เครื่องจักรจำลองตัวเอง เป็น หุ่นยนต์อัตโนมัติประเภทหนึ่ง ที่สามารถจำลองตัว ^เองได้โดยอัตโนมัติโดยใช้วัตถุดิบที่พบในสิ่งแวดล้อม จึงแสดงให้เห็นถึงการจำลองตัวเองในลักษณะที่คล้ายคลึงกับที่พบในธรรมชาติ^{[ 1 ] [ 2 ]} [ ^{3 ]}แนวคิดของเครื่องจักรจำลองตัวเองได้รับการพัฒนาและตรวจสอบโดยHomer Jacobson , Edward F. Moore , Freeman Dyson , John von Neumann , Konrad Zuse ^{[ 4 ] [ 5 ]}และในยุคปัจจุบันโดยK. Eric Drexlerในหนังสือเกี่ยวกับนาโนเทคโนโลยี ของเขา Engines of Creation ( โดยบัญญัติศัพท์clanking replicatorสำหรับเครื่องจักรดังกล่าว) และโดยRobert FreitasและRalph Merkleในบทวิจารณ์Kinematic Self-Replicating Machines ^{[ 6 ]}ซึ่งให้การวิเคราะห์ที่ครอบคลุมครั้งแรกของพื้นที่การออกแบบ replicator ทั้งหมด การพัฒนาเทคโนโลยีดังกล่าวในอนาคตเป็นส่วนสำคัญของแผนงานหลายประการที่เกี่ยวข้องกับการขุดแร่และวัสดุอื่นๆ จากดวงจันทร์และ แถบ ดาวเคราะห์น้อย การสร้างโรงงานบนดวงจันทร์ และแม้กระทั่งการสร้าง ดาวเทียมพลังงานแสงอาทิตย์ในอวกาศโพรบของฟอน นอยมันน์^{[ 7 ]}เป็นตัวอย่างทางทฤษฎีของเครื่องจักรดังกล่าว ฟอน นอยมันน์ยังทำงานเกี่ยวกับสิ่งที่เขาเรียกว่าเครื่องสร้างสากลซึ่งเป็นเครื่องจักรที่สามารถจำลองตัวเองได้และสามารถวิวัฒนาการได้ และเขาได้กำหนดรูปแบบไว้ในสภาพแวดล้อมของออโตมาตาเซล ลูลาร์ ที่น่าสังเกตคือ แผนการออโตมาตาที่จำลองตัวเองได้ของฟอน นอยมันน์ตั้งสมมติฐานว่าวิวัฒนาการแบบเปิดกว้างต้องอาศัยข้อมูลที่สืบทอดมาเพื่อคัดลอกและส่งต่อให้กับลูกหลานแยกต่างหากจากเครื่องจักรที่จำลองตัวเองได้ ซึ่งเป็นความเข้าใจที่มาก่อนการค้นพบโครงสร้างของโมเลกุล DNA โดยวัตสันและครีกและวิธีการที่มันถูกแปลและจำลองแยกต่างหากในเซลล์^{[ 8 ] [ 9 ]}

เครื่องจักรจำลองตัวเองเป็น ระบบ จำลองตัวเอง เทียม ที่อาศัยเทคโนโลยีขนาดใหญ่และระบบอัตโนมัติแบบดั้งเดิม แนวคิดนี้เสนอโดย Von Neumann ครั้งแรกในช่วงทศวรรษ 1940 และดึงดูดแนวทางที่แตกต่างกันมากมายซึ่งเกี่ยวข้องกับเทคโนโลยีประเภทต่างๆ บางครั้งพบคำศัพท์เฉพาะบางคำในเอกสาร ตัวอย่างเช่น คำว่า clanking replicator เคยถูกใช้โดย Drexler ^{[ 10 ]}เพื่อแยกแยะระบบจำลองขนาดใหญ่จากนาโนโรบอตหรือ " เครื่องประกอบ " ขนาดเล็กที่นาโนเทคโนโลยีอาจทำให้เป็นไปได้ แต่คำนี้ไม่เป็นทางการและไม่ค่อยมีใครใช้ในการอภิปรายทั่วไปหรือทางเทคนิค เครื่องจำลองยังถูกเรียกว่า "เครื่องจักร von Neumann" ตามชื่อของ John von Neumann ผู้ซึ่งศึกษาแนวคิดนี้อย่างเข้มงวดเป็นครั้งแรก อย่างไรก็ตาม คำว่า "เครื่องจักร von Neumann" นั้นไม่เฉพาะเจาะจงและยังหมายถึงสถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์ ที่ไม่เกี่ยวข้องโดยสิ้นเชิง ที่ von Neumann เสนอ ดังนั้นจึงไม่แนะนำให้ใช้ในกรณีที่ความแม่นยำมีความสำคัญ^{[ 6 ]} Von Neumann ใช้คำว่าผู้สร้างสากลเพื่ออธิบายเครื่องจักรที่จำลองตัวเองดังกล่าว

นักประวัติศาสตร์ด้านเครื่องมือกลแม้กระทั่งก่อน ยุค การควบคุมเชิงตัวเลขบางครั้งก็กล่าวในเชิงเปรียบเทียบว่าเครื่องมือกลเป็นเครื่องจักรประเภทพิเศษ เพราะมีความสามารถในการ "สร้างตัวเองขึ้นมาใหม่" ^{[ 11 ]}โดยการคัดลอกชิ้นส่วนทั้งหมด โดยนัยในการอภิปรายเหล่านี้คือ มนุษย์จะเป็นผู้ควบคุมกระบวนการตัด (ต่อมาคือการวางแผนและตั้งโปรแกรมเครื่องจักร) จากนั้นจึงประกอบชิ้นส่วน เช่นเดียวกับRepRapsซึ่งเป็นเครื่องจักรอีกประเภทหนึ่งที่บางครั้งถูกกล่าวถึงในการอ้างอิงถึง "การจำลองตัวเอง" ที่ไม่เป็นอิสระ การอภิปรายดังกล่าวหมายถึงชุดเครื่องมือกล และชุดเครื่องมือกลเหล่านี้มีความสามารถในการสร้างชิ้นส่วนของตัวเองขึ้นมาใหม่ ซึ่งมีจำกัดและต่ำสำหรับเครื่องจักรเครื่องเดียว และเพิ่มขึ้นเกือบ 100% สำหรับชุดเครื่องจักรที่ผลิตในลักษณะเดียวกันเพียงประมาณหนึ่งโหล แต่มีฟังก์ชันการทำงานที่เป็นเอกลักษณ์ ซึ่งเป็นการสร้างสิ่งที่ผู้เขียน Frietas และ Merkle เรียกว่าการปิดตัวของสสารหรือวัสดุ การปิดตัวของพลังงานเป็นมิติที่ยากที่สุดถัดไปที่จะปิดตัวลง และการควบคุมเป็นสิ่งที่ยากที่สุด โดยสังเกตว่าไม่มีมิติอื่นใดสำหรับปัญหานี้ ในทางตรงกันข้าม เครื่องจักรที่สามารถจำลองตัวเองได้อย่างอิสระอย่างแท้จริง (เช่น เครื่องจักรชีวภาพ ) เป็นหัวข้อหลักที่กล่าวถึงในที่นี้ และจะมีความสมบูรณ์ในแต่ละมิติทั้งสามมิติ

แนวคิดทั่วไปของเครื่องจักรประดิษฐ์ที่สามารถผลิตสำเนาของตัวเองได้นั้นมีมาอย่างน้อยหลายร้อยปีแล้ว การอ้างอิงในยุคแรกๆ คือเรื่องเล่าเกี่ยวกับนักปรัชญาเรเน่ เดส์การ์ตส์ซึ่งเสนอต่อพระราชินีคริสติน่าแห่งสวีเดนว่า ร่างกายมนุษย์สามารถถือได้ว่าเป็นเครื่องจักร พระนางตอบโดยชี้ไปที่นาฬิกาและสั่งว่า "จงดูแลให้มันผลิตลูกหลาน" ^{[ 12 ]}นอกจากนี้ยังมีเรื่องเล่าอื่นๆ อีกหลายเรื่องที่คล้ายคลึงกันซามูเอล บัตเลอร์เสนอในนวนิยายเรื่องErewhon ในปี 1872 ว่าเครื่องจักรนั้นสามารถผลิตสำเนาของตัวเองได้อยู่แล้ว แต่เป็นมนุษย์ที่ทำให้มันทำเช่นนั้น^{[ 13 ]}และเสริมว่า"เครื่องจักรที่ผลิตเครื่องจักรอื่นๆ ไม่ได้ผลิตเครื่องจักรชนิดเดียวกัน " ^{[ 14 ]}ในหนังสือImpressions of Theophrastus Suchของ George Eliot ในปี 1879 ซึ่งเป็นชุดบทความที่เธอเขียนในฐานะนักวิชาการสมมติชื่อ Theophrastus บทความเรื่อง "Shadows of the Coming Race" ได้คาดเดาเกี่ยวกับเครื่องจักรที่สามารถจำลองตัวเองได้ โดย Theophrastus ถามว่า "ฉันจะรู้ได้อย่างไรว่าในที่สุดพวกมันอาจจะไม่ถูกสร้างขึ้นมาเพื่อรองรับ หรืออาจจะไม่พัฒนาเงื่อนไขของการจัดหา การซ่อมแซม และการสืบพันธุ์ด้วยตนเอง" ^{[ 15 ]}

ในปี ค.ศ. 1802 วิลเลียม พาเลย์ได้กำหนดข้อโต้แย้งเชิงเทเลโอโลยี ที่รู้จักกันเป็นครั้งแรก ซึ่งแสดงให้เห็นถึงเครื่องจักรที่ผลิตเครื่องจักรอื่น^{[ 16 ]}โดยเสนอแนะว่าคำถามที่ว่าใครเป็นผู้สร้างนาฬิกาขึ้นมาแต่แรกนั้นจะไม่มีความหมายอีกต่อไป หากมีการพิสูจน์ได้ว่านาฬิกาสามารถผลิตสำเนาของตัวเองได้^{[ 17 ]}การศึกษาทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับเครื่องจักรที่สามารถผลิตซ้ำได้นั้นได้รับการคาดการณ์ไว้โดยจอห์น เบอร์นัลตั้งแต่ปี ค.ศ. 1929 ^{[ 18 ]}และโดยนักคณิตศาสตร์เช่นสตีเฟน คลีนซึ่งเริ่มพัฒนาทฤษฎีการเรียกซ้ำในช่วงทศวรรษ ค.ศ. 1930 ^{[ 19 ]}อย่างไรก็ตาม งานส่วนใหญ่ในช่วงหลังนี้ได้รับแรงบันดาลใจจากความสนใจในการประมวลผลข้อมูลและอัลกอริทึมมากกว่าการนำระบบดังกล่าวไปใช้ในทางกายภาพ ในช่วงทศวรรษ ค.ศ. 1950 มีการเสนอแนะระบบกลไกที่เรียบง่ายขึ้นเรื่อยๆ หลายระบบที่สามารถผลิตซ้ำได้ด้วยตนเอง โดยเฉพาะอย่างยิ่งโดยไลโอเนล เพนโรส^{[ 20 ] [ 21 ]}

ข้อเสนอเชิงแนวคิดโดยละเอียดสำหรับเครื่องจักรที่จำลองตัวเองได้ถูกนำเสนอครั้งแรกโดยนักคณิตศาสตร์John von Neumannในการบรรยายเมื่อปี 1948 และ 1949 เมื่อเขาเสนอ แบบจำลอง จลนศาสตร์ของออโตมาตาที่จำลองตัวเองได้ในฐานะการทดลองทางความคิด^{[ 22 ] [ 23 ]} แนวคิดของ Von Neumann เกี่ยวกับเครื่องจักรที่จำลองตัวเองได้นั้น ได้รับการกล่าวถึงในเชิงนามธรรมเท่านั้น โดยเครื่องจักรสมมุติใช้ "ทะเล" หรือคลังชิ้นส่วนอะไหล่เป็นแหล่งวัตถุดิบ เครื่องจักรมีโปรแกรมที่จัดเก็บไว้ในเทปหน่วยความจำซึ่งสั่งให้ดึงชิ้นส่วนจาก "ทะเล" นี้โดยใช้แขนกล ประกอบชิ้นส่วนเหล่านั้นเป็นสำเนาของตัวเอง จากนั้นถ่ายโอนเนื้อหาของเทปหน่วยความจำไปยังสำเนาใหม่ เครื่องจักรนี้ถูกจินตนาการว่าประกอบด้วยส่วนประกอบที่แตกต่างกันอย่างน้อยแปดประเภท ได้แก่ องค์ประกอบตรรกะสี่ส่วนสำหรับการส่งและรับสิ่งเร้า และองค์ประกอบเชิงกลสี่ส่วนสำหรับการให้การสนับสนุนโครงสร้างและการเคลื่อนที่ แม้ว่าในเชิงคุณภาพจะฟังดูดี แต่เห็นได้ชัดว่าฟอน นอยมันน์ไม่พอใจกับแบบจำลองเครื่องจักรที่จำลองตัวเองได้นี้ เนื่องจากความยากลำบากในการวิเคราะห์ด้วยความแม่นยำทางคณิตศาสตร์ เขาจึงพัฒนาแบบจำลองการจำลองตัวเองที่เป็นนามธรรมยิ่งขึ้นโดยอิงจากออโตมาตาเซลลูลาร์แทน^{[ 24 ]} แนวคิดจลนศาสตร์ดั้งเดิมของเขายังคงคลุมเครือจนกระทั่งได้รับความนิยมใน นิตยสารScientific Americanฉบับปี 1955 ^{[ 25 ]}

เป้าหมายของ Von Neumann สำหรับทฤษฎีออโตมาตาที่สร้างตัวเองได้ตามที่ระบุไว้ในการบรรยายของเขาที่มหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ในปี พ.ศ. 2492 ^{[ 22 ]}คือการออกแบบเครื่องจักรที่มีความซับซ้อนเพิ่มขึ้นโดยอัตโนมัติคล้ายกับสิ่งมีชีวิตทางชีววิทยาภายใต้การคัดเลือกโดยธรรมชาติเขาตั้งคำถามว่าขีดจำกัดของความซับซ้อนที่ต้องข้ามไปเพื่อให้เครื่องจักรสามารถวิวัฒนาการได้ คืออะไร ^{[ 8 ]}คำตอบของเขาคือการออกแบบเครื่องจักรนามธรรมซึ่งเมื่อทำงานแล้วจะจำลองตัวเอง ที่น่าสังเกตคือ การออกแบบของเขาบ่งชี้ว่าวิวัฒนาการแบบเปิดกว้างต้องอาศัยข้อมูลที่สืบทอดมาเพื่อคัดลอกและส่งต่อให้กับลูกหลานแยกต่างหากจากเครื่องจักรที่จำลองตัวเอง ซึ่งเป็นความเข้าใจที่มาก่อนการค้นพบโครงสร้างของโมเลกุล DNA โดยWatsonและCrickและวิธีการที่มันถูกแปลและจำลองแยกต่างหากในเซลล์^{[ 8 ] [ 9 ]}

ในปี พ.ศ. 2499 นักคณิตศาสตร์Edward F. Mooreได้เสนอแนวคิดแรกที่รู้จักกันเกี่ยวกับเครื่องจักรจำลองตัวเองที่ใช้งานได้จริงในโลกแห่งความเป็นจริง ซึ่งตีพิมพ์ในScientific Americanเช่น กัน ^{[ 26 ] [ 27 ]} “พืชมีชีวิตเทียม” ของ Moore ถูกเสนอให้เป็นเครื่องจักรที่สามารถใช้อากาศ น้ำ และดินเป็นแหล่งวัตถุดิบ และดึงพลังงานจากแสงแดดผ่านแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์หรือเครื่องยนต์ไอน้ำเขาเลือกชายฝั่งทะเลเป็นที่อยู่อาศัยเริ่มต้นสำหรับเครื่องจักรดังกล่าว ทำให้เข้าถึงสารเคมีในน้ำทะเลได้ง่าย และแนะนำว่าเครื่องจักรในรุ่นต่อๆ ไปสามารถออกแบบให้ลอยอยู่บนผิวมหาสมุทรได้อย่างอิสระในฐานะเรือบรรทุกโรงงานจำลองตัวเอง หรือวางไว้ในพื้นที่ทะเลทรายที่แห้งแล้งซึ่งไม่มีประโยชน์สำหรับอุตสาหกรรม เครื่องจักรจำลองตัวเองเหล่านี้จะถูก “เก็บเกี่ยว” เพื่อนำชิ้นส่วนไปใช้โดยมนุษยชาติในเครื่องจักรที่ไม่สามารถจำลองตัวเองได้อื่นๆ

การพัฒนาที่สำคัญถัดไปของแนวคิดเครื่องจักรที่จำลองตัวเองได้คือชุดการทดลองทางความคิดที่เสนอโดยนักฟิสิกส์Freeman Dysonในการบรรยาย Vanuxem ปี 1970 ของเขา^{[ 28 ] [ 29 ]}เขาเสนอการประยุกต์ใช้เครื่องจักรจำลองตัวเองขนาดใหญ่สามอย่าง อย่างแรกคือการส่งระบบจำลองตัวเองไปยัง ดวงจันทร์ เอนเซลาดัสของดาวเสาร์ซึ่งนอกจากจะผลิตสำเนาของตัวเองแล้ว ยังจะถูกตั้งโปรแกรมให้ผลิตและปล่อย ยานอวกาศบรรทุกสินค้าที่ขับเคลื่อนด้วยใบเรือพลังงาน แสงอาทิตย์ ยานอวกาศเหล่านี้จะบรรทุกก้อนน้ำแข็งจากเอนเซลาดัสไปยังดาวอังคารซึ่งจะใช้ในการปรับสภาพดาวเคราะห์ให้เหมาะสม กับการ อยู่อาศัย ข้อเสนอที่สองของเขาคือระบบโรงงานพลังงานแสงอาทิตย์ที่ออกแบบมาสำหรับสภาพแวดล้อมทะเลทรายบนโลก และข้อเสนอที่สามคือ "ชุดพัฒนาอุตสาหกรรม" ที่ใช้เครื่องจำลองตัวเองเป็นพื้นฐาน ซึ่งสามารถขายให้กับประเทศกำลังพัฒนาเพื่อให้พวกเขามีศักยภาพทางอุตสาหกรรมมากเท่าที่ต้องการ เมื่อไดสันแก้ไขและพิมพ์บทบรรยายของเขาใหม่ในปี 1979 เขาได้เพิ่มข้อเสนอสำหรับพืชมีชีวิตเทียมแบบลอยน้ำของมัวร์ที่ได้รับการดัดแปลง ซึ่งออกแบบมาเพื่อกลั่นและเก็บน้ำจืดสำหรับมนุษย์ใช้^{[ 30 ]}และ " แอสโทรไก่ "

ในปี พ.ศ. 2523 ด้วยแรงบันดาลใจจาก "การประชุมเชิงปฏิบัติการทิศทางใหม่" ที่จัดขึ้นที่วูดส์โฮลในปี พ.ศ. 2522 นาซาได้ทำการศึกษาร่วมกับASEE ในช่วงฤดูร้อน ภายใต้หัวข้อ " ระบบอัตโนมัติขั้นสูงสำหรับภารกิจอวกาศ"เพื่อจัดทำข้อเสนอโดยละเอียดสำหรับโรงงานที่สามารถจำลองตัวเองได้เพื่อพัฒนา ทรัพยากร บนดวงจันทร์โดยไม่ต้องมีการปล่อยจรวดเพิ่มเติมหรือคนงานในพื้นที่ การศึกษานี้ดำเนินการที่มหาวิทยาลัยซานตาคลาราและดำเนินไปตั้งแต่วันที่ 23 มิถุนายนถึง 29 สิงหาคม โดยรายงานฉบับสุดท้ายได้รับการตีพิมพ์ในปี พ.ศ. 2525 ^{[ 31 ]}ระบบที่เสนอจะสามารถเพิ่มกำลังการผลิตได้แบบทวีคูณ และการออกแบบสามารถปรับเปลี่ยนเพื่อสร้างยานสำรวจที่สามารถจำลองตัวเองได้เพื่อสำรวจกาแล็กซี

แบบร่างอ้างอิงประกอบด้วยรถเข็นไฟฟ้าขนาดเล็กที่ควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ซึ่งวิ่งบนรางภายในโรงงาน เครื่องปูพื้นแบบเคลื่อนที่ที่ใช้กระจกสะท้อนแสงพาราโบลาขนาดใหญ่เพื่อรวมแสงอาทิตย์ไปยังดินบนดวง จันทร์ เพื่อหลอมและเผาให้เป็นพื้นผิวแข็งที่เหมาะสมสำหรับการก่อสร้าง และรถตักดินแบบหุ่นยนต์สำหรับการทำเหมือง แบบเปิด ดินบนดวง จันทร์ดิบจะถูกกลั่นด้วยเทคนิคต่างๆ โดยหลักๆ แล้วคือการชะล้าง ด้วย กรดไฮโดรฟลูออ ริก มีการเสนอให้ใช้รถขนส่งขนาดใหญ่ที่มีแขนกลและเครื่องมือต่างๆ เป็นเครื่องจักรก่อสร้างที่จะประกอบโรงงานใหม่จากชิ้นส่วนและชุดประกอบที่ผลิตโดยบริษัทแม่

พลังงานจะมาจาก "โครง" แผงโซลาร์เซลล์ที่ติดตั้งบนเสา ส่วนเครื่องจักรอื่นๆ จะวางไว้ใต้โครงนั้น

หุ่นยนต์หล่อชิ้นงาน จะใช้เครื่องมือและแม่แบบในการปั้นเพื่อทำแม่พิมพ์ปูนปลาสเตอร์เลือกใช้ปูนปลาสเตอร์เพราะทำแม่พิมพ์ได้ง่าย สามารถสร้างชิ้นส่วนที่มีความแม่นยำและพื้นผิวเรียบเนียน และสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ง่ายโดยใช้เตาอบในการไล่น้ำออก จากนั้นหุ่นยนต์จะทำการหล่อชิ้นส่วนส่วนใหญ่จากหินหลอมเหลวที่ไม่นำไฟฟ้า (เช่น หินบะซอลต์ ) หรือโลหะบริสุทธิ์ นอกจากนี้ยังรวมถึงระบบ ตัดและเชื่อมด้วยเลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์ ด้วย

มีการระบุผู้ผลิตไมโครชิปที่มีแนวคิดซับซ้อนและคาดการณ์ได้ยากกว่าเดิม เพื่อผลิตระบบคอมพิวเตอร์และอิเล็กทรอนิกส์ แต่ผู้ออกแบบยังกล่าวอีกว่า อาจเป็นไปได้ที่จะขนส่งชิปจากโลกราวกับว่าเป็น "วิตามิน"

การศึกษาในปี 2547 ซึ่งได้รับการสนับสนุนจากสถาบันแนวคิดขั้นสูงของ NASA ได้นำแนวคิดนี้ไปต่อยอด^{[ 32 ]}ผู้เชี่ยวชาญบางคนเริ่มพิจารณาเครื่องจักรที่สามารถสร้างตัวเองได้สำหรับ การขุด แร่ จากดาวเคราะห์น้อย

งานศึกษาด้านการออกแบบส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับระบบเคมีที่เรียบง่ายและยืดหยุ่นสำหรับการแปรรูปแร่ และความแตกต่างระหว่างอัตราส่วนของธาตุที่จำเป็นสำหรับเครื่องจำลองแร่ กับอัตราส่วนที่มีอยู่ในดินบนดวง จันทร์ ธาตุที่จำกัดอัตราการเติบโตมากที่สุดคือคลอรีนซึ่งจำเป็นสำหรับการแปรรูปดินบนดวงจันทร์เพื่อผลิตอะลูมิเนียมคลอรีนมีปริมาณน้อยมากในดินบนดวงจันทร์

ในปี 1995 ด้วยแรงบันดาลใจจากข้อเสนอของ Dyson ในปี 1970 เกี่ยวกับการหว่านเครื่องจักรที่จำลองตัวเองได้ลงในทะเลทรายที่ไม่มีผู้คนอาศัยอยู่บนโลกเพื่อการพัฒนาอุตสาหกรรมKlaus Lacknerและ Christopher Wendt ได้พัฒนาโครงร่างที่ละเอียดมากขึ้นสำหรับระบบดังกล่าว^{[ 33 ] [ 34 ] [ 35 ]}พวกเขาเสนอแนวคิดเกี่ยวกับอาณานิคมของหุ่นยนต์เคลื่อนที่ที่ทำงานร่วมกันขนาด 10–30 ซม. ซึ่งวิ่งบนโครงข่ายของรางเซรามิกที่มีกระแสไฟฟ้าล้อมรอบอุปกรณ์การผลิตแบบอยู่กับที่และทุ่งเซลล์แสงอาทิตย์ ข้อเสนอของพวกเขาไม่ได้รวมถึงการวิเคราะห์ความต้องการวัสดุของระบบอย่างครบถ้วน แต่ได้อธิบายวิธีการใหม่ในการสกัดธาตุเคมีที่พบได้ทั่วไป 10 ชนิดในดินชั้นบนของทะเลทราย (Na, Fe, Mg, Si, Ca, Ti, Al, C, O ₂และ H ₂ ) โดยใช้กระบวนการคาร์โบเทอร์มิกที่อุณหภูมิสูง ข้อเสนอนี้ได้รับความนิยมในนิตยสารDiscoverโดยนำเสนออุปกรณ์แยกเกลือออกจากน้ำที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์เพื่อชลประทานทะเลทรายซึ่งเป็นที่ตั้งของระบบ^{[ 36 ]}พวกเขาตั้งชื่อเครื่องจักรของพวกเขาว่า "Auxons" ซึ่งมาจากคำภาษากรีกauxeinซึ่งหมายถึง "เติบโต"

ด้วยเจตนารมณ์ของการศึกษาเรื่อง "ระบบอัตโนมัติขั้นสูงสำหรับภารกิจอวกาศ" ในปี 1980 สถาบันเพื่อแนวคิดขั้นสูงของนาซาจึงเริ่มทำการศึกษาเกี่ยวกับการออกแบบระบบที่สามารถจำลองตัวเองได้หลายโครงการในปี 2002 และ 2003 โดยมีการมอบทุนสนับสนุนในระยะที่ 1 จำนวน 4 โครงการ:

• Hod Lipson ( มหาวิทยาลัยคอร์เนลล์ ) "เครื่องจักรขยายตัวเองอัตโนมัติเพื่อเร่งการสำรวจอวกาศ" ^{[ 37 ]}
• Gregory Chirikjian ( มหาวิทยาลัย Johns Hopkins ) "สถาปัตยกรรมสำหรับโรงงานดวงจันทร์จำลองตัวเองแบบไร้คนควบคุม" ^{[ 38 ]}
• Paul Todd (Space Hardware Optimization Technology Inc.), "Robotic Lunar Ecopoiesis" ^{[ 39 ] [ 40 ]}
• Tihamer Toth-Fejel ( General Dynamics ) "การสร้างแบบจำลองเซลลูลาร์อัตโนมัติแบบจลนศาสตร์: แนวทางสู่การจำลองตัวเอง" ^{[ 41 ] [ 42 ]}การศึกษาสรุปว่าความซับซ้อนของการพัฒนานั้นเท่ากับของ Pentium 4 และส่งเสริมการออกแบบโดยอิงจากเซลลูลาร์อัตโนมัติ

ในปี 2012 นักวิจัยของ NASA ได้แก่Metzger , Muscatello, Mueller และ Mantovani ได้เสนอแนวทางที่เรียกว่า "bootstrapping approach" เพื่อเริ่มต้นโรงงานที่สามารถจำลองตัวเองได้ในอวกาศ^{[ 43 ]}พวกเขาพัฒนาแนวคิดนี้บนพื้นฐานของ เทคโนโลยี การใช้ทรัพยากรในพื้นที่ (ISRU)ที่ NASA ได้พัฒนาขึ้นเพื่อ "ดำรงชีวิตจากพื้นดิน" บนดวงจันทร์หรือดาวอังคาร แบบจำลองของพวกเขาแสดงให้เห็นว่าภายในเวลาเพียง 20 ถึง 40 ปี อุตสาหกรรมนี้สามารถพึ่งพาตนเองได้ จากนั้นจะเติบโตจนมีขนาดใหญ่ ทำให้สามารถสำรวจอวกาศได้มากขึ้น รวมถึงให้ประโยชน์กลับมายังโลกด้วย ในปี 2014 Thomas Kalilจากสำนักงานนโยบายวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ของทำเนียบขาว ได้เผยแพร่บทสัมภาษณ์กับ Metzger เกี่ยวกับการเริ่มต้นอารยธรรมระบบสุริยะผ่านอุตสาหกรรมอวกาศที่สามารถจำลองตัวเองได้ในบล็อกของทำเนียบขาว^{[ 44 ]} Kalil ขอให้สาธารณชนส่งความคิดเห็นเกี่ยวกับวิธีที่ "ฝ่ายบริหาร ภาคเอกชน ผู้ใจบุญ ชุมชนวิจัย และนักเล่าเรื่องสามารถส่งเสริมเป้าหมายเหล่านี้ได้" Kalil เชื่อมโยงแนวคิดนี้กับสิ่งที่Mason Peck อดีตหัวหน้านักเทคโนโลยีของ NASA เรียกว่า "การสำรวจไร้มวล" ซึ่งหมายถึงความสามารถในการสร้างทุกสิ่งในอวกาศโดยไม่จำเป็นต้องส่งขึ้นจากโลก Peck กล่าวว่า "...มวลทั้งหมดที่เราต้องการในการสำรวจระบบสุริยะนั้นมีอยู่ในอวกาศอยู่แล้ว เพียงแต่ว่ามันอยู่ในรูปทรงที่ไม่เหมาะสม" ^{[ 45 ]}ในปี 2016 Metzger ได้โต้แย้งว่าอุตสาหกรรมที่สามารถจำลองตัวเองได้อย่างสมบูรณ์สามารถเริ่มต้นได้ภายในเวลาหลายทศวรรษโดยนักบินอวกาศที่สถานีบนดวงจันทร์ด้วยต้นทุนรวม (สถานีบวกกับการเริ่มต้นอุตสาหกรรม) ประมาณหนึ่งในสามของงบประมาณด้านอวกาศของ ประเทศพันธมิตร สถานีอวกาศนานาชาติและอุตสาหกรรมนี้จะช่วยแก้ปัญหาด้านพลังงานและสิ่งแวดล้อมของโลก นอกเหนือจากการให้การสำรวจไร้มวล^{[ 46 ]}

ในปี 2011 ทีมนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยนิวยอร์กได้สร้างโครงสร้างที่เรียกว่า 'BTX' (bent triple helix) ซึ่งประกอบด้วยโมเลกุลเกลียวคู่ 3 โมเลกุล แต่ละโมเลกุลสร้างจากสาย DNA สั้นๆ โดยถือว่ากลุ่มเกลียวคู่ 3 โมเลกุลแต่ละกลุ่มเป็นรหัสตัวอักษร พวกมันสามารถสร้างโครงสร้างที่จำลองตัวเองได้ (ในทางทฤษฎี) ซึ่งเข้ารหัสข้อมูลจำนวนมาก^{[ 47 ] [ 48 ]}

ในปี พ.ศ. 2544 Jarle Breivik ที่มหาวิทยาลัยออสโลได้สร้างระบบบล็อกตัวสร้างแม่เหล็ก ซึ่งเมื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ จะก่อตัวเป็นพอลิเมอร์ที่จำลองตัวเองได้โดยอัตโนมัติ^{[ 49 ]}

ในปี พ.ศ. 2511 Zellig Harrisเขียนว่า "ภาษาเมตาอยู่ในภาษา" ^{[ 50 ]}ซึ่งแสดงให้เห็นว่าการจำลองตัวเองเป็นส่วนหนึ่งของภาษา ในปี พ.ศ. 2520 Niklaus Wirthได้ทำให้ข้อเสนอนี้เป็นทางการโดยการตีพิมพ์ไวยากรณ์แบบกำหนดบริบทอิสระที่ จำลองตัวเอง ได้^{[ 51 ]}เมื่อเพิ่มความน่าจะเป็นเข้าไปBertrand du Castel ได้ตีพิมพ์ ไวยากรณ์แบบสุ่มที่จำลองตัวเองได้ในปี พ.ศ. 2558 และนำเสนอการแมปไวยากรณ์นั้นไปยังเครือข่ายประสาทจึงนำเสนอแบบจำลองสำหรับวงจรประสาทที่จำลองตัวเองได้^{[ 52 ]}

เมื่อวันที่ 29 พฤศจิกายน 2021 ทีมงานที่สถาบัน Harvard Wyss ได้สร้างหุ่นยนต์ที่มีชีวิตตัวแรกที่สามารถสืบพันธุ์ได้^{[ 53 ]}

แนวคิดเกี่ยวกับยานอวกาศอัตโนมัติที่สามารถสร้างสำเนาของตัวเองได้นั้น ได้รับการเสนอครั้งแรกในเอกสารทางวิทยาศาสตร์ในปี 1974 โดย^Michael A. Arbib [ ^{54 ] [ 55 ]}แต่แนวคิดนี้เคยปรากฏมาก่อนในนิยายวิทยาศาสตร์เช่น นวนิยายเรื่องBerserker ในปี 1967 โดยFred Saberhagenหรือนวนิยายขนาดสั้นไตรภาคเรื่องThe Voyage of the Space Beagle ในปี 1950 โดยAE van Vogtการวิเคราะห์ทางวิศวกรรมเชิงปริมาณครั้งแรกของยานอวกาศที่จำลองตัวเองได้นั้น ได้รับการตีพิมพ์ในปี 1980 โดยRobert Freitas ^{[ 56 ]}ซึ่ง การออกแบบ Project Daedalus ที่ไม่สามารถจำลอง ตัวเองได้ถูกปรับเปลี่ยนให้รวมระบบย่อยทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับการจำลองตัวเอง กลยุทธ์ในการออกแบบคือการใช้ยานสำรวจเพื่อส่งโรงงานผลิต "เมล็ดพันธุ์" ที่มีมวลประมาณ 443 ตันไปยังสถานที่ห่างไกล จากนั้นให้โรงงานผลิตเมล็ดพันธุ์นั้นจำลองตัวเองเป็นจำนวนมาก ณ ที่นั้นเพื่อเพิ่มกำลังการผลิตโดยรวม และใช้โรงงานอุตสาหกรรมอัตโนมัติที่ได้มานั้นในการสร้างยานสำรวจเพิ่มเติม โดยแต่ละยานจะมีโรงงานผลิตเมล็ดพันธุ์เพียงแห่งเดียวอยู่บนยาน

เนื่องจากการใช้ระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรมขยายตัวขึ้นเรื่อยๆ โรงงานบางแห่งจึงเริ่มเข้าใกล้ความสามารถในการพึ่งพาตนเองมากขึ้น ซึ่งบ่งชี้ถึงเครื่องจักรที่สามารถจำลองตัวเองได้^{[ 57 ]}อย่างไรก็ตาม โรงงานดังกล่าวไม่น่าจะบรรลุ "การปิดระบบอย่างสมบูรณ์" ^{[ 58 ]}จนกว่าต้นทุนและความยืดหยุ่นของเครื่องจักรอัตโนมัติจะใกล้เคียงกับแรงงานมนุษย์ และการผลิตชิ้นส่วนอะไหล่และส่วนประกอบอื่นๆ ในท้องถิ่นจะประหยัดกว่าการขนส่งจากที่อื่น ดังที่ซามูเอล บัตเลอร์ได้ชี้ให้เห็นในErewhonการจำลองโรงงานเครื่องมือกลอเนกประสงค์แบบปิดบางส่วนนั้นเป็นไปได้แล้ว เนื่องจากความปลอดภัยเป็นเป้าหมายหลักของการพิจารณากฎหมายทั้งหมดเกี่ยวกับการควบคุมการพัฒนาดังกล่าว ความพยายามในการพัฒนาในอนาคตอาจจำกัดอยู่เฉพาะระบบที่ขาดการควบคุม การปิดระบบด้านสสาร หรือการปิดระบบด้านพลังงาน เครื่องจักรจำลองที่มีความสามารถอย่างเต็มที่นั้นมีประโยชน์มากที่สุดสำหรับการพัฒนาทรัพยากรในสภาพแวดล้อมที่เป็นอันตรายซึ่งระบบขนส่งที่มีอยู่ไม่สามารถเข้าถึงได้ง่าย (เช่นอวกาศ )

เครื่องจำลองเทียมสามารถถือได้ว่าเป็นรูปแบบหนึ่งของสิ่งมีชีวิตเทียมขึ้นอยู่กับการออกแบบ มันอาจอยู่ภายใต้การวิวัฒนาการในช่วงระยะเวลาที่ยาวนาน^{[ 59 ]}อย่างไรก็ตาม ด้วยการแก้ไขข้อผิดพลาด ที่แข็งแกร่ง และความเป็นไปได้ของการแทรกแซงจากภายนอก สถานการณ์ นิยายวิทยาศาสตร์ ทั่วไป ของสิ่งมีชีวิตหุ่นยนต์ที่ควบคุมไม่ได้จะยังคงเป็นไปได้ยากมากในอนาคตอันใกล้^{[ 60 ]}

นักเขียนที่ใช้เครื่องจักรจำลองตัวเองในงานวรรณกรรม ได้แก่Philip K. Dick [ ^{2 ] Arthur} C. Clarke [ ^{2 ] Karel} Čapek : ( RUR : Rossum's Universal Robots (1920)) ^{[ 2 ] [ 1 ]} John Sladek ( The Reproductive System ) ^{[ 2 ]} Samuel Butler ( Erewhon ) ^{[ 2 ]} Dennis E. Taylor ^{[ 61 ]}และEM Forster ( The Machine Stops (1909)) ^{[ 1 ]}

• สิทธิบัตรจำนวนหนึ่งได้รับการอนุมัติสำหรับแนวคิดเครื่องจักรที่จำลองตัวเองได้^{[ 62 ]}สิทธิบัตรสหรัฐอเมริกา 5,659,477 "เครื่องจักรการผลิตพื้นฐานที่จำลองตัวเองได้ (F-Units)" ผู้ประดิษฐ์: Collins; Charles M. (Burke, Va.) (สิงหาคม 1997), สิทธิบัตรสหรัฐอเมริกา 5,764,518 "ระบบเครื่องจักรการผลิตพื้นฐานที่จำลองตัวเองได้" ผู้ประดิษฐ์: Collins; Charles M. (Burke, Va.) (มิถุนายน 1998); และสิทธิบัตร PCT ของ Collins WO 96/20453: ^{[ 63 ]} "วิธีการและระบบสำหรับสถานีการผลิตที่จำลองตัวเองได้" ผู้ประดิษฐ์: Merkle; Ralph C. (Sunnyvale, Calif.), Parker; Eric G. (Wylie, Tex.), Skidmore; George D. (Plano, Tex.) (มกราคม 2003)
• มีการกล่าวถึงเครื่องจำลองขนาดใหญ่โดยย่อในบทที่สี่ของหนังสือEngines of Creationของ K. Eric Drexlerใน ปี 1986 ^{[ 10 ]}
• ในปี พ.ศ. 2538 Nick Szaboได้เสนอความท้าทายในการสร้างเครื่องจำลองขนาดใหญ่จาก ชุดหุ่นยนต์ เลโก้และชิ้นส่วนพื้นฐานที่คล้ายกัน^{[ 64 ]} Szabo เขียนว่าแนวทางนี้ง่ายกว่าข้อเสนอก่อนหน้านี้สำหรับเครื่องจำลองขนาดใหญ่ แต่ทำนายได้อย่างแม่นยำว่าแม้แต่วิธีนี้ก็จะไม่นำไปสู่การสร้างเครื่องจำลองขนาดใหญ่ภายในสิบปี
• ในปี พ.ศ. 2547 Robert FreitasและRalph Merkleได้ตีพิมพ์บทวิจารณ์ที่ครอบคลุมครั้งแรกเกี่ยวกับสาขาการจำลองตัวเอง (ซึ่งเนื้อหาส่วนใหญ่ในบทความนี้ได้มาจาก โดยได้รับอนุญาตจากผู้เขียน) ในหนังสือKinematic Self-Replicating Machines ของพวกเขา ซึ่งรวมถึงเอกสารอ้างอิงมากกว่า 3,000 รายการ^{[ 6 ]}หนังสือเล่มนี้ประกอบด้วยการออกแบบเครื่องประกอบโมเลกุลแบบใหม่^{[ 65 ]}คู่มือเบื้องต้นเกี่ยวกับคณิตศาสตร์ของการจำลอง^{[ 66 ]}และการวิเคราะห์ที่ครอบคลุมครั้งแรกของพื้นที่การออกแบบเครื่องจำลองทั้งหมด^{[ 67 ]}

• โคลวิน, เฟรด เอช. (1947), หกสิบปีกับมนุษย์และเครื่องจักร , นิวยอร์กและลอนดอน: แมคกรอว์-ฮิลล์, LCCN  47003762มีจำหน่ายในรูปแบบพิมพ์ซ้ำจากสำนักพิมพ์ Lindsay Publications ( ISBN) 978-0-917914-86-7(คำนำโดยราล์ฟ แฟลนเดอร์ ส )
• M. Sipper, การวิจัยเกี่ยวกับการจำลองตัวเองตลอดห้าสิบปี: ภาพรวม , Artificial Life, เล่ม 4, ฉบับที่ 3, หน้า 237–257, ฤดูร้อน 1998
• ฟรีแมน ไดสันได้ต่อยอดทฤษฎีออโตมาตาของนอยมันน์ และพัฒนาทฤษฎีที่ได้รับแรงบันดาลใจจากเทคโนโลยีชีวภาพดูAstrochicken
• การศึกษาเชิงเทคนิคด้านการออกแบบครั้งแรกของยานสำรวจอวกาศระหว่างดวงดาวที่สามารถจำลองตัวเองได้นั้น ได้รับการตีพิมพ์ใน บทความ ของโรเบิร์ต ไฟรตัสในปี 1980
• เครื่องจำลองที่มีเสียงดังก็ถูกกล่าวถึงสั้นๆ ในบทที่สี่ของ หนังสือ Engines of CreationของK. Eric Drexler ที่ตี พิมพ์ในปี 1986 ด้วยเช่นกัน
• บทความเกี่ยวกับระบบจำลองเสียงดังที่เสนอให้ใช้ในการพัฒนาทะเลทรายบนโลก ตีพิมพ์ในนิตยสาร Discover ฉบับ เดือนตุลาคม 1995 โดยมีภาพป่าแผงโซลาร์เซลล์ที่ให้พลังงานแก่อุปกรณ์แยกเกลือออกจากน้ำเพื่อใช้ในการชลประทานที่ดิน
• ในปี 1995 นิค ซาโบเสนอความท้าทายในการสร้างเครื่องจำลองขนาดใหญ่จากชุดหุ่นยนต์เลโก้และชิ้นส่วนพื้นฐานที่คล้ายกัน ซาโบเขียนว่าวิธีการนี้ง่ายกว่าข้อเสนอเดิม ๆ สำหรับเครื่องจำลองขนาดใหญ่ แต่เขาก็ทำนายได้อย่างแม่นยำว่าแม้แต่วิธีนี้ก็จะไม่สามารถสร้างเครื่องจำลองขนาดใหญ่ได้ภายในสิบปี
• ในปี 1998 คริส ฟีนิกซ์ได้เสนอแนวคิดทั่วไปเกี่ยวกับเครื่องจำลองขนาดใหญ่ในกลุ่มข่าว sci.nanotech โดยทำงานในสระ น้ำ พลาสติกเหลวที่ผ่านการบ่มด้วยรังสีอัลตราไวโอเลตและทำให้พลาสติกแข็งตัวอย่างเลือกสรรเพื่อสร้างชิ้นส่วนที่เป็นของแข็ง การคำนวณสามารถทำได้โดยใช้ตรรกะของไหลพลังงานสำหรับกระบวนการนี้สามารถจ่ายได้จากแหล่งจ่ายของเหลวที่มีแรงดันสูง
• ในปี 2001 ปีเตอร์ วอร์ดได้กล่าวถึงเครื่องจำลองที่ส่งเสียงดังและหลุดออกมา ซึ่งจะทำลายเผ่าพันธุ์มนุษย์ ในหนังสือFuture Evolution ของ เขา
• ในปี 2004 บริษัท General Dynamics ได้ทำการศึกษาให้กับสถาบัน Institute for Advanced Concepts ของ NASA โดยสรุปว่าความซับซ้อนของการพัฒนานั้นเทียบเท่ากับ Pentium 4 และสนับสนุนการออกแบบโดยใช้หลักการของเซลลูลาร์ออโตมาตา
• ในปี 2004 โรเบิร์ต ไฟรตัส และราล์ฟ เมอร์เคิลได้ตีพิมพ์บทวิจารณ์ที่ครอบคลุมเป็นครั้งแรกในสาขาการจำลองตัวเอง ในหนังสือชื่อKinematic Self-Replicating Machinesซึ่งรวมถึงเอกสารอ้างอิงมากกว่า 3000 รายการ
• ในปี พ.ศ. 2548 Adrian Bowyerจากมหาวิทยาลัย Bathได้เริ่ม โครงการ RepRapเพื่อพัฒนา เครื่อง สร้างต้นแบบอย่างรวดเร็วที่สามารถจำลองตัวเองได้ ทำให้เครื่องดังกล่าวมีราคาถูกพอที่ผู้คนจะซื้อและใช้งานในบ้านได้ โครงการนี้เผยแพร่เนื้อหาภายใต้สัญญาอนุญาตGNU GPL [ 1]