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Motori di creazione. Capitolo 4: Motori di abbondanza
Tecnoscienza - Nanotecnologie

Se ogni strumento, quando gli viene ordinato o di sua spontanea volontà, potesse fare il lavoro che gli si addice […], non ci sarebbe bisogno né di apprendisti che lavorino per gli artigiani, né di schiavi per i signori.(1)
- Aristotele
 

Il 27 marzo 1981, il radiogiornale CBS citò uno scienziato NASA (2) come autore dell'affermazione secondo la quale gli ingegneri sarebbero stati in grado di costruire robot auto-replicanti entro venti anni, per impiego terrestre e spaziale. Queste macchine avrebbero costruito copie di se stesse, e le copie sarebbero state programmate per fabbricare prodotti utilizzabili. Egli non aveva dubbi sulle loro possibilità, se solo e quando fossero stati costruiti. Aveva, in certa misura, ragione.  

Fin dal 1951, quando John von Neumann tracciò i principi delle macchine auto-replicanti, gli scienziati si sono trovati generalmente concordi sulle loro possibilità. Nel 1953 Watson e Crick descrissero la struttura del DNA, che mostrava come le cose viventi siano dotate delle istruzioni che guidano la loro stessa costruzione. I biologi, da allora, hanno imparato sempre maggiori dettagli sui modi in cui funziona il macchinario molecolare auto-replicante delle cellule. Hanno scoperto che esso segue gli stessi principi che von Neumann tracciò. Così come gli uccelli mostrano la possibilità del volo, così la vita in generale dimostra la possibilità di auto-replicazione, almeno per i sistemi di macchine molecolari. Lo scienziato della NASA, comunque, aveva in mente qualcos'altro.  

Replicatori sferraglianti    

I replicatori biologici, come i virus, i batteri, le piante e le persone (3), utilizzano macchine molecolari. I replicatori artificiali, possono invece usare la tecnologia di mole. Poiché attualmente noi abbiamo solo la tecnologia di mole, gli ingegneri potrebbero usarla per costruire replicatori prima dell'avvento della tecnologia molecolare.  

L'antico mito di una magica forza vitale (associata con le erronee interpretazioni dell'entropia secondo cui il suo incremento significa che tutto nell'universo debba costantemente degenerare) ha diffuso un meme che afferma che i replicatori dovrebbero violare qualche legge naturale. Semplicemente non è così. I biochimici comprendono come si replicano le cellule e non trovano nulla di magico in esse. Infatti essi vi vedono macchine adeguatamente approvvigionate di tutto il materiale, l'energia e le istruzioni necessarie per svolgere il compito di replicazione. Le cellule si replicano; i robot potrebbero replicarsi. 

Progressi nell'automazione condurranno in modo naturale verso replicatori meccanici, siano o meno fabbricati per uno specifico fine. Al crescere della pressione competitiva, crescerà l'automazione, e si ridurrà la necessità di lavoro umano nelle fabbriche. La Fujitsu Fanuc (4) fa già funzionare un reparto meccanizzato, all'interno di un suo impianto di fabbricazione, per ventiquattro ore al giorno e con solo dicianove operai sul campo durante il giorno e nessuno durante la notte. Questa fabbrica produce 250 macchine al mese, delle quali 100 sono robot.  

Nel caso più estremo, i robot potrebbero svolgere tutto il lavoro di assemblaggio necessario per la costruzione di altri robot, nonché assemblare anche altro equipaggiamento, produrne le parti necessarie, occuparsi di far funzionare le miniere e i generatori che riforniscono le differenti fabbriche di materiali ed energia, e così via. Nonostante una tale rete di fabbriche disseminate su tutto il paesaggio non assomiglierebbe ad un robot "in cinta", essa dovrebbe costituire un sistema auto-sviluppato ed auto-replicante. Il passo avanti tecnologico degli assemblatori, di certo giungerà ben prima che si realizzi una completa automazione dell'industria, nonostante che la tendenza moderna si muova verso una sorta di gigantesco e sferragliante replicatore unico.  

Ma come può un sistema simile sostenersi e ripararsi senza intervento umano?  

Immaginiamo una fabbrica automatica capace sia di testare le parti componenti, sia di assemblarle in equipaggiamenti completi. Le parti difettose non superano i collaudi e vengono gettate o riciclate. Se la fabbrica può anche prendere temporaneamente da parte intere macchine, le riparazioni sono facili: semplicemente basta disassemblare le macchine difettose, collaudare tutte le loro parti, sostituire ogni parte logora o rotta, e riassemblarle. Un sistema ancora più efficiente potrebbe persino diagnosticare i problemi senza dover collaudare tutte le singole parti, sebbene tale funzionalità non sia strettamente necessaria.  

Un sistema di fabbriche capace di auto-diffondersi, e gestito da robot, funzionerebbe ma sarebbe ingombrante. Utilizzando una progettazione più ingegnosa ed il numero minimo di differenti parti e materiali, gli ingegneri possono adattare un sistema replicante affinché stia in una singola scatola; ma la scatola potrebbe ancora essere immensa poiché deve contenere equipaggiamento capace di produrre e assemblare assieme molte differenti parti. Quante differenti parti? Tante quante ne contiene esso stesso. Quante differenti parti e materiali sarebbero necessarie per costruire una macchina in grado di lavorare ed assemblare così tanti differenti materiali e parti? Difficile da stimare, ma i sistemi basati sulla tecnologia odierna utilizzerebbero quanto meno dei chip elettronici. Costruirli da se richiede fin troppo equipaggiamento da mettere in pancia ad un piccolo replicatore.  

I conigli si replicano, ma essi richiedono parti prefabbricate come, per esempio, molecole di vitamine. Prendere queste parti dal cibo permette loro di sopravvivere con meno macchinario molecolare di quello che gli occorrerebbe se dovessero fabbricarsi da zero ogni cosa di cui necessitano. Analogamente, un replicatore meccanico che usi chip prefabbricati potrebbe essere realizzato, in qualche modo, più semplicemente di uno che costruisca da se tutto ciò che gli occorre. I suoi peculiari requisiti "dietetici" lo vincolerebbero anche ad una più vasta "ecologia" di macchine, aiutandoci così a tenerlo a freno. Gli ingegneri, in studi commissionati dalla NASA, hanno proposto di usare nello spazio questo tipo di semi-replicatori, consentendo all'industria spaziale di espandersi con solo un piccolo apporto di parti sofisticate costantemente rifornite dalla Terra.  

Tuttavia, poiché i replicatori realizzati in tecnologia di mole devono eseguire un assemblaggio delle loro parti, essi devono contenere sia parti per costruire i componenti di base, sia parti per il loro assemblaggio finale. Questo evidenzia un vantaggio dei replicatori molecolari: i loro componenti di base sono atomi e gli atomi si trovano già pronti.  

Replicatori molecolari    

Le cellule si replicano. Le loro macchine copiano il loro DNA, il quale dirige il macchinario ribosomico verso la costruzione di altre macchine a partire da molecole più semplici. Queste macchine e molecole sono contenute in una sacca riempita di liquido. La sua membrana fornisce carburante alle molecole e parti per la costruzione di ulteriori nanomacchine, DNA, membrane, e così via. La membrana permette la fuoriuscita del carburante esaurito e dei frammenti residui dei componenti. Una cellula si replica copiando le parti interne alla sacca delimitata dalla membrana, disponendole in due raggruppamenti, e quindi strozzando la sacca in due parti. I replicatori artificiali potrebbero essere costruiti per lavorare in maniera simile, ma utilizzando assemblatori invece di ribosomi. In questo modo, potremmo costruire replicatori simili a quelli delle cellule, che non siano però limitati a macchinario molecolare realizzato con i delicati ed elusivi ripiegamenti spaziali delle molecole proteiche.  

Ma gli ingegneri sembrano più inclini a sviluppare altri approcci alla replicazione. L'evoluzione non ha nessuna facile maniera di alterare gli schemi fondamentali della cellula, e questi schemi non sono immuni da qualche inefficienza. Nelle sinapsi, per esempio, le cellule del cervello inviano segnalazioni alle loro vicine tramite lo svuotamento di vesciche piene di molecole chimiche. Le molecole si urtano l'una con l'altra, fuori dalla vescica, fino a legarsi a molecole-sensori delle cellule vicine, talvolta attivando su queste la generazione di un impulso neurale. Una sinapsi chimica costituisce un commutatore di segnale piuttosto lento, e gli impulsi neurali si propagano più lentamente del suono. Con gli assemblatori, gli ingegneri molecolari costruiranno interi computer più piccoli di una sinapsi ed un milione di volte più veloci.  

Mutazione e selezione non potrebbero trasformare una sinapsi in un nanocomputer meccanico più di quanto un allevatore non possa trasformare un cavallo in una automobile. Nonostante questo, gli ingegneri hanno costruito le automobili ed impareranno anche a costruire computer più veloci dei cervelli, nonché replicatori più capaci delle cellule esistenti.  

Alcuni di questi replicatori non somiglieranno affatto a cellule, quanto piuttosto a fabbriche(5) miniaturizzate fino a dimensioni cellulari. Esse conterranno nanomacchine montate su impalcature molecolari e nastri trasportatori per convogliare le parti da macchina a macchina. Esternamente esse saranno dotate di un insieme di bracci assemblatori atti a costruire, una sezione o un atomo alla volta, repliche di se stessi.  

La velocità con cui questi replicatori potranno replicarsi dipenderà dalla loro velocità di assemblaggio ma anche dalla loro dimensione. Immaginiamo un assemblatore avanzato che contenga un milione di atomi: esso può avere anche dieci migliaia di parti mobili, ognuna contenente in media un centinaio di atomi costituenti, ossia un numero di parti sufficiente a comporre una macchina piuttosto complessa. Di fatto l'assemblatore stesso appare come una scatola che supporta un tozzo braccio robotico lungo un centinaio di atomi. La scatola e il braccio contengono dispositivi che muovono il braccio da posizione a posizione, ed altri dispositivi che cambiano l'utensile molecolare sulla sua punta.  

Dietro la scatola c'è un dispositivo che legge un nastro e fornisce segnali meccanici che attivano i movimenti del braccio e le sostituzioni dell'utensile. Di fronte al braccio c'è una struttura non terminata. I nastri trasportatori portano molecole al sistema assemblatore. Alcuni forniscono energia ai motori che muovono il braccio e il lettore del nastro, ed altri forniscono gruppi di atomi per l'assemblaggio. Atomo dopo atomo (o gruppo di atomi dopo gruppo di atomi), il braccio muove i pezzi verso il posto giusto, in base alle direttive del nastro; quando i pezzi vengono a contatto con la struttura, delle comuni reazioni chimiche legano assieme pezzo e struttura.  

Questi assemblatori lavoreranno velocemente. Un enzima rapido (6), come l'anidrasi carbonica o l'isomerasi chetosteroide, può processare quasi un milione di molecole per secondo, persino senza disporre di trasportatori e nemmeno di meccanismi, alimentati da energia, in grado di posizionare una nuova molecola al suo posto non appena una vecchia viene rilasciata. Potrebbe sembrare troppo aspettarsi da un assemblatore che afferri una molecola, la muova, e la incolli al suo posto in un semplice milionesimo di secondo. Ma appendici piccole possono muoversi avanti e indietro molto rapidamente. Un braccio umano può agitarsi su e giù diverse volte per secondo, le dita possono tamburellare anche più rapidamente, mentre una mosca può sventolare le sue ali abbastanza velocemente da ronzare, ed una zanzara può produrre un frignare esasperante. Gli insetti possono vibrare le proprie ali con frequenze di circa un migliaio di volte più grandi rispetto alle frequenze di un braccio umano oscillante, perché l'ala di un insetto è circa mille volte più corta.  

Il braccio di un assemblatore sarà circa cinquanta milioni di volte più corto di un braccio umano, per cui (estrapolando in proporzione) saprà muoversi avanti e indietro circa cinquanta milioni di volte più rapidamente (7). Per il braccio di un assemblatore muoversi solo un milione di volte per secondo sarebbe come per un braccio umano muoversi una volta per minuto: ossia sarebbe equivalente ad un movimento pigro. Quindi pare proprio che questa meta sia molto ragionevole.  

La velocità di replicazione dipenderà anche dalla dimensione totale del sistema da costruire. Gli assemblatori non si replicheranno da soli; avranno bisogno di materiali ed energia, ed istruzioni su come usare queste cose. Ordinarie sostanze chimiche possono fornire materiali ed energia, ma devono essere disponibili nanomacchine per processare entrambi. Le irregolarità di polimeri molecolari sono adatte a fungere da memoria per l'immagazzinamento di informazioni, l'analogo di un nastro di carta perforata, ma deve essere anche disponibile un lettore per tradurre gli schemi di irregolarità del polimero in schemi di movimenti del braccio. Considerate tutte assieme, queste parti, formano l'essenza del replicatore: il nastro fornisce istruzioni per assembrare una copia dell'assemblatore, una copia del lettore, e copie di ulteriori nanomacchine e del nastro stesso (8).  

Un progetto ragionevole per questo tipo di replicatori probabilmente includerà svariati bracci assemblatori Nonché svariati bracci per spostare e mantenere in posizione i pezzi di lavoro. Ognuno di questi bracci aggiungerà un altro milione di atomi o giù di lì. Le altre parti (lettori di nastri, processori chimici, e così via) potrebbero anche avere lo stesso ordine di complessità dell'assemblatore. Infine, un sistema replicatore flessibile probabilmente includerà anche un semplice computer; se costruito seguendo l'approccio meccanico che ho menzionato nel capitolo 1, il nanocomputer aggiungerà a questo conteggio all'incirca 100 milioni di atomi. Tutte assieme, queste parti, totalizzeranno meno di 150 milioni di atomi. Assumiamo invece un totale di un miliardo, per lasciare un largo margine di errore. Ignorare le capacità aggiuntive dei bracci di assemblaggio addizionali ci lascia un margine ancora più grande. Lavorando ad un milione di atomi per secondo, il sistema riuscirà comunque a copiare se stesso in un migliaio di secondi, una frazione minuscola dei 15 minuti circa che, sotto buone condizioni, occorrono ad un batterio per replicarsi.  

Immaginate un tale replicatore che fluttua in una bottiglia piena di sostanze chimiche, producendo copie di se stesso. Esso costruisce una sua copia in mille secondi, e trentasei sue copie in dieci ore. In una settimana accumulerà abbastanza copie da riempire il volume di una cellula umana. In un secolo accumulerà abbastanza copie da produrre un rispettabile granello. Se questo fosse tutto quello che i replicatori possono fare, forse potremmo trascurarli in tutta certezza.  

Ogni copia, tuttavia, produrrà copie ulteriori. Così, se il primo assemblatore assembla una copia in mille secondi, questi due replicatori ne costruiscono altri due nei successivi mille secondi, questi quattro ne costruiscono altri quattro, ed i risultanti otto ne producono ancora altri otto. Alla fine delle prime dieci ore non ci sono trentasei nuovi replicatori, ma oltre 68 milioni. In meno di un giorno essi potrebbero pesare una tonnellata. In meno di due giorni supererebbero il peso della Terra. In altre quattro ore potrebbero eccedere la massa del Sole e di tutti i pianeti messi assieme, se non fosse che le sostanze chimiche della bottiglia si sono prosciugate già molto tempo prima.  

Raddoppio regolare significa crescita esponenziale. I replicatori, in assenza di restrizioni, si moltiplicano esponenzialmente fino a mancare di spazio o risorse. I batteri fanno proprio così, e quasi allo stesso ritmo dei replicatori appena descritti. La gente si replica molto più lentamente e tuttavia, con un sufficiente tempo a disposizione, potrebbe sovrastare ogni apporto finito di risorse. Le preoccupazioni riguardo la crescita demografica non perderanno mai la loro importanza. Le preoccupazioni riguardo il controllo della rapida crescita numerica di nuovi replicatori, diverranno presto realmente importanti.  

Molecole e grattacieli    

Macchine in grado di afferrare e posizionare individualmente gli atomi, saranno capaci di costruire quasi qualunque cosa, legando chimicamente assieme gli atomi giusti negli schemi corretti, come ho descritto alla fine del capitolo 1. Di sicuro, la costruzione di grandi oggetti, un atomo alla volta, sarà lenta. Una mosca, dopo tutto, contiene circa un milione di atomi per ogni secondo trascorso da quando i dinosauri erano giovani. Ciò nonostante, le macchine molecolari possono costruire oggetti di dimensioni sostanziali, poiché esse, dopotutto, in natura costruiscono anche balene.  

Per produrre grandi oggetti rapidamente, un immenso numero di assemblatori deve cooperare, e i replicatori possono produrre assemblatori a tonnellate. Infatti, con la corretta progettazione, la differenza fra un sistema assemblatore e un sistema replicatore starà interamente nella programmazione dell'assemblatore. Se un assemblatore-replicatore può copiare se stesso in mille secondi, allora può essere programmato per costruire altrettanto rapidamente qualcos'altro che abbia la sua stessa dimensione. Analogamente, una tonnellata di replicatori può rapidamente costruire una tonnellata di qualcos'altro, ed il prodotto avrà tutti i suoi miliardi di miliardi di miliardi di atomi collocati al giusto posto, con l'erroneo posizionamento soltanto di una loro minuscola frazione (9).  

Per comprendere le capacità e i limiti di un metodo per assemblare grossi oggetti, immaginiamo una lamina piatta ricoperta da piccoli bracci assemblatori, forse un esercito di replicatori riprogrammati per un lavoro di costruzione e schierati in file ordinate. Dietro di loro, trasportatori e canali di comunicazione li riforniscono di molecole reattive, di energia e di istruzioni per l'assemblaggio. Se ogni braccio occupa una area larga 100 diametri atomici, dietro ogni assemblatore ci sarà spazio per trasportatori e canali con un'area, in sezione, pari a 10.000 atomi.  

E ciò sembra essere uno spazio sufficiente. Uno spazio largo dieci o venti atomi può contenere un trasportatore (eventualmente basato su cinghie e carrucole molecolari). Un canale largo pochi atomi può contenere un'asta molecolare che, come quelle dei computer meccanici descritti nel capitolo 1, verrà spinta e tirata per trasmettere segnali. Tutti i bracci lavoreranno assieme per costruire una struttura estesa e solida, livello dopo livello. Ogni braccio sarà responsabile per la sua propria area, manipolando circa 10.000 atomi per livello. Una lamina di assemblatori che manipoli 1.000.000 di atomi per secondo e per braccio, completerebbe circa 100 livelli atomici per ogni secondo. Sebbene questo potrebbe apparire un sistema veloce, a questo ritmo impilare un sottile foglio di carta richiederebbe un'ora, e per mettere su una piastra spessa un metro ci vorrebbe un anno.  

Bracci più veloci potrebbero innalzare la velocità di assemblaggio fino a oltre un metro per giorno, ma produrrebbero più calore. Se tali bracci potessero costruire uno spessore di un metro al giorno, il calore sprigionato da un metro quadro potrebbe cuocere centinaia di bistecche contemporaneamente, e probabilmente friggerebbe le macchine. A certe dimensioni e velocità, i problemi di raffreddamento diventano un fattore limitante, ma ci sono altri modi per assemblare oggetti più velocemente senza surriscaldare le macchine.  

Immaginate di provare a costruire una casa incollando assieme singoli granelli di sabbia. Aggiungere un livello di granelli potrebbe impegnare le macchine incolla-granelli così a lungo che innalzare le pareti richiederebbe decadi. Ora immaginate che delle macchine in una fabbrica abbiano precedentemente incollato assieme i granelli per farne mattoni. La fabbrica può lavorare su molti mattoni alla volta. Con abbastanza macchine incolla-granelli, i mattoni verrebbero fuori rapidamente. Gli assemblatori di mura potrebbero quindi costruirle rapidamente, mettendo uno sull'altro i mattoni preassemblati. Analogamente, gli assemblatori molecolari lavorerebbero in squadra con assemblatori più grandi, per costruire rapidamente oggetti grandi. Le macchine possono essere di ogni dimensione, da molecolari a gigantesche. Con questo approccio la maggior parte del calore di assemblaggio sarebbe dissipato lontano dal sito di lavoro, nella produzione delle singole parti.  

La costruzione di un grattacielo e l'architettura della vita suggeriscono modi correlati per costruire grandi oggetti. Le grandi piante ed animali hanno dei sistemi vascolari, intricati canali che trasportano materiali alle macchine molecolari che lavorano lungo tutti i loro tessuti. Analogamente, dopo che impalcatori e rivettatori giungono a terminare lo scheletro di un grattacielo (il "sistema vascolare" dell'edificio), i suoi elevatori e corridoi, aiutati dalle gru, convogliano ovunque, agli operai nell'edificio, i necessari materiali da costruzione. Anche i sistemi di assemblaggio potrebbero adottare questa strategia, mettendo su per prima cosa una impalcatura e quindi lavorando in tutto il suo volume, incorporando mano a mano i materiali che vengono convogliati dall'esterno tramite dei canali.  

Immaginiamo che questo approccio venga usato per "far crescere" un grosso motore di razzo, lavorando dentro una vasca di un impianto industriale. La vasca, fatta di acciaio scintillante e dotata di una finestra di vetro a beneficio dei visitatori, si erge ben oltre l'altezza di una persona, poiché deve contenere il motore una volta completato. Tubi e pompe la collegano ad altre attrezzature ed a scambiatori di calore con sistema di raffreddamento ad acqua. Questa disposizione permette all'operatore di far circolare all'interno della vasca una certa varietà di fluidi.  

Per iniziare il processo, l'operatore cala giù dalla cima della vasca, fino al fondo, la base piatta sulla quale il motore sarà costruito. La cima della vasca viene quindi sigillata. Alla pressione di un bottone, le pompe inondano la camera con un denso fluido latteo che sommerge la base ed oscura la finestra. Questo fluido proviene da un'altra vasca, nella quale si sono moltiplicati dei replicatori-assemblatori e che in seguito sono stati riprogrammati facendo loro copiare e diffondere un nuovo nastro di istruzioni (un po' come infettare dei batteri con un virus). Questi nuovi sistemi assemblatori, più piccoli di batteri, diffondono la luce e danno al fluido un aspetto latteo. La loro densa abbondanza rende invece viscoso il fluido.  

Al centro della base piatta, immersa nel turbinio del fluido carico di assemblatori, c'è un "seme". Esso contiene un nanocomputer con i piani del motore immagazzinati nella sua memoria, e la sua superficie è costellata di fessure nelle quali gli assemblatori si impigliano. Quando un assemblatore si impiglia in una di queste fessure, seme ed assemblatore si innestano assieme come se venissero connessi da uno spinotto elettrico posto nella apposita presa, ed il computer del seme trasferisce istruzioni al computer dell'assemblatore. Questa nuova programmazione spiega all'assemblatore dove egli si trovi in relazione al seme, e lo dirige perché estenda i suoi bracci manipolatori per catturare altri assemblatori. Anche questi altri si innesteranno all'insieme, e subiranno una analoga riprogrammazione. Obbedendo alle istruzioni provenienti dal seme (che si diffondono lungo tutta la rete in via di espansione degli intercomunicanti assemblatori) una sorta di reticolo cristallino di assemblatori cresce pian piano dal caos del liquido. Poiché ogni assemblatore conosce la sua posizione nel piano, egli cattura altri assemblatori dove questi siano necessari. Tutto ciò crea uno schema meno regolare e più complesso di quello di qualunque cristallo naturale. Nel corso di poche ore, l'impalcatura di assemblatori si sviluppa in accordo alla forma finale del motore per razzo progettato.  

A questo punto, le pompe della vasca ritornano in azione, rimpiazzando il fluido latteo di assemblatori residui, quelli cioè che non si sono agganciati all'insieme, con una miscela pulente di solventi organici e sostanze dissolte, inclusi composti d'alluminio, composti ricchi di ossigeno e composti che servono come carburante per gli assemblatori. Mano a mano che il fluido si schiarisce, la forma del motore per razzo diviene progressivamente visibile attraverso la finestra, apparendo come fosse un modello in scala reale scolpito in una bianca plastica traslucida. Successivamente, un messaggio diffuso dal seme dirige gli assemblatori designati perché rilascino i loro vicini e ripieghino i loro bracci. Gli assemblatori rilasciati vengono trascinati fuori dalla struttura in improvvisi rivoli biancastri, svelando un poroso reticolo di assemblatori attaccati sulla superficie esterna del razzo, che ora hanno spazio sufficiente per lavorare. La forma del motore nella vasca diventa progressivamente quasi trasparente, con un accenno di iridescenza.  

Ogni assemblatore rimasto, nonostante sia ancora legato ai suoi vicini, ora è circondato da minuscoli canali colmi di fluido. Bracci speciali sugli assemblatori funzionano come dei flagelli, sferzando il fluido per farlo circolare attraverso i canali. Questi movimenti, come tutti gli altri compiuti dagli assemblatori, sono generati da motori molecolari che usano le molecole nel fluido come carburante. Come dello zucchero disciolto alimenta il lievito, così questi composti chimici disciolti alimentano gli assemblatori. Il fluido che scorre apporta nuovo carburante e nuovi materiali grezzi per la costruzione; scorrendo, porta via il calore prodotto. La rete di comunicazioni diffonde istruzioni ad ogni assemblatore.  

Gli assemblatori sono ora pronti per iniziare a costruire. Devono costruire un motore per razzo, che consiste principalmente di condotte e pompe. Questo significa costruire strutture forti e leggere in forme aggrovigliate, alcune capaci di sopportare calore intenso, alcune piene di tubi per trasportare il fluido di raffreddamento. Dove è necessaria una grande forza, gli assemblatori si mettono al lavoro per costruire bacchette di intricate fibre di carbonio nella sua forma diamantifera. Da queste, essi costruiscono un reticolo confezionato su misura per essere in grado di sopportare lo schema di sollecitazione atteso. Dove sia fondamentale una certa resistenza al calore ed alla corrosione (come su molte superfici), essi costruiscono strutture simili con ossido di alluminio, nella sua forma di zaffiro. Nelle zone in cui le sollecitazioni saranno lievi, gli assemblatori risparmiano massa lasciando nel reticolo spazi vuoti più ampi. Nelle zone in cui le sollecitazioni saranno intense, gli assemblatori rinforzano la struttura fino a che i passaggi rimanenti non diventano a malapena spaziosi quanto basta per consentire il passaggio degli assemblatori. In qualche punto, gli assemblatori depositano altri materiali per fabbricare sensori, computer, motori, solenoidi e qualsiasi altra cosa necessaria.  

Per terminare il loro lavoro, a questo punto, gli assemblatori costruiscono pareti per dividere gli spazi residui nei canali in celle quasi sigillate, quindi si ritirano verso le ultime aperture e pompano fuori il fluido interno. Sigillano le celle ora svuotate, e si ritirano completamente fluttuando via nel fluido circolante. Infine, la vasca viene prosciugata, uno spray risciacqua il motore, il coperchio viene sollevato e il motore finito viene issato fuori ad asciugarsi. La sua creazione ha richiesto meno di un giorno e quasi nessuna attenzione umana.  

A cosa assomiglia il razzo? Piuttosto che essere un massiccio blocco di metalli saldati e imbullonati, è una cosa priva di cuciture, al pari di una gemma. Le sue vuote celle interne, disposte in schiere distanziate di circa una lunghezza d'onda pari a quelle della luce visibile, provocano un effetto collaterale: come piccole buche su un disco laser, le celle diffrangono la luce, determinando una iridescenza mutevole simile a quella di un opale di fuoco. Questi spazi vuoti alleggeriscono ulteriormente una struttura che è già composta dai più leggeri e più forti materiali conosciuti. Confrontato con i moderni motori metallici, questo motore progredito ha oltre il 90 percento di massa in meno.  

Colpitelo con un dito ed esso risuonerà come un campanello dal tono sorprendentemente acuto, considerata la sua dimensione. Montato su un veicolo spaziale di analoga costruzione, esso volerà con disinvoltura dalla rampa di decollo allo spazio e viceversa. Sopporterà un utilizzo prolungato ed intenso, poiché i suoi robusti materiali costituenti hanno permesso ai progettisti di incorporare in esso margini di sicurezza più ampi. Poiché gli assemblatori hanno permesso ai progettisti di conformare la sua struttura perché possa cedere leggermente prima di rompersi (smorzando le sue incrinature in modo da arrestare la loro propagazione) il motore non sarà solo forte ma anche resistente.  

Nonostante tutta la sua eccellenza, questo motore è sostanzialmente piuttosto convenzionale. Ha semplicemente sostituito il denso metallo con strutture accuratamente confezionate di atomi leggeri e saldamente legati. Il prodotto finale non contiene alcuna nanomacchina.  

Progettazioni molto più avanzate sfrutteranno la nanotecnologia molto più a fondo. Tali progettazioni potrebbero lasciare un sistema vascolare residuo con lo scopo di approvvigionare sistemi assemblatori e disassemblatori. Tali sistemi possono essere programmati per riparare le parti usurate. Mano a mano che gli utilizzatori del motore lo approvvigioneranno di energia e materiali grezzi, esso rinnoverà la propria struttura. Motori ancora più avanzati potrebbero essere, letteralmente, ancora più flessibili. I motori di razzo lavorano meglio se assumono forme diverse sotto condizioni operative diverse, ma gli ingegneri non possono rendere un blocco di metallo forte, leggero e pieghevole. E tuttavia, con la nanotecnologia, una struttura più forte dell'acciaio è più leggera del legno potrebbe cambiare forma come fosse un muscolo (funzionando realmente come un muscolo (10), ossia sul principio dello slittamento di fibre). Un motore potrebbe quindi espandersi, contrarsi e piegarsi allo scopo di fornire, sotto condizioni variabili, la spinta desiderata nella direzione desiderata. Se dotato di assemblatori e disassemblatori adeguatamente programmati, potrebbe persino rimodellare la sua struttura di base anche molto tempo dopo aver lasciato la vasca.  

In breve, gli assemblatori replicatori copieranno se stessi a tonnellate, quindi fabbricheranno altri prodotti come computer, motori per razzi, sedie e così via. Fabbricheranno anche disassemblatori capaci di smantellare la roccia per fornire i materiali grezzi. Fabbricheranno collettori solari per fornire energia. Nonostante saranno minuscoli, essi costruiranno in grande. In natura, squadre di nanomacchine costruiscono balene, seminano macchine di replicazione e organizzano atomi in immense strutture di cellulosa costruendo alberi di sequoia. Non c'è nulla di troppo sbalorditivo nel far crescere un motore per razzo in una vasca appositamente preparata. Di fatto, se dessimo a dei guardiaboschi gli opportuni "semi" assemblatori, essi potrebbero far crescere navi spaziali dal suolo, dall'aria e dalla luce del sole.  

Gli assemblatori saranno in grado di fabbricare potenzialmente qualunque cosa a partire da materiali comuni, e senza lavoro, rimpiazzando le attuali fabbriche fumanti con sistemi puliti quanto una foresta. Essi trasformeranno la tecnologia e l'economia alle loro radici, schiudendo un nuovo mondo di possibilità. Essi saranno, di fatto, dei motori di abbondanza.  


Note e bibliografia
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