Claytronics on järjestelmä, joka on suunniteltu toteuttamaan ohjelmoitavan aineen käsitteen eli materiaalin, jota voidaan käsitellä elektronisesti kolmessa ulottuvuudessa samalla tavalla kuin kaksiulotteisia kuvia voidaan käsitellä tietokonegrafiikan avulla. Tällaiset materiaalit koostuisivat “katomeista” – klaritroniikka -atomeista – jotka olisivat analogisesti todellisten atomien kanssa ohjelmoitavan aineen pienimmät jakamattomat yksiköt. Jokainen katomi pystyy vastaanottamaan sähköisiä ohjeita, käsittelemään tietoja ja kommunikoimaan muiden katomien kanssa ja noudattamaan niitä. Katomiryhmät voisivat liikkua, mutta ilman yksittäisiä katomeja, joissa ei olisi liikkuvia osia. Tavoitteena on, että nanomittakaavan robotiikassa käytetään erittäin suuria määriä erittäin pieniä katomeja, mikä mahdollistaa laajan valikoiman sovelluksia.
Claytronicsin perusyksikkö, katomi, koostuu itsenäisestä rakenteesta, jossa on vastaanotin tai antenni, keskusyksikkö (CPU), virtalähde, yksi tai useampi anturi, videonäyttö ja kiinnitysvälineet sekä liikkuu suhteessa muihin katomeihin. Tarttuvuus voidaan saavuttaa esimerkiksi magnetismilla tai sähköstaattisilla voimilla. Vuodesta 2011 lähtien on suoritettu onnistuneita kokeita suhteellisen laajamittaisilla katomeilla, jotka voivat liikkua toisiinsa nähden kahdessa ulottuvuudessa käyttämällä sähkömagneetteja, jotka voidaan kytkeä päälle ja pois tarpeen mukaan. On odotettavissa, että katomeja valmistetaan massatuotannossa alle millimetrin ja jopa nanometrin mittakaavassa, jolloin miljoonien katomien kokoelmia voidaan käsitellä.
Klaytroniikassa katomikokoelmia kutsutaan ”kokonaisuuksiksi”. Jokainen kokonaisuuden sisällä oleva katomi pystyy määrittämään sijaintinsa ja yhdistämällä nämä tiedot johonkin kokonaisuudelle määrättyyn yleiseen tavoitteeseen, hän voi päättää, sitoutuuko se naapurikatomiin vai siirretäänkö niihin nähden. Esimerkiksi kokonaisuudelle voidaan antaa tavoite toistaa kolmiulotteinen esine. Aluksi yksittäiset katomit voivat liikkua satunnaisesti, mutta kun he käyttävät tietoja, jotka ne ovat antaneet toistettavasta objektista, yhdessä niiden tilaa ja sijaintia koskevien tietojen kanssa sisäisestä muististaan ja antureistaan, objekti muodostuu niiden yhteistyön kautta toiminta.
Miljoonien itsenäisten yksiköiden käyttäytymisen järjestäminen edellyttää uusien ohjelmointikielien kehittämistä, jotka ovat hyvin erilaisia kuin perinteisissä sovelluksissa käytetyt. Esimerkiksi jokaista yksikköä ei olisi mahdollista yksilöidä yksilöllisesti – ne olisivat “anonyymejä”, joten “ohjelma” ei koostuisi tiettyihin yksiköihin lähetetyistä erityisistä ohjeista. Sen sijaan määritettäisiin tavoite ja olennaisesti itsenäiset yksiköt jäisivät järjestäytymään noudattamalla yksinkertaisia sääntöjä. Tätä tarkoitusta varten on kehitetty kaksi ohjelmointikieltä, Meld ja paikallisesti jaetut ennusteet (LDP).
Yksi todennäköinen claytronics-sovellus on 3-D-faksilaite, joka mahdollistaisi kolmiulotteisten objektien toistamisen lähetetyistä tiedoista. Vaikka tämän saavuttamiseksi on ehdotettu useita muita vaihtoehtoja, on todennäköistä, että claytronics -tekniikka johtaisi paljon nopeampaan lisääntymiseen. Jäljitettävä kohde voidaan yksinkertaisesti haudata katomikerroksen alle, joka kerää ja välittää tietoa kohteen mitoista vastaanottavalle katomikokonaisuudelle, joka sitten järjestää itsensä luomaan tarkan kopion. Toinen mahdollisuus on “pario”, askel eteenpäin videosta, joka mahdollistaa liikkuvien kolmiulotteisten esineiden manipuloinnin ja jolla on monia mahdollisia käyttötarkoituksia tutkimuksessa, mallinnuksessa, suunnittelussa ja koulutuksessa sekä viihteessä.