การจำลองตนเอง
ประเภทของพฤติกรรมของระบบไดนามิก

โครงสร้างโมเลกุลของดีเอ็นเอ

การจำลองตัวเองเป็นพฤติกรรมใดๆ ของระบบไดนามิกที่สร้างสำเนาของตัวเองที่เหมือนกันหรือคล้ายกันเซลล์ทางชีววิทยาเมื่ออยู่ในสภาพแวดล้อมที่เหมาะสม จะสืบพันธุ์โดย การ แบ่งเซลล์ ในระหว่างการแบ่งเซลล์DNA จะถูกจำลองและสามารถถ่ายทอดไปยังลูกหลานได้ในระหว่างการสืบพันธุ์ไวรัสทางชีววิทยาสามารถจำลองได้แต่จะต้องควบคุมกลไกการสืบพันธุ์ของเซลล์ผ่านกระบวนการติดเชื้อ โปรตีน ไพร ออนที่เป็นอันตราย สามารถจำลองได้โดยการเปลี่ยนโปรตีนปกติให้เป็นรูปแบบที่แปลกประหลาด[1] ไวรัสคอมพิวเตอร์จำลองโดยใช้ฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ที่มีอยู่ในคอมพิวเตอร์แล้ว การจำลองตัวเองในหุ่นยนต์เป็นสาขาการวิจัยและเป็นหัวข้อที่น่าสนใจในนิยายวิทยาศาสตร์กลไกการจำลองตัวเองใดๆ ที่ไม่สามารถสร้างสำเนาได้อย่างสมบูรณ์แบบ ( การกลายพันธุ์ ) จะมีการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมและจะสร้างตัวแปรของตัวเอง ตัวแปรเหล่านี้จะอยู่ภายใต้การคัดเลือกโดยธรรมชาติเนื่องจากบางตัวจะอยู่รอดในสภาพแวดล้อมปัจจุบันได้ดีกว่าตัวอื่นๆ และจะขยายพันธุ์ได้มากกว่าพวกมัน

ภาพรวม

ทฤษฎี

การวิจัยในระยะเริ่มแรกโดยJohn von Neumann [2]พบว่าเครื่องจำลองมีหลายส่วน:

  • การแสดงรหัสของตัวจำลอง
  • กลไกในการคัดลอกการแสดงแบบเข้ารหัส
  • กลไกสำหรับการดำเนินการก่อสร้างภายในสภาพแวดล้อมโฮสต์ของเครื่องจำลองแบบ

ข้อยกเว้นสำหรับรูปแบบนี้อาจเป็นไปได้ แม้ว่าตัวอย่างที่ทราบเกือบทั้งหมดจะยึดตามรูปแบบนี้ นักวิทยาศาสตร์ได้เข้าใกล้การสร้าง RNA ที่สามารถคัดลอกได้ใน "สภาพแวดล้อม" ที่เป็นสารละลายของโมโนเมอร์ RNA และทรานสคริปเทส แต่ระบบดังกล่าวได้รับการระบุอย่างถูกต้องว่าเป็น "การจำลองแบบช่วย" มากกว่า "การจำลองตัวเอง" ในปี 2021 นักวิจัยประสบความสำเร็จในการสร้างระบบที่มีลำดับ DNA ที่ออกแบบมาเป็นพิเศษ 16 ลำดับ โดย 4 ลำดับในจำนวนนี้สามารถเชื่อมโยงเข้าด้วยกัน (ผ่านการจับคู่เบส) ในลำดับที่กำหนดโดยยึดตามเทมเพลตของลำดับที่เชื่อมโยงกันอยู่แล้ว 4 ลำดับ โดยเปลี่ยนอุณหภูมิขึ้นและลง ดังนั้น จำนวนสำเนาเทมเพลตจึงเพิ่มขึ้นในแต่ละรอบ ไม่จำเป็นต้องมีตัวแทนภายนอก เช่น เอนไซม์ แต่ระบบจะต้องมีแหล่งเก็บลำดับ DNA ทั้ง 16 ลำดับ[3]

กรณีที่ง่ายที่สุดคือมีเพียงจีโนมเท่านั้นที่มีอยู่ หากไม่มีการระบุขั้นตอนการสร้างตัวเองขึ้น มา ระบบที่ใช้จีโนมเพียงอย่างเดียวอาจอธิบายได้ดีกว่าว่ามีลักษณะเหมือนคริสตัล

กำเนิดแห่งชีวิต

การจำลองตัวเองเป็นคุณลักษณะพื้นฐานของชีวิต มีการเสนอว่าการจำลองตัวเองเกิดขึ้นในวิวัฒนาการของชีวิตเมื่อโมเลกุลที่คล้ายกับโพลีนิวคลีโอไทด์ สองสาย (อาจเหมือนกับRNA ) แยกตัวออกเป็นโพลีนิวคลีโอไทด์สายเดี่ยว และแต่ละสายทำหน้าที่เป็นแม่แบบสำหรับการสังเคราะห์สายที่เติมเต็มกันเพื่อสร้างสำเนาสายคู่สองสาย[4] ในระบบเช่นนี้ ตัวจำลองแบบดูเพล็กซ์แต่ละตัวที่มีลำดับนิวคลีโอไทด์ต่างกันสามารถแข่งขันกันเองเพื่อทรัพยากรโมโนนิวคลีโอไทด์ที่มีอยู่ ดังนั้นจึงเริ่มการคัดเลือกตามธรรมชาติสำหรับลำดับที่ "พอดี" ที่สุด[4] การจำลองรูปแบบชีวิตในช่วงแรกเหล่านี้อาจไม่แม่นยำอย่างยิ่ง โดยก่อให้เกิดการกลายพันธุ์ที่ส่งผลต่อสถานะการพับตัวของโพลีนิวคลีโอไทด์ จึงส่งผลต่อแนวโน้มของการเชื่อมโยงของสาย (ส่งเสริมเสถียรภาพ) และการแยกตัว (ทำให้สามารถจำลองจีโนมได้) มีการเสนอว่าวิวัฒนาการของลำดับในระบบที่มีชีวิตเป็นตัวอย่างของหลักการสร้างลำดับพื้นฐานที่ใช้ได้กับระบบทางกายภาพด้วย[5]

ประเภทของการจำลองตนเอง

งานวิจัยล่าสุด[6]เริ่มจัดประเภทเครื่องจำลองแบบ โดยมักจะอิงตามจำนวนการสนับสนุนที่ต้องการ

  • ระบบจำลองตามธรรมชาติได้รับการออกแบบทั้งหมดหรือส่วนใหญ่มาจากแหล่งที่ไม่ใช่มนุษย์ ระบบดังกล่าวรวมถึงรูปแบบชีวิตตามธรรมชาติด้วย
  • เครื่องจำลอง แบบออโตโทรฟิกสามารถจำลองตัวเองได้ "ในธรรมชาติ" โดยขุดหาสารต่างๆ ด้วยตัวเอง มีการคาดเดาว่าเครื่องจำลองแบบออโตโทรฟิกที่ไม่ใช่สิ่งมีชีวิตอาจได้รับการออกแบบโดยมนุษย์ และสามารถยอมรับข้อกำหนดสำหรับผลิตภัณฑ์ของมนุษย์ได้อย่างง่ายดาย
  • ระบบการสืบพันธุ์ด้วยตนเองเป็นระบบที่มีการคาดเดาว่าจะผลิตสำเนาของตัวเองจากวัตถุดิบทางอุตสาหกรรม เช่น แท่งโลหะและลวด
  • ระบบ ประกอบตัวเองจะประกอบสำเนาของตัวเองจากชิ้นส่วนสำเร็จรูปที่ส่งมอบ ตัวอย่างง่ายๆ ของระบบดังกล่าวได้รับการสาธิตในระดับมหภาค

พื้นที่การออกแบบสำหรับเครื่องจำลองแบบมีความกว้างมาก การศึกษาวิจัยอย่างครอบคลุม[7]จนถึงปัจจุบันโดยRobert FreitasและRalph Merkleได้ระบุมิติการออกแบบ 137 มิติที่จัดกลุ่มเป็นหมวดหมู่ที่แยกจากกันจำนวน 12 หมวดหมู่ ได้แก่ (1) การควบคุมการจำลองแบบ (2) ข้อมูลการจำลองแบบ (3) วัสดุพื้นผิวการจำลองแบบ (4) โครงสร้างเครื่องจำลองแบบ (5) ชิ้นส่วนแบบพาสซีฟ (6) หน่วยย่อยแบบแอ็คทีฟ (7) พลังงานของเครื่องจำลองแบบ (8) จลนศาสตร์ของเครื่องจำลองแบบ (9) กระบวนการจำลองแบบ (10) ประสิทธิภาพของเครื่องจำลองแบบ (11) โครงสร้างผลิตภัณฑ์ และ (12) ความสามารถในการพัฒนา

โปรแกรมคอมพิวเตอร์ที่สามารถจำลองตัวเองได้

ในวิทยาการคอมพิวเตอร์ quine คือโปรแกรมคอมพิวเตอร์ที่สามารถจำลองตัวเองได้ ซึ่งเมื่อดำเนินการแล้ว จะแสดงโค้ดของตัวเองออกมา ตัวอย่างเช่น quine ในภาษาการเขียนโปรแกรม Pythonคือ:

a='a=%r;print(a%%a)';print(a%a)

แนวทางที่ง่ายกว่าคือการเขียนโปรแกรมที่จะคัดลอกสตรีมข้อมูลใดๆ ที่ส่งไป แล้วส่งไปยังตัวมันเอง ในกรณีนี้ โปรแกรมจะถูกปฏิบัติเป็นทั้งโค้ดที่สามารถทำงานได้ และเป็นข้อมูลที่ต้องจัดการ แนวทางนี้มักใช้กับระบบที่จำลองตัวเองได้ส่วนใหญ่ รวมถึงสิ่งมีชีวิตทางชีววิทยา และง่ายกว่าเพราะไม่จำเป็นต้องให้โปรแกรมมีคำอธิบายที่สมบูรณ์เกี่ยวกับตัวมันเอง

ในภาษาการเขียนโปรแกรมหลายๆ ภาษา โปรแกรมที่ว่างเปล่าถือเป็นสิ่งที่ถูกต้อง และจะทำงานได้โดยไม่เกิดข้อผิดพลาดหรือผลลัพธ์อื่นใด ดังนั้นผลลัพธ์จึงเหมือนกับโค้ดต้นฉบับ ดังนั้น โปรแกรมจึงสามารถทำซ้ำตัวเองได้อย่างง่ายดาย

การปูกระเบื้องแบบจำลองตัวเอง

ในเรขาคณิตการปูกระเบื้องแบบจำลองตัวเองเป็นรูปแบบการปูกระเบื้องที่ กระเบื้อง ที่มีขนาดเท่ากัน หลาย แผ่นสามารถนำมาต่อกันเพื่อสร้างกระเบื้องขนาดใหญ่ที่คล้ายกับกระเบื้องดั้งเดิม ซึ่งเป็นลักษณะหนึ่งของสาขาการศึกษาที่เรียกว่า การเทสเซล เลชัน " สฟิงซ์ " เฮกเซียมอนด์ เป็น รูปห้า เหลี่ยม จำลองตัวเองรูปเดียวที่ทราบกัน[ 8] ตัวอย่างเช่น รูป ห้าเหลี่ยมเว้า สี่รูป สามารถนำมาต่อกันเพื่อสร้างรูปห้าเหลี่ยมที่มีขนาดสองเท่า[9] โซโลมอน ดับเบิลยู. โกลอมบ์เป็นผู้บัญญัติศัพท์คำว่า"เรปไทล์"สำหรับกระเบื้องที่จำลองตัวเอง

ในปี 2012 Lee Sallowsได้ระบุว่ากระเบื้องสัตว์เลื้อยคลานเป็นตัวอย่างพิเศษของชุดกระเบื้องที่ปูเองหรือชุดเซ็ต ชุดเซ็ตที่มีลำดับnคือชุด รูปร่าง nรูปที่สามารถประกอบเข้าด้วย กันได้ nวิธีที่แตกต่างกันเพื่อสร้างแบบจำลองขนาดใหญ่ขึ้น ชุดเซ็ตที่มีรูปร่างแตกต่างกันแต่ละรูปเรียกว่า "สมบูรณ์แบบ" กระเบื้องสัตว์เลื้อยคลานแบบชุดnเป็นเพียงชุดเซ็ตที่ประกอบด้วย ชิ้นส่วนที่เหมือนกัน nชิ้น

สามารถนำรูปเฮกเซียมไดมอนด์ ' สฟิงซ์ ' จำนวน 4 อันมาวางรวมกันเพื่อสร้างสฟิงซ์อีกอันได้
เซ็ตที่สมบูรณ์แบบของออร์เดอร์ 4

คริสตัลดินเหนียวที่จำลองตัวเอง

รูปแบบหนึ่งของการจำลองตัวเองตามธรรมชาติที่ไม่ได้ขึ้นอยู่กับ DNA หรือ RNA เกิดขึ้นในผลึกดินเหนียว[10]ดินเหนียวประกอบด้วยผลึกขนาดเล็กจำนวนมาก และดินเหนียวเป็นสภาพแวดล้อมที่ส่งเสริมการเติบโตของผลึก ผลึกประกอบด้วยโครงตาข่ายอะตอมที่เป็นระเบียบและสามารถเติบโตได้หากวางในสารละลายน้ำที่มีองค์ประกอบของผลึก จัดเรียงอะตอมที่ขอบผลึกให้เป็นรูปแบบผลึกโดยอัตโนมัติ ผลึกอาจมีความผิดปกติที่โครงสร้างอะตอมปกติจะแตกสลาย และเมื่อผลึกเติบโต ความผิดปกติเหล่านี้อาจแพร่กระจาย ทำให้เกิดรูปแบบการจำลองตัวเองของความผิดปกติของผลึก เนื่องจากความผิดปกติเหล่านี้อาจส่งผลต่อความน่าจะเป็นที่ผลึกจะแตกออกเพื่อสร้างผลึกใหม่ จึงอาจถือได้ว่าผลึกที่มีความผิดปกติดังกล่าวนั้นผ่านการพัฒนาเชิงวิวัฒนาการ

แอปพลิเคชั่น

เป้าหมายระยะยาวของวิทยาศาสตร์การวิศวกรรมบางสาขาคือการบรรลุเครื่องจำลองแบบมีเสียงก้องกังวานซึ่งเป็นอุปกรณ์วัสดุที่สามารถจำลองตัวเองได้ เหตุผลทั่วไปคือเพื่อให้มีต้นทุนต่อชิ้นต่ำในขณะที่ยังคงประโยชน์ใช้สอยของสินค้าที่ผลิตขึ้นไว้ได้ ผู้เชี่ยวชาญหลายคนกล่าวว่าในที่สุด ต้นทุนของสินค้าที่จำลองตัวเองได้นั้นควรใกล้เคียงกับต้นทุนต่อน้ำหนักของไม้หรือสารชีวภาพอื่นๆ เนื่องจากการจำลองตัวเองได้ช่วยหลีกเลี่ยงต้นทุนแรงงานทุนและการจัดจำหน่ายในสินค้าที่ผลิต ขึ้น ตามแบบแผน

เป้าหมายในระยะใกล้ที่สมเหตุสมผลสำหรับเครื่องจำลองแบบเทียมที่แปลกใหม่ทั้งหมด การศึกษา ของ NASAเมื่อไม่นานนี้พบว่าความซับซ้อนของเครื่องจำลองแบบที่มีเสียงดังกึกก้องนั้นอยู่ที่ประมาณความซับซ้อนของCPU Pentium 4 ของIntel [11] นั่นคือ เทคโนโลยีนี้สามารถทำได้สำเร็จด้วยกลุ่มวิศวกรที่มีจำนวนค่อนข้างน้อยในระยะเวลาเชิงพาณิชย์ที่เหมาะสมและมีต้นทุนที่เหมาะสม

เมื่อพิจารณาจากความสนใจอย่างมากในด้านเทคโนโลยีชีวภาพในปัจจุบันและระดับเงินทุนที่สูงในสาขานั้น ความพยายามที่จะใช้ประโยชน์จากความสามารถในการจำลองแบบของเซลล์ที่มีอยู่จึงถือเป็นเรื่องในเวลาที่เหมาะสม และอาจนำไปสู่ข้อมูลเชิงลึกและความก้าวหน้าที่สำคัญได้อย่างง่ายดาย

การจำลองตัวเองในรูปแบบต่างๆ มีความสำคัญในทางปฏิบัติใน การสร้างคอม ไพเลอร์ซึ่ง ปัญหา การบูตสแตรป แบบเดียวกัน เกิดขึ้นกับการจำลองตัวเองตามธรรมชาติ คอมไพเลอร์ ( ฟีโนไทป์ ) สามารถนำไปใช้กับโค้ดต้นฉบับ ของคอมไพเลอร์เอง ( จีโนไทป์ ) เพื่อสร้างคอมไพเลอร์ขึ้นมาเอง ในระหว่างการพัฒนาคอมไพเลอร์ ซอร์สโค้ดที่ดัดแปลง ( กลายพันธุ์ ) จะถูกใช้เพื่อสร้างคอมไพเลอร์รุ่นถัดไป กระบวนการนี้แตกต่างจากการจำลองตัวเองตามธรรมชาติ ตรงที่กระบวนการนี้ได้รับการกำกับดูแลโดยวิศวกร ไม่ใช่โดยตัวผู้ทดลองเอง

การจำลองตนเองทางกล

กิจกรรมหนึ่งในสาขาของหุ่นยนต์คือการจำลองตัวเองของเครื่องจักร เนื่องจากหุ่นยนต์ทั้งหมด (อย่างน้อยในยุคปัจจุบัน) มีคุณสมบัติเหมือนกันหลายอย่าง หุ่นยนต์ที่จำลองตัวเองได้ (หรืออาจเป็นรังของหุ่นยนต์) จึงจำเป็นต้องทำสิ่งต่อไปนี้:

  • รับจัดหาวัสดุก่อสร้าง
  • ผลิตชิ้นส่วนใหม่ ๆ รวมถึงชิ้นส่วนที่เล็กที่สุดและเครื่องมือคิด
  • จัดให้มีแหล่งพลังงานที่สม่ำเสมอ
  • โปรแกรมสมาชิกใหม่
  • แก้ไขข้อผิดพลาดใด ๆ ในลูกหลาน

ในระดับนาโน แอสเซมเบลอร์อาจได้รับการออกแบบให้จำลองตัวเองได้ด้วยพลังของตัวเอง ซึ่งทำให้เกิดอาร์มาเกดดอน ในรูปแบบ " สีเทา " ตามที่ปรากฏในนิยายวิทยาศาสตร์เรื่อง Bloom and Prey

สถาบันForesightได้เผยแพร่แนวปฏิบัติสำหรับนักวิจัยในการจำลองตัวเองทางกล[12]แนวปฏิบัติดังกล่าวแนะนำให้นักวิจัยใช้เทคนิคเฉพาะหลายๆ อย่างเพื่อป้องกันไม่ให้ตัวจำลองทางกลหลุดจากการควบคุม เช่น การใช้สถาปัตยกรรมการออกอากาศ

สำหรับบทความโดยละเอียดเกี่ยวกับการผลิตซ้ำทางกลตามที่เกี่ยวข้องกับยุคอุตสาหกรรม โปรดดูที่การ ผลิตจำนวนมาก

ทุ่งนา

มีการวิจัยเกิดขึ้นในพื้นที่ต่อไปนี้:

  • ชีววิทยา : การศึกษาการจำลองและตัวจำลองตามธรรมชาติของสิ่งมีชีวิตและเซลล์ รวมถึงปฏิสัมพันธ์ของพวกมัน รวมถึงสาขาย่อย เช่นพลวัตของประชากรการรับรู้โควรัม เส้นทาง ออโตฟาจีสิ่งเหล่านี้สามารถเป็นแนวทางสำคัญในการหลีกเลี่ยงปัญหาในการออกแบบเครื่องจักรที่จำลองตัวเองได้
  • เคมี : การศึกษาการจำลองตนเองโดยทั่วไปจะเกี่ยวกับการที่โมเลกุลชุดหนึ่งสามารถทำหน้าที่ร่วมกันเพื่อจำลองกันและกันภายในชุดเดียวกันได้อย่างไร[13] (มักเป็นส่วนหนึ่งของ สาขา เคมีของระบบ )
  • ชีวเคมี : มีการพยายามสร้างระบบ จำลองไรโบโซมด้วยตนเอง ในหลอดทดลอง แบบง่ายๆ [14]แต่ในเดือนมกราคม พ.ศ. 2564 ยังไม่ประสบความสำเร็จในการสร้างไรโบโซม ด้วยตนเอง ในหลอด ทดลองแบบไม่มีกำหนดในห้องแล็บ
  • นาโนเทคโนโลยีหรือพูดให้ชัดเจนกว่านั้นก็คือนาโนเทคโนโลยีระดับโมเลกุลนั้นเกี่ยวข้องกับการผลิตเครื่องประกอบในระดับนาโนหากไม่มีการจำลองตัวเอง ต้นทุนด้านทุนและการประกอบเครื่องจักรระดับโมเลกุลก็จะสูงขึ้นอย่างเป็นไปไม่ได้ แนวทางจากล่างขึ้นบนหลายๆ แนวทางสำหรับนาโนเทคโนโลยีนั้นใช้ประโยชน์จากการประกอบตัวเองด้วยวิธีการทางชีวเคมีหรือสารเคมี
  • ทรัพยากรอวกาศ: NASA สนับสนุนการศึกษาการออกแบบจำนวนหนึ่งเพื่อพัฒนากลไกที่สามารถจำลองตัวเองได้เพื่อขุดทรัพยากรอวกาศ การออกแบบเหล่านี้ส่วนใหญ่รวมถึงเครื่องจักรที่ควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ที่สามารถจำลองตัวเองได้
  • มีม : แนวคิดของมีมถูกคิดค้นโดยริชาร์ด ดอว์กินส์ในหนังสือของเขาเรื่องThe Selfish Gene เมื่อปีพ.ศ. 2519 โดยเขาเสนอแนวคิดที่เทียบเท่ากับยีน ซึ่งเป็นหน่วยของพฤติกรรมที่คัดลอกจากจิตใจของโฮสต์หนึ่งไปยังอีกจิตใจหนึ่งผ่านการสังเกต มีมสามารถแพร่กระจายได้ผ่านพฤติกรรมของสัตว์เท่านั้น จึงเปรียบได้กับไวรัส ข้อมูล และมักถูกเรียกว่าไวรัส
  • ความปลอดภัยทางคอมพิวเตอร์ : ปัญหาความปลอดภัยทางคอมพิวเตอร์หลายประการเกิดจากโปรแกรมคอมพิวเตอร์ที่สามารถแพร่เชื้อไปยังคอมพิวเตอร์ได้ เช่นเวิร์มคอมพิวเตอร์และไวรัสคอมพิวเตอร์
  • การประมวลผลแบบคู่ขนาน : การโหลดโปรแกรมใหม่บนโหนดทุกโหนดของคลัสเตอร์คอมพิวเตอร์ ขนาดใหญ่ หรือ ระบบ คอมพิวเตอร์แบบกระจายนั้นใช้เวลานาน การใช้เอเจนต์มือถือเพื่อจำลองโค้ดจากโหนดหนึ่งไปยังอีกโหนดหนึ่งสามารถประหยัดเวลาของผู้ดูแลระบบได้มาก เอเจนต์มือถือมีแนวโน้มที่จะทำให้คลัสเตอร์คอมพิวเตอร์ขัดข้องได้หากใช้งานไม่ดี

ในภาคอุตสาหกรรม

การสำรวจและการผลิตอวกาศ

เป้าหมายของการจำลองตัวเองในระบบอวกาศคือการใช้ประโยชน์จากสสารจำนวนมากที่มีมวลการปล่อยต่ำ ตัวอย่างเช่น เครื่องจักรจำลองตัวเอง แบบออโตโทรฟิกสามารถคลุมดวงจันทร์หรือดาวเคราะห์ด้วยเซลล์แสงอาทิตย์และส่งพลังงานไปยังโลกโดยใช้ไมโครเวฟ เมื่อติดตั้งแล้ว เครื่องจักรเดียวกันที่สร้างตัวเองขึ้นมาสามารถผลิตวัตถุดิบหรือวัตถุที่สร้างขึ้นได้ รวมถึงระบบขนส่งเพื่อขนส่งผลิตภัณฑ์ เครื่องจักรจำลองตัวเอง อีกรุ่นหนึ่งจะจำลองตัวเองผ่านกาแล็กซีและจักรวาลเพื่อส่งข้อมูลกลับมา

โดยทั่วไปแล้ว เนื่องจากระบบเหล่านี้เป็นระบบออโตโทรฟิก จึงเป็นเครื่องจำลองที่ยากและซับซ้อนที่สุดที่รู้จัก นอกจากนี้ ยังถือว่ามีความอันตรายที่สุดด้วย เนื่องจากไม่ต้องการอินพุตจากมนุษย์ในการสืบพันธุ์

การศึกษาเชิงทฤษฎีคลาสสิกเกี่ยวกับเครื่องจำลองแบบในอวกาศคือ การศึกษาเครื่องจำลองแบบออโตโทรฟิกที่ส่งเสียงดังกังวาน ของ NASA ในปี 1980 ซึ่งแก้ไขโดยRobert Freitas [15 ]

การศึกษาการออกแบบส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับระบบเคมีที่เรียบง่ายและยืดหยุ่นสำหรับการประมวลผลเรโกไลต์ ของดวงจันทร์ และความแตกต่างระหว่างอัตราส่วนของธาตุที่เครื่องจำลองต้องการและอัตราส่วนที่มีอยู่ในเรโกไลต์ ธาตุที่จำกัดคือคลอรีนซึ่งเป็นธาตุที่จำเป็นในการประมวลผลเรโกไลต์สำหรับอะลูมิเนียมคลอรีนมีน้อยมากในเรโกไลต์ของดวงจันทร์ และสามารถรับประกันอัตราการจำลองที่เร็วขึ้นอย่างมากได้โดยการนำเข้าในปริมาณเล็กน้อย

การออกแบบอ้างอิงระบุให้รถเข็นไฟฟ้าขนาดเล็กที่ควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์วิ่งบนราง รถเข็นแต่ละคันอาจมีมือธรรมดาหรือพลั่วปราบดินขนาดเล็ก ซึ่งประกอบเป็นหุ่น ยนต์ พื้นฐาน

พลังงานไฟฟ้าจะมาจาก "หลังคา" ของเซลล์แสงอาทิตย์ที่ค้ำไว้บนเสา เครื่องจักรอื่นๆ สามารถทำงานใต้หลังคาได้

“ หุ่นยนต์หล่อ ” จะใช้แขนหุ่นยนต์พร้อมเครื่องมือปั้นเพียงไม่กี่ชิ้นเพื่อสร้างแม่พิมพ์ปูนปลาสเตอร์แม่พิมพ์ปูนปลาสเตอร์ทำได้ง่าย และสร้างชิ้นส่วนที่แม่นยำพร้อมพื้นผิวที่สวยงาม จากนั้นหุ่นยนต์จะหล่อชิ้นส่วนส่วนใหญ่จากหินหลอมเหลวที่ไม่นำไฟฟ้า ( บะซอลต์ ) หรือโลหะบริสุทธิ์ จาก นั้น เตาไฟฟ้าจะหลอมวัสดุเหล่านี้

มีการกำหนดให้มี "โรงงานผลิตชิป" ที่ซับซ้อนมากขึ้นเพื่อผลิตคอมพิวเตอร์และระบบอิเล็กทรอนิกส์ แต่ผู้ออกแบบยังกล่าวด้วยว่า การส่งชิปจากโลกราวกับว่ามันเป็น "วิตามิน" อาจพิสูจน์ได้ในทางปฏิบัติ

การผลิตระดับโมเลกุล

โดยเฉพาะ นักนาโนเทคโนโลยีเชื่อว่างานของพวกเขาอาจจะไม่สามารถบรรลุถึงขั้นสมบูรณ์ได้จนกว่ามนุษย์จะออกแบบเครื่องประกอบ ที่สามารถจำลองตัวเองได้ ใน ขนาด นาโนเมตร [1]

ระบบเหล่านี้มีความเรียบง่ายกว่าระบบออโตโทรฟิกอย่างเห็นได้ชัด เนื่องจากระบบเหล่านี้มีวัตถุดิบและพลังงานที่บริสุทธิ์ จึงไม่จำเป็นต้องผลิตซ้ำ ความแตกต่างนี้เป็นรากฐานของข้อโต้แย้งบางประการเกี่ยวกับ ความเป็นไปได้ใน การผลิตโมเลกุลผู้เชี่ยวชาญหลายคนที่พบว่าเป็นไปไม่ได้ได้ระบุแหล่งที่มาของระบบออโตโทรฟิกที่จำลองตัวเองได้เองที่ซับซ้อนอย่างชัดเจน ผู้เชี่ยวชาญหลายคนที่พบว่าเป็นไปได้ระบุแหล่งที่มาของระบบประกอบตัวเองที่ง่ายกว่ามากซึ่งได้รับการพิสูจน์แล้ว ในระหว่างนี้ หุ่นยนต์อัตโนมัติที่สร้างด้วย เลโก้ซึ่งสามารถติดตามเส้นทางที่กำหนดไว้ล่วงหน้าและประกอบตัวเองเป็นสำเนาที่เหมือนกันทุกประการโดยเริ่มจากส่วนประกอบภายนอกสี่ชิ้น ได้รับการสาธิตในเชิงทดลองในปี 2003[2]

การใช้ประโยชน์จากความสามารถในการจำลองเซลล์ที่มีอยู่เพียงอย่างเดียวไม่เพียงพอ เนื่องมาจากข้อจำกัดในกระบวนการสังเคราะห์โปรตีน (ดูรายการRNA ด้วย ) สิ่งที่จำเป็นคือการออกแบบเครื่องจำลองแบบใหม่ทั้งหมดที่มีความสามารถในการสังเคราะห์ได้หลากหลายมากขึ้น

ในปี 2011 นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยนิวยอร์กได้พัฒนาโครงสร้างเทียมที่สามารถจำลองตัวเองได้ ซึ่งเป็นกระบวนการที่มีศักยภาพในการสร้างวัสดุประเภทใหม่ พวกเขาได้แสดงให้เห็นว่าเป็นไปได้ที่จะจำลองไม่เพียงแต่โมเลกุล เช่น DNA หรือ RNA ในเซลล์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงโครงสร้างแยกจากกันที่โดยหลักการแล้วอาจมีรูปร่างที่แตกต่างกันมากมาย มีคุณสมบัติการทำงานที่แตกต่างกันมากมาย และเกี่ยวข้องกับสารเคมีหลายประเภท[16] [17]

สำหรับการอภิปรายเกี่ยวกับฐานทางเคมีอื่นๆ สำหรับระบบจำลองตัวเองในเชิงสมมติฐาน โปรดดูชีวเคมี ทางเลือก

ดูเพิ่มเติม

อ้างอิง

  1. ^ "โปรตีนไพรออนที่ 'ไม่มีชีวิต' 'สามารถวิวัฒนาการได้'" BBC News . 2010-01-01 . สืบค้นเมื่อ2013-10-22 .
  2. ^ von Neumann, John (1948). The Hixon Symposium . พาซาดีนา แคลิฟอร์เนีย หน้า 1–36{{cite book}}: CS1 maint: location missing publisher (link)
  3. ^ Kühnlein, Alexandra; Lanzmich, Simon A.; Brun, Dieter (2021-03-02). "ลำดับ tRNA สามารถประกอบเป็นเครื่องจำลองแบบ" eLife . 10 : e63431. doi : 10.7554/eLife.63431 . PMC 7924937 . PMID  33648631 สำหรับการตีความในแง่ของต้นกำเนิดของชีวิต โปรดดู Maximilian, Ludwig (2021-04-03). "การแก้ปัญหาไก่ กับไข่ – "ก้าวที่ใกล้การสร้างต้นกำเนิดของชีวิตขึ้นมาใหม่" SciTechDailyสืบค้นเมื่อ2021-04-03
  4. ^ ab HenryQuastler (1964) การเกิดขึ้นขององค์กรทางชีววิทยา สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเยล นิวฮาเวน คอนเนตทิคัต ASIN: B0000CMHJ2
  5. ^ Bernstein, Harris; Byerly, Henry C.; Hopf, Frederick A.; et al. (มิถุนายน 1983). "The Darwinian Dynamic". The Quarterly Review of Biology. 58 (2): 185–207. doi:10.1086/413216. JSTOR 2828805. S2CID 83956410
  6. ^ Freitas, Robert; Merkle, Ralph (2004). "Kinematic Self-Replicating Machines - General Taxonomy of Replicators" สืบค้นเมื่อ29 มิถุนายน 2013 .
  7. ^ Freitas, Robert; Merkle, Ralph (2004). "Kinematic Self-Replicating Machines - Freitas-Merkle Map of the Kinematic Replicator Design Space (2003–2004)" สืบค้นเมื่อ29 มิถุนายน 2013 .
  8. ^ สำหรับรูปภาพที่ไม่แสดงวิธีการจำลองนี้ โปรดดูที่: Eric W. Weisstein. "Sphinx." จาก MathWorld--A Wolfram Web Resource http://mathworld.wolfram.com/Sphinx.html
  9. ^ สำหรับภาพประกอบเพิ่มเติม โปรดดู การสอนการปูกระเบื้อง/การปูกระเบื้องด้วย Geo Sphinx เก็บถาวรเมื่อ 2016-03-08 ที่เวย์แบ็กแมชชีน
  10. ^ "แนวคิดที่ว่าชีวิตเริ่มต้นจากผลึกดินเหนียวมีอายุกว่า 50 ปีแล้ว" bbc.com. 24 สิงหาคม 2016. เก็บถาวรจากแหล่งเดิมเมื่อ 24 สิงหาคม 2016. สืบค้นเมื่อ10 พฤศจิกายน 2019 .
  11. ^ "การสร้างแบบจำลองรายงานขั้นสุดท้ายของออโตมาตาเซลลูลาร์จลนศาสตร์" (PDF) . 2004-04-30 . สืบค้นเมื่อ2013-10-22 .
  12. ^ "แนวทางด้านนาโนเทคโนโลยีโมเลกุล". Foresight.org . สืบค้นเมื่อ22 ตุลาคม 2013 .
  13. ^ Moulin, Giuseppone (2011). "Dynamic Combinatorial Self-Replicating Systems". Constitutional Dynamic Chemistry . หัวข้อในเคมีปัจจุบัน. เล่มที่ 322. Springer. หน้า 87–105. doi :10.1007/128_2011_198. ISBN 978-3-642-28343-7. PMID  21728135.
  14. ^ Li, Jun; Haas, Wilhelm; Jackson, Kirsten; Kuru, Erkin; Jewett, Michael C.; Fan, Z. Hugh; Gygi, Steven; Church, George M. (2017-07-21). "การสร้างชิ้นส่วนสังเคราะห์ร่วมกันเพื่อมุ่งสู่ระบบที่จำลองตัวเองได้" ACS Synthetic Biology . 6 (7): 1327–1336. doi :10.1021/acssynbio.6b00342. ISSN  2161-5063. OSTI  1348832. PMID  28330337
  15. ^ Wikisource:ระบบอัตโนมัติขั้นสูงสำหรับภารกิจอวกาศ
  16. ^ Wang, Tong; Sha, Ruojie; Dreyfus, Rémi; Leunissen, Mirjam E.; Maass, Corinna; Pine, David J.; Chaikin, Paul M.; Seeman, Nadrian C. (2011). "การจำลองแบบตนเองของรูปแบบระดับนาโนที่มีข้อมูล" Nature . 478 (7368): 225–228. Bibcode :2011Natur.478..225W. doi :10.1038/nature10500. PMC 3192504 . PMID  21993758 
  17. ^ "กระบวนการจำลองตัวเองถือเป็นความหวังสำหรับการผลิตวัสดุใหม่" Science Daily . 2011-10-17 . สืบค้นเมื่อ2011-10-17 .
หมายเหตุ
  • von Neumann, J., 1966, The Theory of Self-producing Automata , A. Burks, ed., Univ. of Illinois Press, Urbana, IL.
  • ระบบอัตโนมัติขั้นสูงสำหรับภารกิจอวกาศ การศึกษาวิจัยของ NASA ในปี 1980 ที่แก้ไขโดยRobert Freitas
  • เครื่องจักรจำลองตนเองแบบจลนศาสตร์เป็นการสำรวจที่ครอบคลุมครั้งแรกของพื้นที่ทั้งหมดในปี พ.ศ. 2547 โดยRobert FreitasและRalph Merkle
  • ผลการศึกษาของสถาบัน NASA Institute for Advance Concepts โดยบริษัท General Dynamics สรุปได้ว่าความซับซ้อนของการพัฒนานั้นเท่าเทียมกับ Pentium 4 และสนับสนุนการออกแบบที่อิงตามระบบออโตมาตาแบบเซลลูลาร์
  • Gödel, Escher, Bachโดย Douglas Hofstadter (การอภิปรายโดยละเอียดและตัวอย่างมากมาย)
  • Kenyon, R., การปูกระเบื้องที่จำลองตัวเองใน: Symbolic Dynamics and Applications (P. Walters, ed.) Contemporary Math. vol. 135 (1992), 239-264
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Self-replication&oldid=1235708347"