Οποιος έχει παρακολουθήσει μια αυτοαναδιπλούμενη σκηνή κατασκήνωσης να «στήνεται» αυτόματα με το τράβηγμα ενός κορδονιού, ή το πάτημα ενός κουμπιού, οπωσδήποτε έχει θαυμάσει την ομορφιά, την ταχύτητα και την ευκολία της όλης διαδικασίας. Τι θα γινόταν αν υπήρχε δυνατότητα αυτόματης διαμόρφωσης σχήματος διαφόρων απλούστερων αντικειμένων; Αν παραπέρα αυτά τα αντικείμενα μπορούσαν να συνδυαστούν, ώστε να σχηματίσουν ένα πολύ πιο σύνθετο; Αν - για να το πάμε πολύ πιο μακριά - υπήρχε η δυνατότητα αυτοαναδιπλούμενων σπιτιών, ή ρομπότ; Η αρχή για την κατασκευή αντικειμένων ικανών να αυτοσυναρμολογούνται, να παίρνουν νέα σχήματα ή να αλλάζουν τις φυσικές ιδιότητές τους, έχει ήδη γίνει, χάρη στις προόδους της υποβοηθούμενης από υπολογιστή σχεδίασης (CAD) και της επιστήμης των υλικών.

Οι επιστήμονες εδώ και μερικά χρόνια κατασκευάζουν αυτοσυναρμολογούμενες μηχανές, αλλά πρόκειται για μικροσκοπικές συσκευές μεγέθους νανοκλίμακας, που λειτουργούν ως βιοχημικοί αισθητήρες, ηλεκτρονικά, ή μεταφορείς φαρμάκων. Το ζήτημα είναι τι γίνεται όταν τα «προγραμματιζόμενα» υλικά μεγαλώσουν ως την ανθρώπινη κλίμακα. Υπάρχουν δύο τρόποι να το πετύχει κανείς αυτό. Ο ένας είναι με τη δημιουργία ασύνδετων δομικών υλικών, που μπορούν να συνενωθούν ή να διαχωριστούν αυτόνομα, για να σχηματίσουν μεγαλύτερες προγραμματισμένες δομές. Ο άλλος είναι η κατασκευή αντικειμένων που μπορούν να αλλάζουν σχήμα, με μεντεσέδες, σημεία εφαρμογής μηχανικής τάσης ή ηλεκτρονικά τοποθετημένα στα κατάλληλα σημεία, ώστε να τους επιτρέπουν να παίρνουν το επιθυμητό σχήμα σε δεδομένες συνθήκες. Αυτή, η δεύτερη προσέγγιση, ονομάστηκε εκτύπωση τεσσάρων διαστάσεων (4-D printing). Οπως και με την εκτύπωση τριών διαστάσεων, η εκτύπωση 4-D έχει να κάνει με την κατασκευή προσυνδεδεμένων αντικειμένων, τοποθετώντας το κατάλληλο υλικό στρώμα - στρώμα. Ομως, στην περίπτωση εκτύπωσης 4-D, τα αντικείμενα μπορούν μετά την εκτύπωσή τους, να αλλάξουν σχήμα ή ιδιότητες, στο πέρασμα του χρόνου (ο χρόνος είναι η τέταρτη διάσταση).

Τα προγραμματιζόμενα υλικά θα μπορούσαν να δώσουν αντικείμενα που επιτρέπουν οικονομία σε πρώτες ύλες, ενέργεια και εργασία. Αυτό είναι προφανές αν σκεφτεί κανείς μια καρέκλα που μπορεί να μεταμορφωθεί σε τραπέζι... Θα μπορούσαν φυσικά να μειώσουν και την ανάγκη εργασίας στον κατασκευαστικό τομέα. Είναι φανερό ότι ενώ σε συνθήκες σοσιαλισμού τέτοια υλικά θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για να γίνουν βήματα στην οικοδόμηση της κομμουνιστικής κοινωνίας και της ικανοποίησης της βασικής επιταγής της για κάλυψη των αναγκών όλων των ανθρώπων, σε συνθήκες καπιταλισμού με βεβαιότητα θα οδηγούσαν σε αύξηση της ανεργίας και υποτίμηση της αξίας της εργατικής δύναμης, δηλαδή σε χαμηλότερους μισθούς, συντάξεις και κοινωνικές παροχές.

Αν η ιδέα μεγάλης έκτασης χρήσης των προγραμματιζόμενων υλικών φαντάζει δύσκολα εφαρμόσιμη πάνω στη Γη, τα πράγματα είναι διαφορετικά στο Διάστημα. Σε αυτό το περιβάλλον τα προγραμματιζόμενα υλικά θα ήταν εξαιρετικά πολύτιμα. Ενα μικρό σε μέγεθος κουτί θα μπορούσε να μεταμορφωθεί σε τροχιά σε ένα πλήρως αναπτυγμένο δορυφόρο (για να πούμε την αλήθεια, ως ένα βαθμό αυτό γίνεται ήδη, καθώς τουλάχιστον τα φωτοβολταϊκά και οι κεραίες των δορυφόρων είναι διπλωμένα κατά την εκτόξευση και αναπτύσσονται μόνο σε τροχιά). Τα φωτοβολταϊκά πάνελ του δορυφόρου θα μπορούσαν να μετασχηματίζονται σε παραβολική κεραία, ή κάψουλα αποθήκευσης υλικών, ανάλογα με τις ανάγκες.

Τα προγραμματιζόμενα υλικά συνοδεύονται και από κάποια εγγενή προβλήματα, γεννούν ορισμένες σοβαρότατες αβεβαιότητες. Μπορούν, για παράδειγμα, να πέσουν θύμα χάκινγκ (hacking). Ενα καλά κατασκευασμένο σημερινό σπίτι μπορεί να καταστραφεί μόνο από ακραίες εκδηλώσεις των δυνάμεων της φύσης, ή να ανατιναχτεί από τον άνθρωπο. Φανταστείτε ένα αυτοαναδιπλούμενο σπίτι. Θα αρκούσε μια κακόβουλη ή λαθεμένη εντολή, ώστε το σπίτι να ξαναπάρει τη συμπαγή του μορφή, με τους ανθρώπους μέσα... `Η ένα αναδιπλούμενο αεροπλάνο να μαζέψει τα φτερά του...

Παρά τα προβλήματα αυτά, το υπουργείο Αμυνας και οι Ενοπλες Δυνάμεις των ΗΠΑ χρηματοδοτούν τη σχετική έρευνα, με πρώτο στόχο τη δυνατότητα κατασκευής εργαλείων πάνω σε πλοία, από πολλά μικρά πανομοιότυπα συναρμολογούμενα εξαρτήματα για κάθε χρήση, ενώ προοπτικά ενδιαφέρονται ακόμα και για δυναμικό καμουφλάζ, δηλαδή προκάλυμμα που θα μπορεί να αλλάζει μορφή.

Υπάρχουν σοβαρά εμπόδια που πρέπει να ξεπεραστούν πριν η τεχνολογία των προγραμματιζόμενων υλικών μπορέσει να βγει από τα εργαστήρια. Ας υποθέσουμε ότι θέλουμε να τυπώσουμε κάτι που μετασχηματίζεται από τραπέζι σε καρέκλα. Τοπολογικά υπάρχουν πολλοί τρόποι ένα τραπέζι να αναδιπλωθεί σε καρέκλα. Ωστόσο, οι περισσότεροι από αυτούς τους τρόπους δεν θα λειτουργούσαν στον πραγματικό κόσμο, επειδή κατά τη διαδικασία κάποια τμήματα του αντικειμένου θα συγκρούονταν μεταξύ τους, εμποδίζοντας τον παραπέρα μετασχηματισμό, αφήνοντας το αντικείμενο σε μια ακατάληπτη και άχρηστη μορφή. Η αναζήτηση της καλύτερης λύσης είναι μια σύνθετη διαδικασία προσομοίωσης. Οι ερευνητές έχουν αναπτύξει μια βιβλιοθήκη φυσικών μηχανισμών που σχηματίζουν τη βάση για οποιοδήποτε επιθυμητό αντικείμενο. Πρόκειται για μηχανισμούς διπλώματος, έκτασης, περιστροφής, συσπείρωσης κ.τ.λ. Ο μετασχηματισμός του αντικειμένου εξαρτάται από τη συλλογική δράση αυτών των δομικών μπλοκ. Ο σχεδιασμός των αντικειμένων μπορεί να γίνει γραμμικά (π.χ. δίπλωση, δίπλωση, έκταση) ή με λογικό προγραμματισμό (π.χ. αν συμβεί το ένα τότε κάνε αυτό, αν συμβεί το άλλο τότε κάνε εκείνο).

Αυτοί οι συνδυασμοί γρήγορα γίνονται τόσο σύνθετοι, που είναι δύσκολο να προβλεφθεί η συμπεριφορά τους. Γι' αυτό, πρώτο βήμα για την ανάπτυξη προγραμματιζόμενων υλικών είναι η ανάπτυξη λογισμικού σχεδίασης νέου τύπου. Οι σχεδιαστές χρειάζονται υπολογιστές που να μπορούν να προσομοιώσουν τους μετασχηματισμούς αντικειμένων εκτυπώσιμων με εκτυπωτές 4-D και να μεταφράσουν τα σχέδιά τους σε οδηγίες, που μπορεί να καταλάβει ένας εκτυπωτής. Χρειάζονται λογισμικό που θα τους βοηθήσει να αποφύγουν προβλήματα δύσκολο να προβλεφθούν, όπως ένα αντικείμενο που αυτομπλοκάρεται καθώς αλλάζει σχήμα.

Ως τώρα, τα περισσότερα προγραμματιζόμενα υλικά που έχουν σχεδιαστεί είναι αρκετά απλά, με ένα είδος άρθρωσης και χρήση μόνο δύο υλικών κατασκευής. Ωστόσο, υπάρχουν ήδη υλικά για την κατασκευή πιο σύνθετων συσκευών και όταν αυτή η ποικιλία αυξηθεί παραπέρα, μόνος περιορισμός θα είναι η υπολογιστική ισχύς, η φαντασία μας και οι νόμοι της φυσικής.