Анимация концепции технологической платформы "Милли"

Защита от накопления ошибок при репликации автоматических фабрик

Логика работы полностью автоматической робофабрики, вне зависимости от лежащей в ее основе конкретной технологической платформы, такова, что ее удобно организовать по принципу сходному с живой природой.

Если отдельные ячейки уподобить белкам живой клетки, то станки и приборы, состоящие из групп взаимосвязанных ячеек соответствуют органоидам, а живой клетке соответствует робоклетка, содержащая полный набор органоидов, способный к самовоспроизводству.

Робоклетки, как и живые клетки, размножаются делением, после чего могут специализироваться на какой-либо функции. Из робоклеток формируются роботкани (электропроводящая, оборонительная, транспортная, химико-синтетическая…), а из них — робоорганы. Органы могут быть объединены в системы (энергетическая, охлаждающая, опорно-двигательная...) разнообразных робоорганизмов, составляющих популяции, входящие в робоэкосистему. Наконец, совокупность таких экосистем составляет робосферу.

Одним из вопросов, равно актуальных для природных и искусственных самовоспроизводящихся систем является потеря точности при воспроизводстве (накопление ошибок). Обычной практикой в машиностроении является создание высокоточного станка, а на нем — менее точных. В природе предусмотрены разные защитные механизмы от потери точности воспроизводства - вроде двойной спирали, избыточности кодирования амнокислот и так далее. Но ошибки все равно накапливаются.

Все клетки нашнего организма являются результатом деления стволовых клеток, которые к старости совершают порядка полумиллиона делений. При таком количестве делений ошибки начинают накапливаться серьезные, что ведет к снижению способности клеток выполнять полезные функции — и, в конце концов, одряхлению и гибели организма.

Однако, следующему поколению эти ошибки не передаются, потому что яйцеклетки формируются на самых ранних стадиях развития эмбриона, когда точность вопроизводства наивысшая — дочернюю яйцеклетку от материнской отделяют лишь десятки делений (сперматозоид является результатом многих делений и не защищен от такого рода ошибок, но точный хромосомный набор яйцеклетки страхует клетки будущего организма на случай, если в ДНК сперматозоида какие-то участки окажутся ошибочными).

Благодаря такому механизму, накопление биологическим видом ошибок деления от поколения к поколению до того уровня, какой характерен для клеток старика, займет порядка полумиллиона лет. Но множественность потомства и процессы естественного отбора, по-видимому, в природе до этого не доводят.

В макроскопических робофабриках нет большого беспокойства за точность передачи «генетической» информации — вероятность ошибки при копировании цифровых данных ничтожна и очень легко выявляется и устраняется. Впрочем, при приближении размеров фабрик к молекулярным, эта проблема может принять ту же остроту, что и в живой природе.

А вот проблема передачи механической точности выглядит более актуальной. Для ее решения стоит вспомнить, откуда вообще берется точность. А она имеет информационную природу (определенность положения, заряда, массы, времени…), и характеризуется попаданием некоторого параметра в «окно» допустимых значений. Точность, нужная для попадания в допуск +-1 мм в два раза (то есть, на один бит) выше точности, нужной для попадания в допуск (+-2 мм).

Из термодинамики мы знаем, что для придания физическому параметру определенности, нам нужно где-то повысить неопределенность (увеличить энтропию) на большее число бит (биты пропорциональны термодинамическим единицам энтропии Дж/К c постоянным коэффициентом).

Но повысить энтропию можно лишь там, где ее мало, а имненно, где есть энергия, неравновесно распределенная по степеням свободы системы (свободная энергия Гиббса). В макроскопической робофабрике, а также в молекулярных робофабриках, не вынужденных слишком сильно экономить энергию, ее вполне достаточно для достижения любой желаемой точности.

Продолжение👇

(продолжение). Начало👆

Практически «инжекция точности» может осуществляться использованием эталонов. Измерение (сличение с эталоном) может осуществляться по итогу какого-либо этапа производства или непрерывно. Или эталон может использоваться для калибровки инструмента. Таикм образом, хотя и можно по аналогии с экономией числа делений яйцеклеток зарезервировать часть фабрикаторов (робо-аналогов рибосом) сугубо для целей воспроизводства и не загружать их служебными задачами, куда перспективнее выглядит интеграция эталонов в каждый фабрикатор.

На практике разница с биологической клеткой может выглядеть так: биосистема работает по принципу ключ-замок, и иногда в замок попадает не тот ключ, с каковой вероятностью мы просто миримся. Робосистема может ввести в этот процесс этапы активного сканирования, распознавания, замены, отказа от некорректного соединения. Это будет иметь свою цену в свободной энергии Гиббса, но, в отличие от растений, мы здесь не ограничены солнечным светом, а можем использовать химическое, ядерное и термоядерное горючее, действуя в избытке энергии.

Эволюция направила биологические клетки по пути чрезвычайной экономии энергии (сличение с эталоном для них энергетически дорого), а робоклеткам, скорее всего, придется развивать противоположную способность выживать в огромных потоках энергии. В итоге, впрочем, мы можем прийти к некоему гибриду.