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Motori di creazione. Capitolo 3: Prevedere e progettare
Tecnoscienza - Nanotecnologie

L'attitudine critica può essere descritta come il tentativo cosciente di fare in modo che le nostre teorie e congetture soffrano al posto nostro nella lotta per la sopravvivenza del più adatto. Essa ci da una possibilità di sopravvivere all'eliminazione di ipotesi inadeguate, dove una attitudine dogmatica le eliminerebbe eliminandoci (1).
- Sir Karl Popper
  

Nel guardare avanti per vedere dove ci stia conducendo la corsa tecnologica, dovremmo porci tre domande. Cosa è possibile, cosa è ottenibile e cosa è desiderabile?  

Anzitutto, dove sia coinvolto dell'hardware, le leggi naturali impongono limiti al possibile. Dato che gli assemblatori apriranno una strada inedita verso il raggiungimento di questi limiti, comprendere gli assemblatori è una chiave per comprendere ciò che è possibile.  

In secondo luogo, i principi del cambiamento ed i fatti specifici della nostra situazione attuale impongono limiti all'ottenibile. Dato che l'evoluzione di replicatori giocherà un ruolo basilare, i principi dell'evoluzione sono una chiave per comprendere ciò che è ottenibile.  

Per quanto riguarda cosa sia desiderabile o indesiderabile, la diversità dei nostri sogni spinge verso la ricerca di un futuro che abbia spazio per la diversità, mentre le nostre comuni paure spingono verso la ricerca di un futuro sicuro.  

Queste tre domande (sul possibile, l'ottenibile, ed il desiderabile) formano un cornice di riferimento entro cui definire un approccio alla previsione. In primo luogo, le conoscenze scientifiche ed ingegneristiche delineano una mappa dei limiti del possibile. Nonostante ancora confusa ed incompleta, questa mappa traccia i confini dei limiti permanenti all'interno dei quali il futuro deve muoversi. In secondo luogo, i principi evolutivi determinano quali percorsi restano aperti e definiscono i limiti dell'ottenibile, inclusi i limiti inferiori poiché i progressi che promettono di migliorare la vita o di accrescere la potenza militare saranno virtualmente inevitabili. Ciò consente una predicibilità limitata: se la corsa evolutiva, vecchia di eoni, non frenerà bruscamente fino ad un completo arresto, la pressione competitiva modellerà il nostro futuro tecnologico entro i confini dei limiti del possibile. Infine, entro i vasti confini del possibile e dell'ottenibile, possiamo tentare di conquistarci un futuro che ci sembri desiderabile.  

Le trappole della profezia    

Ma come potrebbe, una qualunque persona, riuscire a prevedere il futuro? Le tendenze politiche ed economiche sono notoriamente capricciose, ed i mutamenti si propagano in modo puramente casuale, come fossero rotolanti dadi da gioco lanciati sulle superfici dei continenti. Persino i, relativamente continui, progressi della tecnologia, spesso eludono la previsione.  

I pronosticatori spesso avanzano ipotesi sui tempi ed i costi richiesti per lo sfruttamento di nuove tecnologie. Quando si spingono oltre il confine delle possibilità delineate e tentano predizioni accurate, di solito falliscono. Per esempio, nonostante gli space shuttle fossero indubbiamente possibili, le predizioni sui loro costi e sulla data del loro primo lancio erano sbagliate in termini di diversi anni e di miliardi di dollari. Gli ingegneri non possono prevedere accuratamente quando sarà sviluppata una tecnologia, perché lo sviluppo coinvolge sempre delle incertezze.  

Ma dobbiamo provare a prevedere e a guidare lo sviluppo. Svilupperemo delle tecnologie mostruose prima o dopo di sviluppare quelle per ingabbiarle? Alcuni mostri, una volta sguinzagliati, non possono più essere ricacciati nelle gabbie. Per sopravvivere, dobbiamo mantenere il controllo accelerando certi sviluppi e rallentandone altri.  

Nonostante una tecnologia possa, talvolta, intercettare i pericoli comportati da un'altra tecnologia (difesa contro offesa, sorveglianza dell'inquinamento contro inquinamento stesso), le tecnologie in competizione fra loro spesso procedono nella stessa direzione. Il 29 Dicembre 1959, Richard Feynman (successivamente premiato con un Nobel) tenne una conferenza al raduno annuale della American Physical Society intitolata "There's Plenty of Room at the Bottom(2)" (C'è un mucchio di spazio giù in fondo). Descrisse un approccio di tipo non biochimico alla realizzazione di nanomacchine artificiali (lavorando a scalare verso il basso, un passo dopo l'altro ed utilizzando macchine più grandi per costruirne di più piccole) ed affermò che i principi della fisica non si esprimono contro la possibilità di manovrare le cose atomo per atomo: "Non è qualcosa che tenta di violare una qualche legge; è qualcosa che, in linea di principio, può essere fatta; ma in pratica non è stata fatta perché siamo troppo grandi [...] in definitiva, siamo capaci di fare della sintesi chimica [...] metti giù atomi, dove i chimici dicono che vanno messi, e fabbrichi la sostanza". Essenzialmente, Feynman tracciò un'altra strada, non biochimica, verso gli assemblatori. Affermò anche che questo è "uno sviluppo che io penso non possa essere evitato".  

Come discuterò nei capitoli 4 e 5, assemblatori e macchine intelligenti semplificheranno molti problemi riguardanti il costo e i tempi dello sviluppo tecnologico. Ma le domande su tempi e costi annebbiano ancora la nostra visione del periodo fra il presente e questi passi avanti tecnologici. Nel 1959 Richard Feynman disse che le nanomacchine potrebbero dirigere la sintesi chimica, inclusa, probabilmente, la sintesi del DNA. Tuttavia non poté prevedere nulla ne riguardo i tempi, ne riguardo i costi per poter fare tutto questo.  

Di fatto, naturalmente, i biochimici hanno sviluppato tecniche per produrre DNA anche senza farsi aiutare da nanomacchine programmabili, sfruttando scorciatoie che si basano su specifici trucchi chimici. Le tecnologie vincenti spesso hanno successo a causa di trucchi e dettagli che non sono ovvi. A metà degli anni '50 i fisici riuscirono a vedere che i principi basilari dei semiconduttori rendevano fisicamente possibile i microcircuiti, ma prevedere come potessero essere realizzati, vedere in anticipo in tutta la loro complessità i dettagli delle tecniche di produzione dei mascherini e dei rivestimenti isolanti, ed i dettagli delle tecniche di accrescimento degli ossidi, dell'impiantazione ionica, dell'incisione, ecc…, sarebbe stato impossibile. Le sfumature dei dettagli e i vantaggi competitivi che selezionano le tecnologie vincenti rendono complessa la corsa tecnologica ed impredicibile il suo percorso.  

Ma tutto questo rende futile la previsione sul lungo termine? In una corsa verso i limiti imposti dalle leggi naturali, la linea di arrivo è prevedibile anche se il percorso e il passo dei corridori non lo sono. Non sono i capricci umani ma le immutabili leggi naturali a tracciare la linea fra ciò che è fisicamente possibile e quello che non lo è; nessun atto politico, nessun movimento sociale può cambiare la legge di gravità di un solo pizzico. Così, per quanto futuristiche possano sembrare, le fondate proiezioni delle possibilità tecnologiche sono pienamente distinte dalle previsioni. Esse si fondano sulle leggi senza tempo della natura piuttosto che sulle bizzarrie degli eventi.  

E' una sfortuna che visioni di una certa perspicacia rimangano rare. In mancanza di esse, incespichiamo inebetiti lungo il paesaggio del possibile, confondendo montagne per miraggi e non dando importanza ad entrambi. Guardiamo avanti con menti e culture radicate nelle idee di tempi più indolenti, quando sia la competizione scientifica che quella tecnologica mancavano della loro attuale velocità e robustezza. Solo di recente abbiamo cominciato a evolvere una tradizione di previsione tecnologica.  

Scienza e legge naturale    

Scienza e tecnologia sono intrecciate. Gli ingegneri utilizzano la conoscenza prodotta dagli scienziati; gli scienziati utilizzano gli strumenti prodotti dagli ingegneri. Scienziati e ingegneri lavorano entrambi con descrizioni matematiche delle leggi naturali e verificano le loro idee grazie ad esperimenti. Ma scienza e tecnologia differiscono radicalmente nelle loro basi, nei loro metodi e nei loro obiettivi. La comprensione di queste differenze è cruciale per una previsone credibile. Nonostante entrambi i campi siano costituiti da sistemi evolutivi di memi, tali memi evolvono, nei rispettivi campi, sotto pressioni selettive differenti. Consideriamo le radici della conoscenza scientifica.  

Lungo la maggior parte della storia, la gente ha avuto ben poca comprensione della evoluzione. Ciò lasciava pensare ai filosofi che l'evidenza sensoriale, mediata dalla ragione, doveva in qualche modo imprimere nella mente l'intera umana conoscenza, inclusa la conoscenza delle leggi di natura. Ma nel 1737, il filosofo scozzese David Hume presentò agli altri filosofi un malizioso rompicapo: egli mostrò che le osservazioni non possono dimostrare con la logica una regola generale, e che il fatto che il Sole abbia brillato fino ad ora, giorno dopo giorno, a rigor di logica non prova nulla riguardo l'ipotesi che splenderà domani. Ed infatti un qualche giorno il sole morirà smentendo questa logica. Il problema di Hume apparve per distruggere l'idea di una conoscenza razionale, che fortemente influenzava i filosofi razionali (incluso lo stesso Hume). I filosofi si agitarono e sudarono per la sconfitta, e l'irrazionalismo guadagnò terreno. Nel 1945, il filosofo Bertrand Russell osservò che "la crescita dell'irrazionale attraverso il dicianovesimo secolo e quello che è trascorso del ventesimo è una naturale conseguenza della distruzione dell'empirismo ad opera di Hume(3)". Il meme-problema di Hume ha reciso di netto la stessa idea di conoscenza razionale, quantomeno di quella intesa nel modo in cui la gente l'aveva immaginata.  

Nelle decadi recenti, Karl Popper (forse il filosofo della scienza preferito degli scienzati), nonché Thomas Kuhn, ed altri, hanno riconosciuto che la scienza è un processo evolutivo. Essi hanno visto la scienza non più come un processo meccanico tramite cui delle osservazioni, in qualche modo, generano delle conclusioni, ma come una battaglia in cui le idee competono per l'approvazione.  

Tutte le idee, in quanto memi, competono per l'approvazione, ma il sistema memetico della scienza è speciale: esso ha una tradizione di deliberata mutazione delle idee nonché un sistema immunitario unico per controllare i mutanti. I risultati dell'evoluzione mutano a seconda della pressione selettiva applicata, si tratti di evoluzione di molecole di RNA in provetta o di insetti, idee, o macchine. L'hardware evoluto per la refrigerazione differisce dall' hardware evoluto per il trasporto, per cui i frigoriferi sono automobili molto scadenti. In generale, i replicatori evoluti per "A" differiscono da quelli evoluti per "B". I memi non fanno eccezione.  

Parlando in senso ampio, le idee possono evolvere per sembrare vere o possono evolvere per essere vere (intendendo, in questo secondo caso, idee evolute per sembrare vere a coloro che le hanno esaminate accuratamente) (4). Antropologi e storici hanno descritto cosa accade quando le idee evolvono per sembrare vere fra gente priva dei metodi della scienza; le teorie che ne risultano (la teoria delle malattie basata sugli spiriti maligni, la teoria delle stelle come luci infisse su una cupola, e così via) sono, quasi senza eccezioni, identiche in tutto il mondo. Gli psicologi che hanno indagato sulle ingenue concezioni erronee della gente riguardo il moto degli oggetti in caduta, hanno riscontrato molte credenze simili a quelle che nel Medio Evo, prima del lavoro di Galileo e Newton, hanno finito per evolversi in formali sistemi "scientifici".  

Galileo e Newton utilizzarono esperimenti ed osservazioni per mettere alla prova le idee riguardanti gli oggetti ed il loro moto, dando quindi inizio ad un'era di drastico progresso scientifico: Newton evolse una teoria che sopravvisse ad ogni verifica allora disponibile. I loro metodi di verifica deliberata uccisero le idee che si allontanavano troppo dalla verità, incluse idee che si erano evolute per fare appello alla ingenua mente umana.  

Questa tendenza è proseguita. Ulteriori variazioni e verifiche hanno indotto l'evoluzione ulteriore delle idee scientifiche, obbligandole a cedere strada anche ad alcune idee apparentemente bizzarre come la varianza del tempo e la curvatura dello spazio nella teoria della relatività, o la funzione d'onda di probabilità delle particelle in meccanica quantistica. Anche la biologia si è sbarazzata della speciale forza vitale la cui esistenza veniva presunta dai primi biologi, rivelando invece elaborati sistemi di piccole ed invisibili macchine molecolari. Le idee evolutesi per essere vere (o vicine alla verità) si sono trasformate più e più volte fino a sembrare false o incomprensibili. La verità e l'apparenza di verità si sono trasformate fino a diventare diverse come lo sono automobili e frigoriferi.  

Le idee nelle scienze fisiche si sono evolute sotto varie regole selettive di base. In primo luogo, gli scienziati non prestano attenzione alle idee che mancano di conseguenze verificabili; essi evitano così che le loro teste restino ingombrate da parassiti inutili. In secondo luogo, gli scienziati cercano dei sostituti per le idee che non hanno superato le verifiche sperimentali. E per finire, gli scienziati cercano idee in grado di produrre l'insieme più ampio possibile di predizioni esatte. La legge di gravità, per esempio, descrive come cadono le pietre, come orbitano i pianeti, e come vorticano le galassie, producendo predizioni talmente esatte da lasciare ampio margine per la loro confutazione. La ampiezza e la precisione della legge di gravità, allo stesso modo, le conferiscono una utilizzabilità ampia, ed aiutano gli ingegneri tanto a progettare ponti quanto a pianificare voli spaziali.  

La comunità scientifica fornisce un ambiente dove tali memi possono diffondersi, spronati dalla competizione e sottoposti ad verifica sperimentale in grado di farli evolvere verso caratteristiche di potenza ed accuratezza. L'accordo sull'importanza della verifica sperimentale delle teorie, tiene unita la comunità scientifica durante le feroci controversie riguardanti le teorie stesse.  

Una prova inesatta e limitata non può mai dimostrare una teoria esatta e generale (come ha ben mostrato Hume), ma può confutare altre teorie generali, e così facendo può aiutare gli scienziati a scegliere fra queste. Come altri processi evolutivi, la scienza crea qualcosa di positivo (un crescente accumulo di teorie proficue) attraverso un doppio negativo (provare la falsità delle teorie incorrette). Il ruolo centrale della prova negativa tiene conto di alcune rivoluzioni mentali indotte dalla scienza: come meccanismo di confutazione, la scienza può sradicare credenze ben nutrite, lasciando vuoti psicologici che non ha affatto necessità di riempire nuovamente.  

In termini pratici, ovviamente, molta conoscenza scientifica è solida come un sasso cascatovi sull'alluce. Sappiamo che la Terra gira attorno al Sole (nonostante i nostri sensi ci suggeriscano altrimenti) poiché la teoria si adatta alle innumerevoli osservazioni e perché sappiamo che i nostri sensi vengono ingannati. Abbiamo ben più di una semplice teoria dell'esistenza degli atomi: li abbiamo legati assieme per formare molecole, sollecitato l'emissione di luce da essi, ed infine li abbiamo osservati al microscopio (seppur a malapena) e persino distrutti in pezzi. Abbiamo ben più di una semplice teoria dell'evoluzione: abbiamo osservato mutazioni, osservato la selezione, e osservato l'evoluzione in laboratorio. Abbiamo trovato le tracce dell'evoluzione passata nelle rocce del nostro pianeta, ed osservato l'evoluzione modellare i nostri strumenti, le nostre menti, e le idee nelle nostre menti, inclusa la stessa idea di evoluzione. Il processo della scienza ha elaborato una spiegazione unificata di molti fatti, incluso il modo in cui la scienza e la gente stessa siano arrivate ad esistere.  

Quando la scienza ha finito di confutare le teorie relative ad un certo fatto, quelle sopravvissute spesso si scoprono essere talmente addossate l'una vicina all'altra che le distanze fra loro non fanno alcuna differenza pratica(5). Dopo tutto, se ci fosse una differenza pratica fra due teorie sopravvissute, questa differenza potrebbe essere sperimentalmente messa alla prova ed usata per confutare una delle due teorie. Le differenze fra le moderne teorie della gravitazione, per esempio, sono di gran lunga troppo sottili per preoccupare gli ingegneri impegnati nel progetto di voli attraverso i campi gravitazionali dello spazio. Infatti, gli ingegneri pianificano i voli spaziali utilizzando ancora la ormai confutata teoria di Newton, perché è più semplice di quella di Einstein, e resta comunque abbastanza accurata per questo scopo. La teoria della gravitazione di Einstein è analogamente sopravvissuta a tutte le verifiche, per quanto non ci sia una prova assoluta per essa e mai ci sarà. La sua teoria produce predizioni esatte riguardo ogni cosa e dovunque (quanto meno riguardo alle questioni di gravitazione), ma gli scienziati possono eseguire solo approssimate misure riguardanti qualche cosa e qualche luogo. E, come Karl Popper fa notare, uno può sempre inventare una teoria così simile ad un'altra che le evidenze esistenti non possono permettere di scartarla(6).  

Nonostante certi dibattiti condotti sui media evidenzino l'esistenza di incertezze e disaccordi che ricadono su questioni ai confini della conoscenza, resta chiaro il potere della scienza di costruire accordo. In che altro ambito c'è una così grande crescita di concordia, così costante e così internazionale? Sicuramente non in politica, o nella religione, o nell'arte. Infatti, il principale rivale della scienza è un suo parente: l'ingegneria, che evolve anch'essa attraverso proposte e verifiche rigorose.  

Scienza contro tecnologia    

Nelle parole del direttore di ricerca IBM, Ralph E. Gomory, "L'evoluzione dello sviluppo tecnologico viene spesso confusa con la scienza nella mente del pubblico(7)". Questa confusione getta scompiglio sui nostri sforzi per la previsione.  

Nonostante gli ingegneri si avventurino spesso su terreni incerti, non sono così obbligati a farlo quanto invece lo sono gli scienziati. Essi possono sfuggire ai rischi implicati dalla proposta di teorie scientifiche universali e precise. Gli ingegneri necessitano soltanto di dimostrare che sotto certe particolari condizioni, certi particolari oggetti funzionano abbastanza bene. Un ingegnere non ha bisogno di conoscere l'esatta tensione a cui è sottoposto il cavo di sospensione di un ponte, e nemmeno l'esatta tensione che lo romperà; il cavo reggerà il ponte fino a che la prima delle due tensioni, qualunque sia il suo valore, rimarrà inferiore alla seconda.  

Nonostante delle misurazioni non possano provare una eguaglianza precisa, possono comunque provare delle diseguaglianze. I risultati degli ingegneri possono perciò possedere una solidità a cui le teorie scientifiche precise non possono aspirare. I risultati degli ingegneri possono anche sopravvivere alle successive confutazioni delle teorie scientifiche che li supportano, quando la nuova teoria fornisca risultati piuttosto simili. Il caso degli assemblatori, per esempio, sopravviverà ad ogni successivo raffinamento delle nostre teorie della meccanica quantistica e dei legami molecolari.  

A rigor di logica, prevedere il contenuto delle nuove conoscenze scientifiche è impossibile, perché non ha senso dichiarare di conoscere già i fatti che si impareranno solo in futuro. Prevedere i dettagli delle tecnologie future, d'altra parte, è semplicemente un compito difficile. La scienza mira a conoscere, ma l'ingegneria mira a fare, e ciò consente agli ingegneri di parlare delle conquiste future senza paradosso. Essi possono evolvere il loro hardware nel mondo della mente e della computazione, prima ancora di iniziare ad intagliare il metallo o persino prima di aver riempito il progetto di tutti i dettagli necessari.  

Gli scienziati comunemente riconoscono questa differenza fra previsione scientifica e previsione tecnologica: essi avanzano prontamente delle previsioni tecnologiche riguardo la scienza. Gli scienziati per esempio erano in grado di prevedere, come hanno effettivamente fatto, la qualità tecnica delle immagini degli anelli di Saturno prese dal Voyager, ma non il loro sorprendente contenuto. Infatti, essi previdero la qualità delle immagini mentre telecamere e fotocamere erano ancora delle semplici idee e bozze progettuali. I loro calcoli utilizzarono principi di ottica oramai ben dimostrati, senza coinvolgere nessuna nuova scienza.

Poiché la scienza mira a comprendere come ogni cosa funzioni, l'addestramento scientifico può essere di grande aiuto nella comprensione di specifici pezzi di hardware. Tuttavia, ciò non crea automaticamente ingegneri esperti; progettare un aereo di linea richiede molto più che una conoscenza delle scienze della metallurgia e della aereodinamica.  

Gli scienziati sono stimolati dai loro colleghi ed indotti dal loro addestramento a focalizzare l'attenzione su idee che possono essere sottoposte a verifica per mezzo degli apparati disponibili. Ne risulta una attenzione su temi a breve termine, spesso idonei ad assolvere bene gli scopi della scienza: questa attenzione tiene alla larga gli scienziati dal vagare sterilmente in mondi nebulosi di fantasie non verificate ed accelera l'attuazione di verifiche sperimentali utili per costruire un efficiente sistema immunitario mentale. Sfortunatamente, tuttavia, questa preferenza culturale verso verifiche di breve termine può far si che gli scienziati siano meno interessati ai progressi tecnologici di lungo termine.  

L'impossibilità di una previsione genuina riguardo la scienza conduce molti scienziati a considerare tutte le affermazioni riguardo gli sviluppi futuri come "speculative", un termine che ha perfettamente senso quando applicato al futuro della scienza, ma poco senso quando applicato alle proiezioni ben fondate sul terreno della tecnologia. Tuttavia la maggior parte degli ingegneri condivide una propensione analoga verso il breve termine. Essi sono troppo condizionati dal loro addestramento, nonché spronati dai loro colleghi e datori di lavoro, a focalizzarsi su un'unica tipologia di problema e cioè il progetto di un sistema che possa essere realizzato con la tecnologia presente o con tecnologie appena dietro l'angolo. Persino per progetti di ingegneria a lungo termine, come ad esempio lo space shuttle, sono costretti ad imporre una data tecnologicamente limitante, superata la quale nessun nuovo sviluppo tecnologico può divenire parte del progetto del sistema.  

In breve, gli scienziati si rifiutano di fare previsioni sulla conoscenza scientifica futura, e raramente discutono gli sviluppi futuri dell'ingegneria. Gli ingegneri fanno proiezioni degli sviluppi futuri, ma raramente discutono qualsiasi capacità non basata su quelle presenti. Tuttavia questo lascia un vuoto cruciale: che ne è che degli sviluppi ingegneristici futuri solidamente basati sulla scienza presente ma in attesa di abilità ingegneristiche future? Questo vuoto lascia scoperta una proficua area di studio.  

Immaginate una linea di sviluppo che coinvolga sia l'impiego di strumenti già esistenti per costruirne di nuovi, che l'impiego di questi nuovi strumenti per costruire hardware inedito (in cui sia eventualmente inclusa una ulteriore nuova generazione di strumenti). Ogni insieme di strumenti può basarsi su principi ben stabiliti e tuttavia l'intera sequenza di sviluppo può richiedere molti anni poiché ogni passo comporta un vasto insieme di problemi specifici da appianare. Gli scienziati che pianificano il loro prossimo esperimento e gli ingegneri che progettano il loro prossimo dispositivo, potrebbero ben ignorare tutto eccetto che il primo passo. E ciò nonostante, il risultato finale potrebbe ugualmente risultare prevedibile, se ricade entro l'area delimitata dai confini del possibile ampiamente dimostrati da quella parte di conoscenza scientifica già ben consolidata.  

La storia recente può illustrare questa situazione in modo esplicito. Ben pochi ingegneri presero in considerazione la costruzione di stazioni spaziali quando ancora nessun razzo era mai entrato in orbita, sebbene i principi su cui esse si basano erano già allora sufficientemente chiari, e tuttavia l'ingegneria dei sistemi spaziali è oggi un campo fiorente. Analogamente, pochi matematici ed ingegneri studiarono le possibilità della computazione automatica fino a che non furono costruiti i primi computer, ma molti lo fecero in seguito. Non è perciò così sorprendente che pochi scienziati ed ingegneri abbiano finora esaminato il futuro della nanotecnologia, per quanto importante essa possa diventare.  

La lezione di Leonardo    

I tentativi di proiettare gli sviluppi ingegneristici hanno una lunga storia, e gli esempi del passato ne illustrano le possibilità presenti. Per esempio, come fece Leonardo da Vinci a riuscire in così gran misura nella previsione tecnologica e perché in qualche caso ha fallito?  

Leonardo visse cinque secoli fa, lungo un periodo di tempo che vide anche la scoperta del Nuovo Mondo. Produsse delle proiezioni in forma di disegni ed invenzioni; ogni suo progetto potrebbe essere inteso come una proiezione di qualcosa che con tutta probabilità si potrebbe rendere funzionante. Riuscì bene come ingegnere meccanico: progettò dispositivi funzionanti (alcuni dei quali non sarebbero stati costruiti che secoli dopo) per escavatrici, lavorazione di metalli, trasmissione di potenza meccanica ed altri scopi. Fallì come ingegnere aereo: oggi sappiamo che le sue macchine volanti non potrebbero mai funzionare se costruite secondo le sue descrizioni.  

I suoi successi come progettista di macchine sono facilmente comprensibili. Se le parti costituenti possono realizzarsi con sufficiente accuratezza e con materiali sufficientemente forti e resistenti, il progetto di macchine dai movimenti lenti ed esclusivamente composte da leve, pulegge e cuscinetti rotanti, diviene un mero problema di geometria e teoria delle leve. Leonardo riuscì a comprendere questo piuttosto bene. Alcune delle sue "predizioni" erano di ampia portata, ma solo perché passarono molti anni prima che la gente imparasse a fabbricare parti sufficientemente precise, sufficientemente resistenti e sufficientemente forti da servire (per esempio) come buoni cuscinetti a sfera, il cui impiego infatti non giunse che circa trecento anni dopo che Leonardo li ebbe proposti. Analogamente, non fu possibile realizzare ingranaggi con dentature cicloidali di prim'ordine per quasi due secoli, dopo che Leonardo li ebbe disegnati, ed uno dei suoi progetti con "catene di guida" non venne costruito prima che passassero quasi tre secoli.  

I suoi fallimenti con i velivoli sono altrettanto facili da comprendere. Poiché a Leonardo mancava una scienza della aereodinamica non poté calcolare le forze agenti sulle ali e nemmeno poté conoscere i requisiti per la spinta e il controllo del velivolo.  

La gente del nostro tempo, può sperare di produrre delle proiezioni riguardanti le macchine molecolari altrettanto accurate di quelle sulle macchine di metallo prodotte all'epoca da Leonardo da Vinci? Possiamo evitare di incorrere in errori analoghi a quelli presenti nei suoi progetti per la costruzione di macchine volanti? L'esempio di Leonardo suggerisce che possiamo farlo. Potrebbe aiutarci ricordare che Leonardo stesso probabilmente non confidava nelle sue macchine aeree, e che i suoi errori, nonostante tutto, contenevano un germe di verità. Aveva ragione a credere che macchine volanti di qualche tipo fossero possibili, ed infatti ne poteva essere assolutamente certo poiché queste esistevano già. Uccelli, pipistrelli ed api dimostravano la possibilità del volo. Inoltre, nonostante non ci fossero esempi funzionanti dei suoi cuscinetti a sfera, o delle sue ruote dentate e delle sue catene di guida, poteva avere fiducia nei principi su cui si basavano. Menti abilissime avevano già costruito un esteso corpo di conoscenza a fondamento della geometria e delle leggi delle leve meccaniche. Sebbene alle parti di cui Leonardo necessitava dovessero richiedersi una forza ed una accuratezza tali che potrebbero aver suscitato in lui alcuni dubbi, non altrettanto si può dire delle loro interrelazioni riguardanti funzione e movimento(8). Leonardo fu in grado di proporre macchine che richiedevano parti migliori di quelle note a qualsiasi suo contemporaneo, e tuttavia poté nutrire un certo grado di fiducia nella validità del loro progetto.  

Le proposte di tecnologie molecolari, allo stesso modo, si poggiano su vaste fondamenta di conoscenza, non solo geometria e teoria delle leve ma anche conoscenze riguardanti i legami chimici, la meccanica statistica e la fisica in generale. Questa volta, tuttavia, i problemi delle proprietà materiali e della accuratezza di fabbricazione non emergono in maniera separata. Le proprietà degli atomi e dei legami chimici sono le proprietà materiali, e gli atomi si presentano prefabbricati e perfettamente standardizzati. Per cui, sembra proprio che siamo meglio preparati alla previsione di quanto lo fosse la gente al tempo di Leonardo: sappiamo molto più sulle molecole e sul controllo dei legami chimici di quanto essi conoscessero sull'acciaio e la fabbricazione di parti meccaniche di precisione. In aggiunta a ciò, possiamo osservare le nanomacchine che già esistono nelle cellule, esattamente come Leonardo poté osservare le macchine (uccelli) che già volavano in cielo.  

La produzione di proiezioni riguardanti il modo in cui si potrebbe costruire la seconda generazione di nanomacchine a partire dalle macchine proteiche è sicuramente più semplice di quanto fosse all'epoca produrre proiezioni sul modo in cui delle precise macchine d'acciaio potessero realizzarsi a partire dalle ben più rudimentali macchine del tempo di Leonardo. Imparare ad usare macchine rudimentali per costruirne di più precise richiedeva l'impiego di molto tempo, ed i metodi per farlo erano tutt'altro che ovvi. Le macchine molecolari, al contrario, saranno costruite a partire da parti atomiche prefabbricate e fra loro identiche, che necessitano solo di essere assemblate assieme. La fabbricazione di macchine precise con ingranaggi curvi ed irregolari deve essere stata ben più difficile da immaginare di quanto sia ora immaginare l'assemblaggio molecolare. E d'altra parte, sappiamo che l'assemblaggio molecolare è qualcosa che si verifica continuamente in natura. Per confidare sulle nostre proiezioni, ancora una volta poggiamo su un terreno più solido di quello su cui si poggiava Leonardo.  

Ai tempi di Leonardo, la gente aveva scarse conoscenze di elettricità e magnetismo, e non conosceva nulla delle molecole e della meccanica quantistica. Di conseguenza, luci elettriche, radio e computer avrebbero sconcertato le persone di quei tempi. Oggi invece le leggi di base più importanti per l'ingegneria, ossia quelle che descrivono la normale materia, sembrano ben comprese. Come con le teorie gravitazionali sopravvissute, i meccanismi scientifici della confutazione hanno forzato la sopravvivenza delle sole teorie della materia su cui esiste uno stretto consenso generale.  

Tale conoscenza è recente. Prima di questo secolo la gente non capiva ancora perché i solidi fossero solidi o perché il Sole splendesse. Gli scienziati non comprendevano le leggi che governano la materia nell'ordinario mondo di molecole, persone, pianeti e stelle. Questo è il motivo per cui il nostro secolo ha generato tutte assieme cose come i transistor e le bombe ad idrogeno, ed al contempo il motivo per cui le tecnologie molecolari cominciano a delinearsi all'orizzonte. Questa conoscenza è accompagnata da nuove speranze e nuovi pericoli, ma almeno ci fornisce i mezzi per vedere entrambi in anticipo e per prepararci ad essi.  

Quando siano note le leggi alla base di una tecnologia, le possibilità future possono essere previste (sebbene con qualche lacuna, altrimenti Leonardo avrebbe previsto i computer meccanici). Persino quando le leggi di base siano scarsamente conosciute, come lo erano i principi della aereodinamica al tempo di Leonardo, la natura può comunque dimostrare delle possibilità. Infine, quando sia la scienza che la natura evidenzino una possibilità, dovremmo prendere a cuore tale possibilità e produrre piani in conseguenza.  

Il passo avanti degli assemblatori    

I fondamenti della scienza possono evolvere e modificarsi, tuttavia continueranno a sostenere un edificio stabile e crescente di pragmatica conoscenza ingegneristica. Alla fine, gli assemblatori permetteranno agli ingegneri di fabbricare qualsiasi cosa possa essere progettata, scavalcando i tradizionali problemi riguardanti i materiali disponibili e i metodi di fabbricazione. Già adesso, approssimazioni e modelli computerizzati permettono agli ingegneri di evolvere progetti anche in assenza degli strumenti richiesti per implementarli (9). Tutto ciò contribuirà a rendere possibile la previsione, e non solo.  

Al progredire della nanotecnologia, giungeranno tempi in cui gli assemblatori cominceranno a delinearsi come una prospettiva imminente, sostenuta da seri e ben finanziati programmi di sviluppo. Le loro capacità, da ipotetiche quali sono, diverranno ben chiare.  

Per allora i sistemi di progettazione molecolare assistita dal computer, che già oggi iniziano a comparire, saranno diventati comuni e sofisticati grazie alla spinta impressa loro dai progressi nelle tecnologie dei computer e dalle crescenti necessità degli ingegneri molecolari(10). Utilizzando questi strumenti di progetto, gli ingegneri saranno in grado di progettare i nanosistemi di seconda generazione, inclusi gli assemblatori di seconda generazione che dovranno costruire tali nanosistemi. Inoltre, lasciando margini abbastanza ampi per tener conto di inaccuratezze (e preparando progetti alternativi), gli ingegneri saranno in grado di progettare molti sistemi che funzioneranno subito, ossia appena costruiti per la prima volta. Gli ingegneri avranno evoluto progetti fondati in un mondo di molecole simulate.  

Consideriamo la forza di questa situazione: in fase di sviluppo ci saranno i più grandi utensili della storia, un autentico sistema di fabbricazione generale capace di costruire qualsiasi cosa si possa progettare - e per di più un sistema di progettazione che può stare in un'unica mano. C'è qualcuno che attenderebbe fino all'apparire degli assemblatori prima di iniziare a pianificare sui modi di utilizzarli? O le compagnie aziendali e le nazioni risponderanno alla pressione esercitata dalla presenza di nuove opportunità e nuove competizioni progettando in anticipo dei nanosistemi, al fine di accelerare lo sfruttamento degli assemblatori non appena questi arrivino?  

Pare certo che questo processo di progettazione anticipata (11) si verificherà; il solo interrogativo residuo è quando partirà e quanto andrà lontano. Anni di tranquillo progresso progettuale potrebbero erompere, all'alba del passo avanti tecnologico degli assemblatori, nell'apparizione di nuovo hardware con una repentinità senza precedenti. Quanto bene progetteremo in anticipo e che cosa progetteremo, potrebbero determinare se sapremo sopravvivere e prosperare, o se cancelleremo noi stessi.  

Poiché il passo avanti tecnologico degli assemblatori influenzerà quasi l'intero corpo della tecnologia, la sua previsione è un compito enorme. Dell'universo dei possibili dispositivi meccanici, Leonardo poté prevederne solo qualcuno. Analogamente, del ben più vasto universo delle tecnologie future, le menti moderne possono prevederne poche. Ma anche la visione anticipata di qualche progresso, sembra comunque essere di basilare importanza.  

Tecnologia medica, frontiera spaziale, computer avanzati, e nuove invenzioni sul piano sociale, promettono tutte di giocare ruoli interdipendenti. Ma il rivoluzionario passo avanti degli assemblatori influenzerà tutte queste cose, e molte altre.  


Note e bibliografia
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