Самовоспроизводящиеся машины

Концепция самовоспроизводящихся машин

К самовоспроизводящимся машинам у людей сложное отношение. Диапазон мнений колеблется от восхищения открывающимися перспективами, до полного неприятия из-за потенциальной опасности. В любом случае, создание этой технологии способно перевернуть наше существование, расширить горизонты познания и изменить общество.

На сегодняшний день люди вплотную приблизились к созданию самовоспроизводящихся машин. У нас есть мощные компьютеры, различные роботы и манипуляторы. Проблема в том, что эти системы еще недостаточно развиты. Но прогресс не стоит на месте, и когда-нибудь будет создан по-настоящему универсальный робот (или комплекс роботов), способный заменить человека на всех этапах производства и самостоятельно сделать свою копию.

За последние десятилетия ученые предложили множество идей того, какими могут быть самовоспроизводящиеся машины — от миниатюрных нанороботов до межзвездных зондов. Данная статья представляет собой обзор развития концепции саморепликаторов.

Концепция самовоспроизводящихся машин

Самовопроизводящиеся машины (СМ) или саморепликаторы — это роботы, способные самостоятельно добывать ресурсы из окружающей среды и строить на их основе свои копии. Помимо возможности «размножения» саморепликаторы должны быть автономными и уметь сами себя ремонтировать. Участие человека в их жизни сводится только к мониторингу работы и разработке новых модификаций.

Саморепликаторы потенциально могут дать человечеству множество плюсов. Если постройка первой машины будет требовать существенных затрат, большой инженерной и научной работы, то дальнейшее существование и расширение будет происходить практически бесплатно. Такие машины не будут требовать армии техников и ремонтников. Многофункциональные возможности и промышленная мощь позволит выдавать на-гора огромное количество очищенных ресурсов и готовой продукции. Саморепликаторы в космосе смогут проводить исследования самых удаленных мест Солнечной системы, где присутствие человека было бы слишком затратным и опасным.

Не сложно догадаться, что вся модель самовоспроизводства заимствована из живой природы. В каком-то смысле живые существа — это блестяще устроенные, отлаженные за миллионы лет эволюции, самовоспроизводящиеся машины. В молекуле ДНК в виде генов зашифрована инструкция о постройке копии организма. Живые существа добывают ресурсы в виде пищи и кислорода, и на их основе строятся и растут тела. У нас также есть продвинутые системы самовосстановления и защиты. Ученые вдохновляются природой, берут у нее пример, и исходя из этого можно представить в каком направлении пойдет развитие самовоспроизводящихся машин. Не исключено, что в будущем у саморепликаторов могут появиться и такие элементы живой природы как борьба за ресурсы и коллективный интеллект.

Развитие идеи

Идея самовоспроизводящихся машин возникла давно, еще на заре промышленной революции. В этот период стали появляться первые программируемые станки и великолепные автоматоны. Однако, в XVII-XIX веках идея о том, что машина может сделать машину, фигурировала в основном в теологических спорах, как аргумент в вопросе первичности духа или материи.

С научной точки зрения, впервые близко к идее самовоспроизводящихся машин приблизились английский физик Джон Бернал в 1929 г. и американский математик Стивен Клини в 1930-х при изучении рекурсии. Но и их исследования не привели к образованию законченной теории. Они больше интересовались обработкой информации и алгоритмами, а не физической реализацией в виде машин.

Джон фон Нейман

Первую детальную теорию создал американский математик Джон фон Нейман. В 1948-1949 он разработал кинематическую модель самовоспроизводящихся автоматов. Это была гипотетическая машина, которая существовала в неком «море» полном запасных частей. При помощи манипулятора она извлекала оттуда части, и на основе программы, хранящейся в ее памяти, строила свой дубликат. По завершению строительства дубликата, машина записывала в его память копию своей программы.

Фон Нейман остался неудовлетворен своей кинематической моделью из-за сложности ее математического описания, и позже создал более абстрактную теорию клеточных автоматов.

В 1959 году математик Эдвард Мур придумал первый практический вариант саморепликаторов. Он выдвинул идею «искусственных живых растений», которые должны были использовать почву, воду и воздух в качестве источников сырья, и извлекать энергию из света при помощи солнечных батарей или паровых двигателей. Такие растения первоначально могли бы обитать на береговой линии, из-за доступных источников сырья. Позднее могут быть созданы новые поколения растений, обитающих в пустыне или на поверхности океана. Взрослые растения могут подвергаться «жатве» и использоваться как сырье для промышленности и производства других машин.

Идеи Фримена Дайсона

Знаменитый американский физик Фримен Дайсон является автором ряда идей. В 1970 году в одной из своих лекций он предложил три варианта саморепликаторов.

Репликатор на Энцеладе

Первоначально к Энцеладу запускается ракета со сложной электронной начинкой и производственным оборудованием. Отправленная машина запрограммирована на строительство из ресурсов Энцелада солнечных парусников для доставки водяного льда на Марс. Машины будут добывать глыбы льда на Энцеладе, крепить их к парусникам, и помощью катапульты запускать в космос. Сила тяжести там невелика, и небольшого толчка будет достаточно для выхода на орбиту. Потом парусникам предстоит многолетний путь на Марс с гравитационными маневрами у нескольких планет.

Миллионы маленьких парусников будут способны доставить на Марс лед в количестве, достаточном для терраформирования и изменения климата планеты. А запасов льда на Энцеладе хватит для беспрерывного снабжения в течение нескольких тысяч лет.

Пустынный репликатор

Машины на Энцеладе будут использовать технологии, которые можно с пользой применить и на Земле. Репликаторы могут создавать свои копии из алюминия и кремния — минералов, легкодоступных по всей Солнечной системе. В качестве источника энергии используется солнечный свет. Если поместить такую машину в пустыне, она сможет быстро расшириться и станет экологичным и бесплатным источником энергии.

Комплект промышленного развития

Еще один вариант использования технологий репликатора на Энцеладе. По замыслу Дайсона правительство США может продавать развивающимся странам комплекты промышленного развития. После разворачивания, такие системы способны с нуля создавать целые отрасли промышленности вместе с транспортными и коммуникационными сетями.

На этой же основе можно сделать комплект обновления городов. Эта машина будет способна по заданному архитектурному плану отстроить и отремонтировать целые города.

Астрокурица

Идея была предложена Дайсоном в 1979 году как инструмент для быстрого исследования планетных систем.

«Астрокурица» — это миниатюрный зонд весом около 1 кг. Он был бы создан по самым передовым технологиям на пересечении биологии, искусственного интеллекта и микроэлектроники. Достигнув другой планеты, «Астрокурица» «вылупляется» и начинает разворачивать солнечный коллектор. Энергия, получаемая с него, будет использоваться для питания ионного двигателя. «Астрокурица» будет собирать ресурсы со спутников и колец планеты. Она могла бы садиться и взлетать на спутники с помощью вспомогательной химической ракеты. Детали своего путешествия и собранные научные данные аппарат будет передавать на Землю. Такой зонд можно было бы использовать не только в Солнечной системе, но и при межзвездных полетах.

Ауксоны Лакнера-Вендта

Ауксоны были придуманы в 1995 году Клаусом Лакнером и Кристофером Вендтом. Это дальнейшее развитие идеи пустынных репликаторов Дайсона. Представляет собой колонию мобильных роботов, размером 10-30 см, работающих на сетке керамических электрифицированных дорожек вокруг стационарного производственного оборудования и полей солнечных батарей. Предназначение системы — извлечение химических элементов (натрия, железа, магния, кремния, кальция, титана, алюминия, углерода, кислорода и водорода) посредством высокоремпературного карботермического процесса.

Advanced Automation for Space Missions

Автоматический лунный комплекс. Рисунок: NASA

Advanced Automation for Space Missions — это название масштабной исследовательской работы, проведенной совместно учеными из нескольких университетов США и инженерами NASA в начале 1980-х годов. Перед учеными была поставлена задача придумать варианты масштабного внедрения последних достижений электроники и робототехники в будущих космических миссиях.

Одним из вариантов, предложенных учеными, был лунный самовоспроизводящийся комплекс (ЛСВК) —  автоматический завод, способный самостоятельно расширяться, добывать ресурсы и строить свои копии.

Перечень машин, которые должны работать на заводе, включает в себя автоматические тележки, которые должны перемещаться по рельсам внутри завода, дорожные машины, расплавляющие параболическим зеркалом лунный реголит и строящие таким образом дороги с твердым покрытием, фронтальные погрузчики для добычи ресурсов. В качестве конструкторов копий завода были предложены большие транспорты, оснащенные манипуляторами с различными инструментами.

Литейный робот будет использовать гипсовые формы для отливки деталей и инструментов из металлов или расплавленного базальта. Он также будет оснащен системой лазерной резки и сварки на основе СО2-лазера.

В качестве источника энергии будут использоваться солнечные батареи, прикрывающие всю площадь комплекса огромным навесом, и защищающие от солнечного излучения.

Большая часть исследований в ЛСВК была посвящена разработке гибкой химической системы обработки руд. Лунный реголит должен очищаться с помощью разных методов, в первую очередь путем выщелачивания плавиковой (фтороводородной) кислоты. Элементом в наибольшей степени, ограничивающим скорость роста, был хлор, необходимый для производства алюминия. Хлор редко встречается в лунном грунте.

Была также предложена сложная система производства микрочипов, но авторы предположили, что чипы может оказаться целесообразно возить с Земли в качестве «витаминной добавки».

Лунный самовоспроизводящийся комплекс, после первоначальной закладки, должен расширить свои производственные мощности и построить свою копию. В дальнейшем он будет добывать и очищать ресурсы для использования на лунных базах или для отправки на Землю. Производственное оборудование можно загрузить любыми заказами.

В 2004 году Институтом перспективных концепций NASA было предложено использовать идею лунного комплекса для добычи ресурсов на астероидах.

Зонды фон Неймана

Ксеноны, они же зонды фон Неймана — очередная страшилка из мира компьютерных игр. Скриншот из игры: X3 Terran Conflict

Зонды фон Неймана — самовоспроизводящиеся автоматические межзвездные корабли. Правда сам фон Нейман не работал над космическими проектами. Это название зонды поучили благодаря большому вкладу ученого в теорию саморепликаторов.

Существует много вариантов зондов в зависимости от конечной цели миссии.

В общих чертах их жизненный цикл выглядит так: зонд прибывает в звездную систему, ищет и добывает ресурсы, строит свои копии и рассылает их в соседние системы. Первый корабль после этого остается в системе и выполняет разные задачи. Он может исследовать планеты, терраформировать их, строить на планете базу для прибытия людей. При обнаружении признаков жизни или цивилизации, зонд может перейти в режим наблюдения, а может уничтожить всю жизнь на планете (так называемый корабль-берсеркер). Корабли-сеятели могут искать пригодные для жизни планеты и заселять их жизненными формами из собственного хранилища генетических образцов.

Зонды фон Неймана рассматривают как один из вариантов космической экспансии человечества. Более того, некоторые теоретики утверждают, что на определенном этапе развития цивилизации создание таких зондов неизбежно. Даже, если эти зонды будут перемещаться между звездными системами со скоростью 0,1 световой, они смогут распространиться по всей галактике за полмиллиона лет. То, что мы еще не встретили ни одного такого зонда, может рассматриваться как аргумент в пользу того, что внеземного разума не существует (или что ни один из них пока не обогнал нас в развитии).

Чем опасны саморепликаторы

Человечество раздуло шумиху вокруг разумных роботов, искусственного интеллекта и самовоспроизводящихся машин еще задолго до их появления. Во всех возможных вариациях были обыграны сценарии порабощения и уничтожения людей. Отчасти этот ажиотаж искусственный, созданный для развлечения и для того чтобы заработать деньги. Он зачастую мешает разработчикам таких машин, настраивая против них общественное мнение. Но если задуматься, в этих опасениях все же есть разумное зерно. Роботы не обязательно будут «убивать всех человеков», но их появление может сделать жизнь многих людей гораздо хуже чем сейчас.

Рассмотрим возможные сценарии апокалипсиса.

Социальный взрыв

Появление дешевой механической рабочей силы может оставить не у дел миллионы, а может даже и миллиарды низкооплачиваемых работников по всему миру. Уже сейчас  вполне заметна тенденция увеличения безработицы в таких отраслях как торговля и логистика, где широко внедряются средства автоматизации. Этот эффект может быть в десятки раз сильнее из-за появления более совершенных самовоспроизводящихся роботов. Последствия могут быть самыми разнообразными: от затяжного экономического кризиса из-за падения покупательной способности, до голода и бунтов.

Искусственный интеллект

Чуть менее вероятный сценарий — появление искусственного интеллекта, который по какой-то причине станет врагом человечества. Менее вероятный потому, что, несмотря на оптимизм последних лет, пока еще не ясно когда будет создан ИИ. Такие всплески энтузиазма случались и раньше, и каждый раз сходили на нет из-за возникающих проблем — недостатка вычислительной мощности или неудачных моделей программирования. Да и собственно, какова вероятность, что ИИ, даже если он будет создан, вообще захочет становиться врагом человека?

Стоит отметить, что если будет создан ИИ, то автоматически решится и проблема самовоспроизводства. Поскольку даже с помощью существующих несовершенных манипуляторов сильный ИИ сможет изготавливать любых роботов.

Серая слизь

Еще менее вероятный сценарий из мира нанотехнологий. Эрик Дрекслер, автор концепции нанотехнологий, предложил идею наноробота, способного манипулировать материей на молекулярном и атомарном уровне. Для таких роботов все существующее может стать потенциальным сырьем. Если такие роботы выйдут из под контроля, они смогут переработать и уничтожить целую планету.

Угроза с неба

Этот сценарий подразумевает встречу человека с враждебным зондом фон Неймана, не важно, земного происхождения, или инопланетного. Выше уже упоминался вариант зонда-берсеркера, который уничтожает иные формы жизни. Но возможны и другие варианты, когда зонды, предназначенные для тераформирования и других задач, могут быть умышленно перепрограммированы, или же случится фатальный сбой. Такой зонд-терраформер может разрушить тонкий климатический баланс Земли, или другой планеты.

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *