Часть вторая. очертания возможного
Глава 4. МАШИНЫ ИЗОБИЛИЯ
Если бы каждый инструмент, когда ему приказывают, или даже по собственной инициативе, мог бы делать работу, для которой он предназначен… тогда не имелась бы никакой необходимости в учениках для мастеров или в рабах для господ.
АРИСТОТЕЛЬ
Гремящие репликаторы
Молекулярные репликаторы
Молекулы и Небоскребы
27 МАРТА 1981 ГОДА новости радио CBS процитировали учёного, работающего в NASA, который сказал, что инженеры будут способны строить самовоспроизводящихся роботов в пределах двадцати лет, для использования в космосе или на Земле. Эти машины строили бы копии себя, и копиям можно было бы делать предписания создавать полезные продукты. У него не было сомнений в их возможности, только в том, когда они будут построены. Он был прав.
С 1951, когда Джон фон Нейман выделил принципы само-копирующихся машин, ученые в целом подтверждали их возможность. В 1953 году Ватсон и Крик описали структуру ДНК, которая показала, как живые объекты передают инструкции, которые руководят их постройкой. Биологи с тех пор узнавали всё больше деталей о том, как само-
Гремящие репликаторы
Биологические репликаторы, такие как вирусы, бактерии, растения и люди, используют молекулярные машины. Искусственные репликаторы могут использовать вместо этого балк-технологию. Так как сегодня у нас есть балк-технологии, инженеры могут её использовать, чтобы строить репликаторы до того как появится молекулярная технология.
Древний миф о волшебной силе жизни (вместе с неправильным представлением, которое увеличение энтропии означает, что все во вселенной должно обязательно умереть) породил мим-высказывание, что репликаторы должны нарушить некоторый естественный закон. Это просто не так. Биохимики понимают, как клетки воспроизводятся и они не находят в них никакого волшебства. Вместо этого они находят машины, обеспечиваемые материалами, энергией и инструкциями, которые необходимы для выполнения работы. Клетки уже воспроизводятся; роботы могли бы воспроизводиться.
Успехи в автоматизации естественным образом приведут к механическим репликаторам, сделает ли кто-либо их особой целью или нет. В то время как давление конкуренции заставляет увеличиваться автоматизацию, потребность в человеческой рабочей силе на фабриках будет снижаться. На Fujitsu Fanuc уже работает машинная секция на производственном предприятии двадцать четыре часа в сутки только с девятнадцатью рабочими на этаже во время дневной смены и совсем без кого-либо во время ночной смены. Эта фабрика производит 250 машин в месяц, 100 из которых – роботы.
В конечном счете, роботы могли бы делать всю работу по сборке роботов, собирать другое оборудование, делать необходимые части, управлять шахтами и генераторами, которые снабжают различные фабрики материалами и энергией и т. д. Хотя такая сеть фабрик, развёрнутая по местности не напоминала бы беременного робота, она бы образовала саморасширяющуюся, самовоспроизводящуюся систему. Ассемблерная революция определённо произойдёт до того, как вся промышленность будет автоматизирована, однако сегодняшние шаги в этом направлении – шаги в направлении чего-то вроде гигантского гремящего репликатора.
Но как такую систему можно поддерживать и чинить без человеческого труда?
Представьте себе автоматическую фабрику, способную и проверить части и собирать оборудование. Плохие части не проходят испытаний и выбрасываются или перерабатываются. Если фабрика может также разбирать машины, производить ремонты нетрудно: нужно просто разобрать неработающие машины, проверите все их части, заменить все изношенные или сломавшиеся части и снова их собрать. Более эффективная система диагностировала бы проблемы без тестирования каждой части, но это не обязательно необходимо.
Распространяющаяся система фабрик, укомплектованных роботами, была бы осуществима, но громоздка. При умном конструировании и минимуме различных частей и материалов, инженеры могли бы уместить копирующуюся систему в один корпус, но такая – но такая коробка могла бы быть ещё огромна, потому что в ней должно содержаться оборудование, способное делать и собрать много различных частей. Сколько различных частей? Столько, сколько она сама содержит. Сколько различных частей и материалов было бы необходимо, чтобы построить машину, способную делать и собрать так много различного материалов и частей? Это трудно оценить, но системы, основанные на сегодняшней технологии использовали бы электронные чипы. Только их производство потребовало бы слишком много оборудования, которое нужно поместить внутрь маленького репликатора.
Кролики воспроизводятся, но они требуют уже готовых частей типа молекул витаминов. Получение этого из еды позволяет им выживать с меньшим количеством молекулярных машин, чем если бы им пришлось всё делать с нуля. Точно так же механический репликатор, используя изготовленные отдельно чипы, мог бы быть несколько проще, чем такой же, делающий сам всё, что необходимо. Эти специфические «диетические» требования также связали бы машины в более широкую «экологическую» систему, помогающую держать её на прочном поводке. Инженеры в спонсируемых НАСА исследованиях предложили использовать такие полурепликаторы в космосе, давая возможность космической промышленности расширяться только с небольшой поставкой сложных частей с Земли.
Однако, так как репликаторы, построенные по балк-технологии, должны производить и собирать свои части, они должны содержать машины и которые производят части и которые их собирают. Это подчеркивает преимущество молекулярных репликаторов: их части – атомы, а атомы приходят уже готовыми.
Молекулярные репликаторы
Клетки воспроизводятся. Их машины копируют свои ДНК, которые направляют их рибосомные механизмы на строительство других машин из более простых молекул. Эти машины и молекулы содержатся в заполненном жидкостью мешке. Мембрана впускает молекулы, снабжающие клетку энергией и части для дальнейшего производства наномашин, ДНК, мембран и т. д.; она выпускает отработанные молекулы, несущие энергию и остатки компонентов. Клетка воспроизводится путём копирования частей внутри своего мембранного мешка, сортируя их на две группы, и расщепляя мешок на два. Искусственные репликаторы могли бы строиться так, чтобы работать аналогичным образом, но используя ассемблеры вместо рибосом. Таким образом мы могли бы строить клетко-подобные репликаторы, которые не ограничиваются молекулярными машинами, сделанными из мягких влажных складок молекул белка.
Но инженеры более вероятно, что разработают другие подходы к воспроизводству. У эволюции не было никакого простого способа изменить фундаментальный принцип действия клетки, а этот принцип действия имеет недостатки. В синапсах, например, клетки мозгового передают сигналы своим соседям, высвобождая пузырьки химических молекул. Эти молекулы толкутся вокруг, пока не свяжутся с молекулами-датчиками соседней клетки, иногда вызывая нейронный импульс. Химические синапсы – медленные переключатели, а нейронные импульсы двигаются медленнее, чем звук. С ассемблерами молекулярные инженеры будут строить целые компьютеры меньшего размера чем синапсы и в миллионы раз быстрее.
Мутация и отбор могла переделать синапсы в механический нанокомпьютер не более чем селекционер мог бы переделать лошадь в автомобиль. Тем не менее инженеры построили автомобили, и также будут учиться строить компьютеры быстрее чем мозг человека и репликаторы, обладающие большими возможностями, чем существующие клетки.
Некоторые из этих репликаторов вообще не будут похожи на клетки, но зато будут похожи на фабрики, уменьшенные до размера клетки. Они будут содержать наномашины, установленный на молекулярном каркасе и конвейерные ремни, чтобы перемещать части от машины к машине. Снаружи у них будет набор сборочных манипуляторов для постройки своих копий по атому или секции за раз.
Как быстро эти репликаторы смогут размножаться, будет зависеть от скорости их сборки и их размера. Представьте себе достаточно сложный ассемблер, содержащий миллион атомов: он вполне может иметь десять тысяч перемещающихся частей, каждая содержащая в среднем сотню атомов – т. е. достаточно деталей, чтобы сделать довольно сложную машину. В действительности сам ассемблер выглядит как коробка, служащая основой для манипуляторов, каждый длинной по сотне атомов. Коробка и манипулятор содержит устройства, которые перемещают руку из одного положения в другое, чтобы поместить, и другие, которые заменяют молекулярные инструменты на его конце.
Позади коробки находится устройство, которое читает ленту и обеспечивает механические сигналы, которые переключают движения манипулятора и смену инструментов. Перед рукой находится незаконченная структура. Конвейеры подносят молекулы к ассемблерной системе. Некоторые поставляют энергию для двигателей, которые передвигают считывающее устройство для ленты и манипуляторы, другие обеспечивают группы атомов, занимающиеся сборкой. Атом за атомом (группа за группой), манипулятор передвигает части каждую на своё место, как указывается лентой; химические реакции соединяют их в связанную структуру.
Эти ассемблеры будут работать быстро. Быстрый фермент, такой как углеродная ангидраза или кетостероидная изомераза, может обрабатывать почти миллион молекул в секунду, даже без конвейеров и механизмов, приводимых в движение энергией, чтобы быстро поставить новую молекулу на место как только освобождается предыдущая. Может показаться слишком сильным ожидать от ассемблера, что он будет захватывать молекулу, перемещать её и втискивать на место лишь за миллионную секунды. Но маленькие объекты могут двигаться туда-сюда очень быстро. Человек может поднять и опустить руку несколько раз в секунду, пальцы могут постукивать по чему-нибудь быстрее, муха способна махать своими крылышками достаточно быстро, чтобы жужжать, а комар создаёт невыносимый писк. Насекомые могут махать своими крыльями примерно в тысячу раз быстрее, чем люди своими руками, потому что крылья насекомого примерно в тысячу раз короче.
Манипулятор ассемблера будет приблизительно пятьдесят миллионов раз короче, чем человеческая рука, и поэтому (как это получается) будет способен двигаться туда-сюда приблизительно в пятьдесят миллионов раз быстрее. Для манипулятора ассемблера, двигаться всего лишь миллион раз в секунду было бы подобно человеческой руке двигаться около одного раз в минуту: очень медленно. Так что это выглядит очень разумной целью.
Скорость копирования будет зависеть также от общего размера системы, которая должна быть построена. Ассемблеры не будут копироваться сами по себе; им будут нужны материалы и энергия, а также инструкции о том, как их использовать. Поставлять материалы и энергию могут обычные химические вещества, но должны быть в наличии наномашины, чтобы их обрабатывать. Бугристые полимерные молекулы могут кодировать информацию подобно перфоленте, но должно иметься устройство чтения, чтобы переводить комбинацию бугорков в характер движения манипулятора. Вместе эти части образуют самое главное в репликаторе: лента поставляет инструкции для сборки копии ассемблера, устройства чтения и других наномашин, а также самой ленты.
Разумная конструкция этого вида репликаторов вероятно будет включать несколько ассемблерных манипуляторов и еще несколько манипуляторов для удержания и перемещения объектов работы. Каждый из этих манипуляторов – это по одному миллиону атомов или около того. Другие части – устройства чтения ленты, химические процессоры и т. д. – могут быть такие же сложные как ассемблеры. В конце концов гибкая система копирования вероятно будет включать простой компьютер; следуя механическому подходу, упомянутому в Главе 1, это добавит порядка 100 миллионов атомов. Все части вместе взятые будут составлять менее чем 150 миллионов атомов. Предположим даже что это будет один миллиард, чтобы оставить широкий допуск для ошибки. Не будем принимать во внимание дополнительные способности дополнительных манипуляторов ассемблера, оставляя ещё больший допуск. Работая со скоростью миллион атомов в секунду, система всё равно скопирует себя за тысячу секунд или немногим более чем за пятнадцать минут – это примерно то время, за которое бактерия воспроизводит себя при хороших условиях.
Представьте себе такой репликатор, плавающий в бутылке с химическими веществами, и производящий копии себя. Он строит одну копию за одну тысячу секунд, тридцать шесть за десять часов. Через неделю, он сделает достаточно копий, чтобы заполнить объем человеческой клетки. За столетие, он сделает достаточно, чтобы покрыть небольшое пятнышко. Если бы это было всё, что могли делать репликаторы, мы бы возможно спокойно могли бы на них не обращать внимания.
Однако каждая копия будет строить ещё большее количество копий. Значит первый репликатор соберёт копию за одну тысячу секунд, дальше два репликатора построят еще два за следующую тысячу секунд, четыре построят ещё четыре, а восемь построят ещё восемь. В конце десяти часов будет иметься не просто тридцать два новых репликатора, а более 68 миллиардов. Менее чем за день одни бы весили тонну; менее чем за два дня одни бы стали весить больше, чем Земля; ещё через четыре дня одни бы превысили по массе Солнце и все планеты вместе взятые – если бутылка с химическими веществами не опустеет до этого момента.
Постоянное удвоение означает экспоненциальный рост. Репликаторы умножаются по экспоненте если нет ограничений, таких как недостаток места или ресурсов. Бактерии это делают, и примерно с той же самой скоростью как репликаторы, описанные только что. Люди воспроизводятся намного более медленно, однако если им дать достаточно времени, они также могли бы превзойти любой конечный источник ресурсов. Беспокойство о росте населения никогда не потеряет своей важности. Забота о том, как контролировать новые быстрые репликаторы, скоро станет действительно важной.
Молекулы и небоскребы
Машины, способные схватить и куда-то поместить отдельные атомы будут способны строить почти всё что угодно, связывая нужные атомы вместе нужным образом, как я это описал в конце Главы 1. Безусловно, строительство больших объектов по одному атому будет медленным.
Чтобы быстро создавать большие объекты, должно сотрудничать большое число ассемблеров сотрудничать, но репликаторы будут производить ассемблеры тоннами. Действительно, при правильной конструкции различие между ассемблерной системой и репликатором будет заключаться целиком в программе ассемблера.
Если самовоспроизводящийся ассемблер может сделать свою копию за тысячу секунд, то его можно запрограммировать, чтобы он построил что-нибудь ещё своего размера с той же скоростью. Точно так же тонна репликаторов может быстро построить тонну чего-нибудь еще – и продукт будет иметь все свои миллиарды миллиардов миллиардов атомов в правильных местах, только с очень небольшой долей расположенных ошибочно.
Чтобы понять способности и ограничения этого метода сборки больших объектов, представьте себе плоский лист, покрытый маленькими сборочными манипуляторами – может быть армией репликаторов, запрограммированных для строительных работ и выстроившихся правильными рядами. Конвейеры и каналы связи за ними снабжают их молекулами для реакций, энергией и инструкциями по сборке. Если каждый манипулятор занимает площадь в 100 атомных диаметров, то позади каждого ассемблера будет место для конвейеров и каналов в сумме приблизительно в 10,000 атомов площади по диагонали поперечного сечения.
Похоже, этого места достаточно. Место в десять или двадцать атомов шириной может вмещать конвейер (возможно основанный на молекулярных поясах и шкивах). Канал в несколько атомов шириной может содержать молекулярный стержень, который, подобно стержням в механическом компьютере, упомянутым в главе 1, будет толкать и тянуть, чтобы передавать сигналы. Все манипуляторы будут работать вместе для построения широкого, твердую структуру слой за слоем. Каждый манипулятор будет ответственен за собственную область, работающую приблизительно с 10,000 атомами на слой. Лист ассемблеров, обрабатывающий 1,000,000 атомов в секунду на один манипулятор, закончит приблизительно одну сотню атомных слоев в секунду. Это может казаться слишком быстрым, но с этой скоростью, наращение толщины с бумажный лист будет занимать около часа, а создание плиты толщиной в метр займет в год.
Более быстрые манипуляторы могли бы ускорить сборку до более чем метра в день, но они выделят больше ненужного тепла. Если они могли бы строить слой толщиной в метр за день, высокая температура от одного квадратного метра могла бы поджаривать одновременно сотни бифштексов и могла бы поджарить молекулярные машины.
Представьте себе попытку построить дом путём склеивания отдельных зёрен песка. Добавление слоя зёрен могло бы занять у машин, склеивающих зёрна, так много времени, что выращивание стен дома будет занимать десятилетия. Теперь представьте себе, что машины на фабрике вначале склеивают зёрна в кирпичи. Фабрика может работать сразу с многими кирпичами. С достаточным количеством машин, склеивающих зёрна, кирпичи могли бы вырастать быстро; сборщики стен могли бы далее быстро строить стены, складывая уже собранные кирпичи. Аналогично молекулярные ассемблеры будут работать вместе с большими ассемблерами, которые будут быстро строить большие объекты: машины могут быть любого размера от молекулярного до гигантского. При таком подходе большая часть тепла, выделяемого при сборке будет рассеиваться далеко от места сборки, при производстве частей.
Строительство небоскрёба и архитектура живого предлагают аналогичный способ строить большие объекты. Большие растения и животные имеют сосудистые системы, сложные системы каналов, которые несут материалы к молекулярным машинам, работающим везде в их тканях. Подобным образом после того как сборщики закончат каркас небоскрёба, "сосудистая система" здания – эскалаторы и коридоры, с помощью кранов – будут переносить строительные материалы к рабочим по всему внутреннему объёму здания. Сборочные системы также могли бы использовать эту стратегию, вначале возводя леса и далее работая внутри по всему объёму, соединяя материалы, принесённые по каналам извне.
Представьте себе этот подход, используемый для «выращивания» большого двигателя ракеты, работающий внутри чана на промышленном предприятии. Чан – сделанный блестящей стали, со стеклянным окном для удобства посетителей возвышается выше человеческого роста, так как он должен содержать законченный двигатель. Трубы и насосы связывают его с другим оборудованием и к теплообменникам с водяным охлаждением. Это устройство позволяет оператору пропускать через чан различные жидкости.
Чтобы начать процесс, оператор откидывает крышку чана, и опускает в него опорную плиту, на которой будет строиться двигатель. Далее крышка опять плотно закрывается. По нажатию кнопки, насосы затопляют ёмкость густой молочной жидкостью, которая затопляет плиту и делает неясным видное в окошко. Эта жидкость течёт из другого чана, в котором воспроизводящиеся ассемблеры вырастили и перепрограммировали, заставив их скопировать и распространить новую ленту инструкций (немного похоже на заражение бактерии вирусом). Эти новые ассемблерные системы, меньшие чем бактерия, рассеивают свет и из-за этого жидкость выглядит молочной. То, что они в жидкости преобладают, делает её густой.
В центре опорной плиты, глубоко в кружащейся, загруженной ассемблерами жидкости, находится «семя». Оно содержит нанокомпьютер с хранящимися планами машины, а на его поверхности находятся места, к которым прикрепляются ассемблеры. Когда ассемблер прилипает к нему, они соединяются друг с другом и семя-компьютер передаёт инструкции компьютеру ассемблера. Это новое программирование сообщает ему, где он находится по отношению к семени, и даёт ему команду протянуть свои манипуляторы и зацепить другие ассемблеры. Далее они подключаются тоже и программируются подобным образом. Подчиняясь инструкциям, получаемым от семени (которые распространяются через расширяющуюся сеть ассемблеров) из хаоса жидкости растёт что-то вроде кристалла, состоящего из ассемблеров. Так как каждый ассемблер знает своё место в плане, он зацепляет другие ассемблеры только когда необходимо. Это образует структуру менее правильную и более сложную, чем естественный кристалл. За несколько часов каркас из ассемблеров вырастает так, что уже соответствует планируемой конечной форме ракетного двигателя.
Тогда насосы чана возвращаются к жизни, заменяя молочную жидкость одиночных ассемблеров чистой смесью органических растворителей и растворённых веществ, включая алюминиевые сплавы, компоненты, обогащённые кислородом, и компоненты, служащие в качестве топлива для ассемблеров. По мере того, как жидкость становится более прозрачной, форма двигателя ракеты становится видимой через окно, напоминая модель в полном масштабе, вылепленную в прозрачной белой пластмассе. Затем, сообщение, распространяющееся от семени, предписывает нужным ассемблерам освободить своих соседей и свернуть свои манипуляторы. Они вымываются из структуры быстрой белой лентой, оставляя прочную структуру связанных ассемблеров, оставляя теперь достаточно пространства для работы. Очертания двигателя в чане вырастают почти прозрачными, с небольшой радужностью.
Каждый остающийся ассемблер, хотя все еще связанный с соседями, теперь окружен крошечными заполненными жидкостью каналами. Специальные манипуляторы на ассемблерах работают подобно жгутам, подхлестывая жидкость и способствуя её распространению через каналы. Эти движения, подобно всем остальным, выполняемым ассемблерами, питаются энергией молекулярных машин, для которых топливо служат молекулы в жидкости. Также как растворённый сахар даёт энергию дрожжам, также эти растворённые химические вещества дают энергию ассемблерам. Эта текущая жидкость подносит свежее топливо и растворяет сырые строительные материалы; вытекая обратно, она уносит выработанное тепло. Сеть коммуникаций распространяет инструкции для каждого ассемблера.
Ассемблеры теперь готовы начать строить. Они должны построить двигатель ракеты, состоящий главным образом из труб и насосов. Это означает построить прочные, легкие структуры сложных форм, некоторые из которых способны выдерживать очень высокую температуру, некоторые содержат внутри трубки, по которым течёт охлаждающая жидкость. Там, где нужно очень большое усилие, ассемблеры начинают делать прутки из переплетающихся волокон углерода, в их алмазной форме. Из этого они строят структуру, приспособленную, чтобы выдерживать ожидаемый тип нагрузки. Там, где важно сопротивление температуре и коррозии (как на многих поверхностях), они строят аналогичные структуры из оксида алюминия в его сапфировой форме. В местах, где нагрузки будут низки, ассемблеры сберегают массу, оставляя более широкие пустые пространства в структуре. В местах, где нагрузка будет высокой, ассемблеры укрепляют структуру до тех пор, пока остающиеся пространства едва достаточны, чтобы сами ассемблеры могли двигаться. В других местах ассемблеры кладут другие материалы для того, чтобы образовать сенсоры, компьютеры, моторы, соленоиды и всё остальное, что необходимо.
Чтобы закончить свою работу, они строят стенки, разделяющие остающиеся пространства в каналах в почти запечатанные ячейки, затем отходят к последним открытым местам и выкачивают оставшуюся внутри жидкость. При запечатывании пустых ячеек, они полностью уходят из строящегося объекта и уплывают в циркулирующей жидкости. Наконец, чан опустевает, пульверизатор омывает двигатель, крышка открывается и внутри возвышается готовый двигатель, который сохнет. Его создание потребовало менее дня и почти никакого человеческого внимания.
На что похож этот двигатель? Это не массивный кусок сваренного и скреплённого болтами металла, он без швов, подобный драгоценному камню. Его пустые внутренние ячейки, построенные в ряды, находящиеся примерно на расстоянии длины волны света друг от друга, имеют побочный эффект: подобно углублениям на лазерном диске они преломляют свет, делая различную радужность подобно той, что делает огненный опал. Эти пустые пространства облегчают структуру, уже сделанную из самых лёгких и прочных известных материалов. В сравнении с современными металлическими двигателями, этот усовершенствованный двигатель будет иметь более чем на 90 процентов меньшую массу.
Ударьте слегка по нему, и он отзовётся как колокольчик удивительно высокого для своего размера тона. Установленный в космическом корабле, сделанном тем же способом, он легко поднимет его со взлетно-посадочной полосы в космос и вернёт снова назад. Он выдерживает длительное и интенсивное использование, потому что прочные материалы позволили разработчикам включать большие запасы прочности. Поскольку ассемблеры позволили проектировщикам делать его материал таким, что он при приложении усилия течёт до того, как ломается (оплавляя трещины и останавливая их распространение), двигатель не только прочен, но и износостоек.
При всём своём превосходстве, этот двигатель по сути вполне обычен. В нём просто заменили плотный металл тщательно устроенными структурами из лёгких, прочно связанных атомов. В конечном продукте никаких наномашин нет.
Более продвинутые проекты будут использовать нанотехнологию более глубоко. Они могли бы оставлять в создаваемом объекте сосудистую систему для обеспечения ассемблерной и дизассемблерной систем; их можно запрограммировать на восстановление изношенных частей. Пока пользователи снабжают такой двигатель энергией и сырьём, он будет обновлять свою собственную структуру. Ещё более продвинутые двигатели также могут быть буквально гибкими. Ракетные двигатели работают наилучшим образом, если они могут принимать различную форму при различных режимах функционирования, но инженеры не могут сделать обычный металл прочным, лёгким и при этом гибким. С нанотехнологией, однако, структура более прочная чем сталь и более лёгкая чем дерево могла бы изменять свою форму, подобно мускулу (работая как мускул по принципу скользящих волокон). Двигатель мог бы тогда расширяться, сжиматься и изгибаться таким образом, чтобы обеспечивать требуемую силу тяги в требуемом направлении при различных условиях. С запрограммированными нужным образом ассемблерами и дизассемблерами, он мог бы даже глубоко изменять свою структуру через длительное время после того, как покинул чан, в котором рос.
Короче говоря, воспроизводящиеся ассемблеры будут копировать себя тоннами, потом делать другие продукты, такие как компьютеры, двигатели ракет, стулья и т. д. Они будут делать дизассемблеры, способные разрушить скалу, чтобы получить из неё сырьё. Они будут делать коллекторы солнечной энергии, чтобы обеспечивать энергией. Хотя сами они маленькие, строить они будут большое. Группы наномашин в природе строят китов, и рассеивают зёрна самовоспроизводящихся машин, и организуют атомы в огромные структуры целлюлозы, выстраивая такого гиганта, как калифорнийское мамонтовое дерево. Нет ничего удивительного в выращивании ракетного двигателя в специально подготовленном чане. Действительно, лесники, если им дать подходящие «семена» ассемблеров, могли бы выращивать космические корабли из земли, воздуха и солнечного света.
Ассемблеры будет способен делать практически всё что угодно из обычных материалов без использования человеческого труда, заменяя дымящие фабрики системами, чистыми как лес. Они в корне преобразуют технологию и экономику, открывая новый мир возможностей.
Глава 5. ДУМАЮЩИЕ МАШИНЫ
Мир стоит на пороге второго компьютерного века. Новая технология, выходящая сейчас из лаборатории, начинает превращать компьютер из фантастически быстрой вычислительной машины в устройство, которое подражает человеческому процессу мышления, давая машинам способность рассуждать, производить суждения, и даже учиться. Уже этот "искусственный интеллект" выполняет задачи, которые когда-то думали, что под силу только человеческому интеллекту…
«БИЗНЕС УИК»
Машинный интеллект
Цель Тьюринга
Проектирующие машины
Гонка искусственного интеллекта
Достаточно ли мы умные?
Ускорение гонки технологий
КОМПЬЮТЕРЫ появились из глубин лабораторий, чтобы помочь писать, считать и играть дома и в офисе. Эти машины выполняют простые, повторяющиеся задачи, но машины, которые пока еще в лабораториях, делают намного больше. Исследователи искусственного интеллекта говорят, что компьютеры могут быть умными и с этим не соглашается всё меньшее и меньшее количество людей. Чтобы понять наше будущее, мы должны понять, также ли невозможен искусственный интеллект, как полёт на Луну.
Думающие машины не обязаны походить на людей по форме, назначению, или умственным умениям. Действительно, некоторые системы искусственного интеллекта покажут немного черт умного дипломированного специалиста-гуманитария, но зато будут служить только как мощные машины для проектирования. Тем не менее понимание как человеческий разум эволюционировал из бессознательной материи прольёт свет на то, как можно заставить машины думать. Разум, подобно другим формам порядка, эволюционировал путём вариации и отбора.
Разум действует. Не нужно изучить скиннеровский бихевиоризм, чтобы понять важность поведения, включая внутреннее поведение, называемое мышлением. РНК, копирующееся в испытательных пробирках, показывает, как идея цели может применяться (как своего рода стенография) к молекулам, совершенно не имеющим разума. У них нет нервов и мускулов, но они развились, чтобы "вести себя" так, как это способствует их воспроизводству. Вариация и селекция сформировали простое поведение каждой молекулы, которое остается постоянным на протяжении всей её "жизни".
Отдельные молекулы РНК не приспосабливаются, но бактерии это делают. Конкуренция выделили бактерии, которые приспосабливаются к изменениям например, подстраивая свой набор пищеварительных ферментов под имеющуюся в наличии пищу. Однако сами эти механизмы адаптации постоянны: молекулы пищи переключают генетические переключатели также как холодный воздух переключает термостат.
Некоторые бактерии также используют примитивную форму управления поведением по методу проб и ошибок. Бактерии этого вида имеют тенденцию плавать по прямым линиям, и имеют ровно столько «памяти», чтобы знать, улучшаются ли окружающие условия или ухудшаются по направлению их движения. Если они ощущают, что условия улучшаются, они продолжают двигаться вперёд. Если они чувствуют, что условия становятся хуже, они останавливаются, переворачиваются и направляются в случайном, обычно ином, направлении. Они исследуют направления, и отдают предпочтение хорошим, отвергая плохие. И поскольку это заставляет их мигрировать в направлении больших концентраций молекул пищи, они выжили.
У плоских червей нет мозга, однако они показывают способность к настоящему обучению. Они могут учиться выбрать правильную дорожку в простом T-образном лабиринте. Они пробуют повернуть налево и направо, и постепенно выбирают поведение или формируют привычку, которая даёт лучший результат. Однако это выбор поведения по его последствиям, что психологи-бихевиористы называют "законом последствий". Эволюционирующие гены вида червя произвели отдельных червей с эволюционирующим поведением.
Однако черви, обученные ползать по лабиринту (даже голуби Скиннера, обученные клевать, когда загорается зеленый свет) не выявляют никакого признака рефлексивной мысли, которую мы ассоциируем с понятием разум. Организмы, приспосабливающиеся только через простой закон последствий, учатся только методом проб и ошибок, варьируя и выбирая действительное поведение – они не думают вперёд и не принимают решений. Однако естественный отбор часто поощрял организмы, которые могли думать, а мышление не содержит волшебства. Как отмечает Даниель Деннетт из Туфтского университета, гены в результате эволюции могут обеспечивать мозг животных внутренними моделями того, как устроен мир (нечто подобное моделям в автоматизированных системах проектирования). Эти животные могут «воображать» различные действия и последствия, избегая действий, которые «выглядят» опасными и выполняя действия, которые «выглядят» безопасными и выгодными. Испытывая идеи относительно этих внутренних моделей, они могут избегать усилий и риска проверки различных действий во внешнем мире.
Деннетт далее указывает, что закон последствий может изменять сами модели. Также как гены могут обеспечивать эволюционирующее поведение, также они могут предусматривать эволюционирующие умственные модели. Гибкие организмы могут изменить свои модели и уделять больше внимания версиям, которые показали, что они служат лучшим руководством к действию. Все мы знаем, что значит пробовать разные вещи, и выяснять, какие из них работают. Модели не обязательно должны быть инстинктивными; они могут развиваться в течение одной жизни.
Бессловесные животные, однако, редко передают своё новое понимание. Оно исчезает с мозгом, который вначале их произвел, потому что накопленные умственные модели не отпечатываются в гены. Однако даже безмолвные животные могут подражать друг другу, порождая мимы и культуры. Самка обезьяны в Японии изобрела способ использовать воду для отделения зёрен от песка; другие быстро научились делать то же самое. В человеческих культурах, с их языком и картинками, ценные новые модели того, как работает мир, могут переживать своих создателей и распространяться по всему миру.
Ещё на более высоком уровне, разум (а «разум» теперь уже подходящее слово) может содержать эволюционирующие стандарты для оценки, являются ли части модели – идеи, входящие в мировоззрение, достаточно надежными, чтобы направлять действие. Разум таким образом выбирает собственное содержание, включая правила отбора. Правила суждений, которые отфильтровывают содержание науки, развились именно таким образом.
Как эволюционируют поведение, модели, и стандарты для знания, также могут эволюционировать и цели. То, что приносит хорошее, как оно оценивается по каким-то более базовым стандартам, в конечном счете начинает казаться хорошим; тогда оно становится целью само по себе. Честность окупается, и поэтому становится ценным принципом поведения. По мере того как мысли и умственные модели направляют действие и дальнейшие мысли, мы приобретаем как цели сами по себе чёткость мышления и точность умственных моделей. Растёт любопытство и с ним любовь к знаниям сама по себе. Эволюция целей таким образом продвигает и науку, и этику. Как писал Чарльз Дарвин: "наивысшая возможная стадия в моральной культуре – это когда мы поймём, что мы должны контролировать свои мысли." Мы также достигаем этого путём вариации и селекции, сосредотачиваясь на ценных мыслях и позволяя остальным уходить из поля внимания.
Марвин Мински, лаборатория искусственного интеллекта Массачусетского технологического института, рассматривает разум как своего рода общество, развивающуюся систему сообщающихся, сотрудничающих и конкурирующих агентов, каждый из которых состоит из ещё более простых агентов. Он описывает размышление и действие в терминах деятельности этих агентов. Некоторые из них могут делать не многим более чем управлять рукой, чтобы схватить чашку; другие (намного более сложные) управляют речевой системой тогда, когда она подбирает слова в очень неприятной ситуации. Мы не осознаём управление нашими пальцами, когда они охватывают чашку именно так, а не иначе. Мы поручаем такие задания компетентным агентам