We study a model of programmable matter systems consisting of $n$ devices lying on a 2-dimensional square grid, which are able to perform the minimal mechanical operation of rotating around each other. The goal is to transform an initial shape A into a target shape B. We are interested in characterising the class of shapes which can be transformed into each other in such a scenario, under the additional constraint of maintaining global connectivity at all times. This was one of the main problems left open by $[$Michail et al., JCSS'19$]$. Note that the considered question is about structural feasibility of transformations, which we exclusively deal with via centralised constructive proofs. Distributed solutions are left for future work and form an interesting research direction. Past work made some progress for the special class of nice shapes. We here consider the class of orthogonal convex shapes, where for any two nodes $u, v$ in a horizontal or vertical line on the grid, there is no empty cell between $u$ and $v$. We develop a generic centralised transformation and prove that, for any pair $A$, $B$ of colour-consistent orthogonal convex shapes, it can transform $A$ into $B$. In light of the existence of blocked shapes in the considered class, we use a minimal 3-node seed to trigger the transformation. The running time of our transformation is an optimal $O(n^2)$ sequential moves, where $n=|A|=|B|$. We leave as an open problem the existence of a universal connectivity-preserving transformation with a small seed. Our belief is that the techniques developed in this paper might prove useful to answer this.


翻译:我们研究的是由位于二维方格上的一美元设备组成的可编程物质系统模型,该模型由位于二维方格上的一美元设备构成,能够进行最小的机械性旋转操作。目标是将初始形状A转化为目标形状B。我们感兴趣的是,在保持全球连通性的额外制约下,在这样的情景下,将可以转换成不同的形状类别。这是由$$(Michail et al) 和$(JCSS) 等组成的一个主要问题。请注意,所考虑的问题是变换的结构可行性,我们只能通过集中化的建设性验证来处理这些变换。分解的解决方案留给未来工作并形成有趣的研究方向。过去的工作为特殊形状的美化形状取得了一些进展。我们在这里考虑的是,在任何两个节点,即电网的水平或垂直线$(美元),在美元和美元(美元)的变现中,我们不会出现任何正值的变换,在美元(美元)的变换基因中,我们开发了一个一般的中央化的变换, 美元($B)的变种变色的变色的变的变的变的货币,在任何时间里的变的变色的变色中,可以变色的变色的变色的变色的变的变色的变色的变色的变色的变的变色的变的变的变色的变的变的变的货币,可以演化的变的变的变的变的变的货币,在美元。

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