بلورها از زیباترین‌های طبیعت‌اند؛ به‌خوبی شناخته شده‌اند، همه‌جا به‌کار می‌روند، و بسیار مورد تحسین‌اند.

با این‌همه، روشی که هنوز برای تعیین آن‌ها به‌کار می‌رود، خيلي کسالت‌آور است. جامعه‌ی بین‌المللی بلورنگاری، بلورها را این‌گونه تعریف می‌کند: ساختاری که با نقاطی گسسته‌ نقش پراش ایجاد می‌کند.

به بیان دیگر، این  اشیا با کمک همان فرآیندی تعریف می‌شوند که برای اندازه‌گیری بر روی آن‌ها ‌استفاده می‌شود؛ یعنی اگر الگوی پراش مورد نظر را تولید نکنند، بلور به‌حساب نمی‌آیند.

این روزها جولیان کارت‌رایت از دانش‌گاه گراندا در اسپانیا به همراه آلن مک‌کی از دانش‌گاه لندن در بریتانیا معتقتند که این تعریف کوته‌نظرانه است و لزوما ً جامع و مانع نیست.

آن‌ها اشاره می‌کنند که هم‌راهی بلورنگاری، علم مواد و زیست‌شناسی، ره‌یافت جدیدی در مطالعه‌ی ساختار، ریخت و عمل‌کرد می‌گشاید، که دیگر به صورت‌بندی‌های بدون‌تغییر و در تعادل‌ پایدار نمی‌پردازد؛ بل‌که صورت‌بندی‌های نیمه‌پایدار از نظر انرژی و هم‌چنین جریان اطلاعات به محیط یا از آن را مورد توجه قرارمی‌دهد.

کارت‌رایت و مک‌کی به‌عنوان نمونه، صدف مروارید (ماده‌ای رنگین‌کمانی و زیبا که برخی نرم‌تنان به عنوان بخشی از پوشش خود تولید می‌کنند.) را مطرح می‌کنند؛ که مطمئنا ً یک ساختار منظم و شبه‌بلور است، اما لزوما ً نقش پراش تولید نمی‌کند و نمی‌توان آن را به‌عنوان یک بلور دسته‌بندی کرد.

و این، تنها به‌ علت ترکیبی بودن صدف مروارید است؛ چراکه از لایه‌هایی با ساختار شش‌گوشی کلسیم‌کربنات درست شده‌است که توسط پلیمرهای زیستی مانند کیتین از هم جدا شده‌اند.

این پیچیدگی خواص مفیدی را به‌همراه دارد؛ لایه‌های زیستی از بازشدگی ترک‌ها جلوگیری می‌کنند و صفحه‌ها استحکام دارند. درنتیجه صدف مروارید محکم، زیبا و دربرابر فرسایش مقاوم است.

اما چنین ماده‌ای را چگونه باید توضیح داد و تحلیل کرد؟ کارت‌رایت و مک‌کی می‌گویند، باید درنظر داشت که نرم‌تن، برای ساخت صدف از داده‌هایی استفاده می‌کند که توسط ژنوم، پروتئوم و ... ـیا آن‌طور که آن‌ها نام‌گذاری می‌کنند، کونکوم‌ـآن تعیین می‌شوند.

به بیانی، صدف مروارید خودگردان و همراه با پیچیدگی به‌وجود می‌آید. اما هیچ‌کس به درستی مطمئن نیست که چگونه این اتفاق می‌افتد.

نکته‌کلیدی وابستگی این ساختار به اطلاعات است. اطلاعات نوعی الگوریتم یا فرمول برای تولید صدف مروارید به‌دست می‌دهد، به همان سان که یک الگوریتم برای تولید ارقام عدد پی وجود دارد.

کارت‌رایت و مک‌کی می‌گویند که علم درصورتی قابلیت توصیف صدف مروارید و مانند آن را دارد که این اطلاعات را نیز به حساب آورد.

این، یک ره‌یافت جالب و جاه‌طلبانه است که می‌تواند نوع تفکر زیست‌شناسان و دانش‌مندان شاخه‌ی مواد را راجع‌به ساختار و ریخت، عمیقا ً تغییر دهد.

جالب آن‌جاست که هم‌زمان تحول مشابهی در برداشت از ریخت و عمل‌کرد در یک شاخه‌ی کاملا ً متفاوت، یعنی روباتیک و هوش مصنوعی، به‌وجود آمده‌است.

برای سال‌های بسیاری، دانش‌مندان شاخه‌ی روباتیک تلاش می‌کردند کارهای انسان‌ها مانند راه‌رفتن، دویدن و ... را با ساخت یک پردازنده‌ی مرکزی برای اداره‌ی تمام بخش‌های حرکت، شبیه‌سازی کنند.

برای این کار نیاز بود که در تمامی مفصل‌های هر عضو ِ حرکتی، حس‌گری وجود داشته باشد؛ تا در هر لحظه، وضعیت نهایی آن عضو را اطلاع دهند؛ و پردازنده‌ی مرکزی راجع به حرکت تدبیری می‌اندیشید، مسیر عضو را تعیین می‌کرد و آن را حرکت می‌داد. درست همان‌طور که انسان‌ها عمل می‌کنند؛ یا تصور می‌شد که عمل می‌کنند.

اما این ره‌یافت شکست خورد، چراکه هماهنگ کردن تمام مفصل‌ها، کار محاسباتی پیچیده‌ای‌ می‌طلبید؛ بویژه با تغییر شرایط، مثلا ٌ در گام‌برداشتن در زمین ناصاف، بالا رفتن یا برخورد با مانع.

پس روبات‌سازان ناچار بودند به استقبال ره‌یافت جدیدی بروند. همه‌چیز از این اندیشه شروع شد که انسان‌ها کارهای بسیاری را، آن‌هم با سرعت بالایی انجام می‌دهند، آن‌قدر سریع که ممکن نیست مغز در آن درگیر باشد. مانند کشش، شتاب‌گرفتن و کاهش سرعت با ماهیچه‌ها، رباط‌ها و زردپی‌ها وقتی که از دیواری به پایین می‌پریم.

تمام این تغییرات در مواد، در چشم به‌هم زدنی رخ می‌دهند، آن‌هم بدون درگیری مغز. به‌جایش، ساختار، ریخت و ویژگی‌های مواد خودشان این کار را انجام می‌دهند... یعنی هوش‌مندی درون ماده ‌است.

به بیانی، مغز اداره‌ی این حرکت‌ها را به خود مواد انتقال می‌دهد.

درواقع دانش‌مندان شاخه‌ی روباتیک به کار بر روی این روش حرکتی و محاسبات آن روی آورده‌اند، چراکه توان لازم برای آن، مشابه کار با پردازنده‌ی مرکزی است. مدتی‌ست که طراحی روبات‌هایی شروع شده است که برپایه‌ی محاسبات ریخت‌شناسی کار می‌کنند.

و این دارد روباتیک را دگرگون می‌کند. به‌جای روبات‌های با کنترل مرکزی، مهندسان موجوداتی می‌سازند که هوش‌مندی در صورت‌بندی و ساختارشان نهفته است و به نظر می‌رسد که بتوانند کارهای پیچیده‌ای مانند راه‌رفتن، دویدن و شنا کردن را با خطای اندکی انجام دهند.

نکته‌ی کلیدی در تمام این‌ها درک به‌تر از محیط است. روباتی که تنها بلد است راه برود را در استخر آبی بگذارید؛ بدیهی‌ست که کاملا ً ناتوان خواهد بود؛ یعنی این‌که صورت‌بندی و ریخت به تنهایی هوش‌مندی نمی‌آورند... درواقع برهم‌کنش صورت‌بندی و ریخت با محیط است که اهمیت دارد.

گاهی روشی که با آن داده‌ها از محیط گرفته می‌شوند، نیز مهم است، مثل آن  قطره‌ی روغن که راهش را در معمای پرپیچ و خم پیدا می‌کند. درواقع راه‌حل همه‌ی معماها، درون ساختارشان وجوددارد؛ کافی‌ست دستگاهی ساده بسازیم که بتواند این داده‌ها را دریافت کند.

این متغیر ِ «نقش محیط» هنوز به خوبی در نظریه‌ی کارت‌رایت و مک‌کی نیز جای خود را پیدا نکرده‌است، اما نکته اين‌جاست که آن‌ها اولین‌ هستند که می‌گویند محیط در شکل‌گیری هر ساختار زیستی یا بلور نقش دارد.

این ایده وجوددارد که فرآیند ایجاد بلور و خودگردانی مانند حل معما توسط قطره است: ساختار به‌وضوح نتیجه‌ی نوعی برداشت یا تبادل اطلاعات با محیط است. چنین ره‌یافتی می‌تواند منشأ حیات را هم روشن‌تر کند.

آغاز راه در درک و توصیف رابطه‌ی بین محیط و ساختاری که دارد در آن شکل‌می‌گیرد، و جریانی از اطلاعات که این را ممکن می‌کند، می‌باشد.

اگر بلورنگاران، دانش‌مندان شاخه‌ی مواد و زیست‌شناسان بخواهند راه‌حلی بیابند، باید درکنار روبات‌سازان، مهندسان و تکامل‌شناسانی که روی نظریه‌ای مشابه کار میکنند، هم‌راه شوند.