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物质编译器是送料器的终端机器，按照程序设计，每次从传送带上提取一个分子，把它们装配成更加复杂的结构。
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那是科幻小说中的情节，但与之相似的事情并非完全不可能发生。麻省理工学院的教授尼尔·格申费尔德认为，二三十年后，小说中描述的场景就能变为现实。
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我们该如何实现这些梦想？格申费尔德指出，不能仅仅依靠更快、更精准的3D打印机和其他数控机器。他认为此类机器的问题是它们只能“把东西混合”，虽然能够喷注、切割或加热物质，但也只是实现了材料的移动或改变了材料的状态（硬化）。材料本身对即将转化成为的物品没有任何感知或概念。制造机必须完成所有的工作，材料没有任何“帮助作用”。
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而简单的乐高积木就与此不同。孩子在玩乐高玩具时，积木能够修正孩子的错误——只有积木之间完全契合时才能插在一起。更大型的得宝系列还能引导孩子正确插配积木的斜边；当两块积木的斜边互相契合时，需要施加外力，向正确的方向转动积木才能插建结实。积木本身提供了一个坐标系——乐高网格。插建完成之后，你也不会把这些积木扔掉，而是把插好的东西拆掉，再用那些积木插成别的东西。于是，这些积木就变成了可循环使用的终极材料。
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可编程物质
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乐高积木在某种意义上可以算作“智能物质”，有自己的装配规则和预定功能，比如作为铰链或是车轮。
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听上去有些疯狂？一点儿也不——你的四周已经满是这样的物质了。这是自然运行的方式。比如晶体就是原子自我组合的不可思议的复杂结构，从雪花到钻石都属晶体之列。你的身体也是各类蛋白质在氨基酸脱氧核糖核酸/核糖核酸的指挥下构建而成的系统，氨基酸本身又是自我结合的各种原子。生物学是最原始的工厂。
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“智能物质”描述了生命的某些基本组件。格申费尔德最喜欢的例证是身体细胞中的核糖体。一个核糖体就是一种制造其他蛋白质的蛋白质——一台能够制造其他生物机器的生物机器。在格申费尔德看来，那是一种先进制造机的模型。
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细胞中构成DNA（脱氧核糖核酸）的基因转译成RNA（核糖核酸），一种镜像。核糖体是能够读取RNA的“细胞器”，按照氨基酸合成编码构成特殊的蛋白质。蛋白质合成之后，就会在来自自身原子键的电荷与引斥力的驱动下自动结合为复杂的形态体。数量庞大的各类形态体再自我形成从细胞壁到骨头等身体结构元素。
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在此例中，一维编码（DNA的四个化学“字母”以不同组合构成长长的单维长链）产生了三维物体（蛋白质）。鉴于DNA与之工作的物质（先是RNA，然后是核糖体，最后是蛋白质）不只是被混合、堆砌在一起，而是有自身的化学与结构规则和逻辑，因此些许信息就能产生令人惊叹的复杂性。格申费尔德把核糖体称为“可编程物质”，DNA负责对它们编程。相同的原理适用于任何事物。
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在格申费尔德位于麻省理工学院的实验室里，学生们迈出了探索性的一步。他们把微小的电子元件插合起来，这些元件能够自动形成正确的连接。其他地方的研究人员将这一概念进一步引申。最大有可为的可编程物质就是DNA。
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“结构DNA”新领域不是把材料作为基因编码，而是作为建筑材料使用，不包含任何生物功能。现在，全世界约有60家实验室正在进行这一研究，研究人员能够合成DNA链，构成方形、三角形和其他多边形。很多此类结构都是把多条二维DNA形态体“平铺”成一片。另外一些则是把DNA折成三维形状，该过程称为“DNA折纸技术”。
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三维DNA结构可以编程构成“脚手架”，形成方盒结构。其他序列可以编程对某种化学刺激做出反应，形成一扇门。这一构想可用于将药物置于一个结构DNA盒中，盒子上的门处于关闭状态，然后由身体将这个结构DNA盒运输到盒内药物需要发挥作用的地方。之后使用相应的化学刺激打开盒子上闭合的门，在精准的位置上释放药物。
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我们距离此类产生任何材质大型物体的可编程纳米机器还有很长一段路。比如，DNA并非刚性物质，因此研究人员探索使用其他绑定物质，比如把纳米金颗粒附着在DNA上，以增强DNA的强度。即便如此，制造出来的物体也还是极其微小，仅在显微镜下可见。另外一些研究人员尝试使用特殊的聚合物和其他化合物，虽然DNA的硬度有所增强，但却超出了可编程的范围。
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截至目前，该技术仍然处于概念验证研究阶段，但事实证明这一想法可行，因此在宏观上实现可编程物质并非没有可能，甚至会像格申费尔德预言的那样，在二三十年后即可实现。而且在这一领域已经出现了“创客运动”。
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使用DNA创造
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1983年4月的一个周五，临近午夜，对冲浪运动略显痴迷的化学家凯利·穆利斯开车行进在加利福尼亚的太平洋海岸128号公路上。当他开到克洛弗代尔和布恩维尔中间的某个地方时，突然灵光一现。那个想法最终为他赢得了诺贝尔奖。当时，遗传学面临的最大问题是没有足够的DNA用于研究，而能够获取DNA的材料又经常受到污染。
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穆利斯边开车边想分析DNA突变的各种方法，然后他意识到自己碰巧找到了使用一种特殊细菌酶（DNA聚合酶）通过热周期进程复制DNA的方法。另外一些科学家曾经想到使用聚合酶复制最吸引人的DNA片段，但穆利斯发现热周期能够引发链式反应，每一热周期能将复制DNA的数量翻倍，很快就能达到百万级。
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穆利斯使用从极端微生物菌（耐热菌）中提取的聚合酶触发了DNA自动复制，创立了现代遗传学研究工业。这一技术称为聚合酶链式反应（PCR），为穆利斯赢得了1993年诺贝尔化学奖。
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PCR机又称热循环仪，现已是遗传学实验室不可或缺的设备。该设备最初售价近10万美元，但目前花5 000美元就能购置一台。PCR是遗传学革命的一个奇迹，也是新生物学发展的基石。
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然而，5 000美元一台的价格还是太高。如果想在非洲使用，并且用电池供电，该怎么办？或者给孩子们上课时使用？或者你只是想用机器做些试验，而并不关心机器里面到底装的是什么？
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对于加利福尼亚州年轻的研究人员乔希·佩尔费托来说，上面几项一个都不能少，而且他希望这样一台机器能够面对所有人开放，人人可以使用。所以，因为有这个能力，他就发明了一台开源PCR机，是一种开源硬件的热循环仪。这台胶合板外壳的机器只有一个饭盒大小，顶上是一个小小的液晶显示屏，机器里面有一块Arduino处理器板、一个电源、一个DNA和培育酶容器以及若干加热线圈。机器售价599美元，大概是商业热循环仪价格的1/10。你还可以对这台开源机器做任何修改。
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佩尔费托是“DIY生物学”运动中的一员，这是“创客运动”的一个小分支。“生物黑客”建立起了各种共享科学工作空间，比如硅谷的“好奇生物”和纽约的“绅士空间”，类似于硬件世界中的创客空间。目前，这些工作空间基本还停留在普通的大学生物实验室水平，但正通过各种引人注目的（教育）项目赢得更多追随者，比如通过在当地餐馆中开展的“DNA指纹寿司”项目，可以验证寿司是不是真材实料。
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现在，“DIY生物学”运动更多的是把科学工具大众化，而非进行真正的科学实验。太多的实验室设备成本高昂，具有专利属性，难以使用，而且隔离于大众之外。所以，佩尔费托和其他生物黑客们正在将这些工具一一进行开源处理。
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比如，一台转动试管、分离溶液中轻重物质的实验室离心分离机价格高达数千美元。但这样一台机器不过是由一台电动机、一个速度控制器和加持试管的轴杆组成。输入“DremelFuge”就能找到3D打印喷头的免费设计，这个喷头可以安装在从硬件商店里买来的任何一台Dremel旋转刀具上，总共花费不到100美元。该设计出自爱尔兰科克郡的生物学家卡瑟尔·加维之手，试管旋转速度可达每分钟33 000转，离心力可达51 000g（专业离心分离机的此数值最大通常为24 000g）。
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