiais robóticos, que combinam as características estruturais de um compósito com as acessibilidades proporcionadas pela integração apertada de sensores, actuadores, computação e comunicação, são um subgrupo chave de matéria programável.
Exemplos
Existem numerosas interpretações diferentes de matéria programável, e, portanto, muitas linhas diferentes de investigação que usam o termo. Alguns casos específicos de matéria programável são apresentados abaixo.
Simples
Estes são materiais que podem alterar as suas propriedades com base numa entrada, mas são incapazes de fazer computações complicadas por si só.
Fluidos complexos
As propriedades físicas de alguns fluidos complexos, como cristais líquidos, podem ser alteradas adicionando uma corrente ou tensão.
Metamateriais
Os metamateriais são compósitos feitos pelo homem que podem ser programados para reagir de formas inesperadas. Um exemplo produzido por David Smith, mais tarde por John Pendry e David Schuri,é de um material cujo índice de refração pode ser modificado de modo a ter um índice diferente de refração em diferentes locais dentro do material. Isto pode resultar num manto de invisibilidade se estiver corretamente calibrado.
Bergamini et al. dar outro exemplo de programável- metmaterial mecânico. Uma banda de passe dentro do bandgap fonônico é adicionada aqui usando a rigidez variada de elementos piezoelétricos que ligam os canhotos de alumínio à placa de alumínio para gerar um cristal fonónico, como Wu et al fez. Sobre os indutores sintéticos, os elementos piezoelétricos são desviados para o chão. Os componentes piezoelétricos apresentam uma rigidez quase nula em torno da frequência de ressonância do circuito LC produzido pelos piezoelétricos e indutores, retirando assim os canhotos da placa. Este é um tipo de metamaterial mecânico programável.
Chen et al. demonstrou