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Motori di Creazione - L'Era Prossima della Nanotecnologia |
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di K. Eric Drexler |
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Parte Seconda: I PROFILI DEL POSSIBILE |
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Capitolo 4: Motori di abbondanza |
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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) |
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- ARISTOTELE |
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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. |
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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. |
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Replicatori Sferraglianti |
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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. |
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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. |
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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. |
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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. |
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Ma come può un sistema simile sostenersi e ripararsi senza intervento umano? |
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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. |
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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. |
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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. |
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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. |
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Replicatori Molecolari |
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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. |
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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. |
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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. |
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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. |
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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. |
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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. |
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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. |
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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. |
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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). |
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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. |
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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. |
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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. |
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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. |
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Molecole e Grattacieli |
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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. |
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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. |
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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). |
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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. |
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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. |
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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. |
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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. |
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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. |
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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. |
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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. |
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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. |
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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. |
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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. |
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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. |
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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. |
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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. |
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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. |
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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. |
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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. |
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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. |
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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. |
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Capitolo 5: Macchine pensanti |
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Il mondo è sulla soglia di una seconda era dei computer. La nuova tecnologia si sta attualmente spostando fuori dai laboratori, trasformando il computer da una macchina di calcolo fantasticamente veloce ad un dispositivo che imita i processi di pensiero umani, e dotando la macchina della capacità di ragionare, formulare giudizi e persino imparare. Questa "intelligenza artificiale" sta già oggi svolgendo dei compiti per i quali un tempo si pensava fosse indispensabile l'intelligenza umana…(1) |
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-BUSINESS WEEK |
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I computer sono usciti dai retrobottega e dai laboratori per aiutarci nella scrittura, nel calcolo e per permetterci di giocare in case ed uffici. Queste macchine svolgono compiti semplici e ripetitivi, ma le macchine che sono ancora dentro i laboratori sanno fare molto di più. I ricercatori che si occupano di Intelligenza Artificiale sono convinti che si possa rendere più intelligenti i computer, e sempre meno persone dissentono su questo. Per comprendere il nostro futuro dobbiamo capire se l'Intelligenza Artificiale è impossibile tanto quanto poter volare fino alla Luna. |
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Le macchine pensanti non hanno bisogno di somigliare agli esseri umani nella forma esteriore, negli scopi perseguiti o nelle capacità mentali. Infatti alcuni sistemi di Intelligenza Artificiale mostreranno ben pochi tratti di capacità intelligenti simili a quelle di un laureato in lettere, assolvendo invece il compito di potenti strumenti e "motori" di progettazione ingegneristica. Ciò nonostante, comprendere come le menti umane evolvano a partire da materia senza mente, ci può chiarire il modo in cui le macchine possano essere "fatte per pensare". La mente, come altre forme di "ordine", evolve attraverso meccanismi di variazione e selezione. |
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Le menti agiscono. Non è necessario abbracciare il "comportamentismo Skinneriano" per vedere l'importanza del comportamento, incluso il comportamento interiore che chiamiamo pensiero. L'RNA che si replica in provetta mostra come l'idea di "scopo" si possa applicare (come una sorta di scorciatoia descrittiva) a molecole assolutamente prive di mente. Esse sono prive di nervi e muscoli, ma si sono evolute per "comportarsi" in modi che favoriscono la loro replicazione. Variazione e selezione hanno modellato i semplici comportamenti di ogni singola molecola, sicché questi comportamenti sono rimasti fissati per l'intera "vita" della molecola stessa. |
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Le molecole individuali di RNA non si adattano, ma i batteri possono farlo. La competizione ha favorito quei batteri che si adattano ai cambiamenti, per esempio tramite aggiustamenti del loro mix di enzimi digestivi in conformità al cibo disponibile. Tuttavia, questi meccanismi di adattamento sono, in egual modo, fissati: le molecole di cibo fanno scattare degli interruttori genetici allo stesso modo in cui l'aria fredda fa scattare un termostato. |
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Alcuni batteri usano anche una primitiva forma di guida per prove ed errori. I batteri di questo tipo tendono a nuotare lungo linee rette e sono altresì dotati di abbastanza "memoria" per poter ricordare se, mentre procedono, le condizioni stanno migliorando o peggiorando. Se avvertono che le condizioni stanno migliorando, continuano ad andare dritti. Se avvertono che le condizioni stanno diventando peggiori, si fermano, ruotano su se stessi, e si rimettono in moto lungo una direzione scelta a caso che generalmente sarà differente dalla precedente. Essi sperimentano direzioni diverse, favorendo quelle buone e scartando quelle cattive. E poiché questo comportamento li porta a vagare verso zone con maggiori concentrazioni di molecole di cibo, essi hanno potuto prosperare. |
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Anche i vermi piatti sono privi di cervelli e tuttavia mostrano delle capacità di genuino apprendimento. In un semplice labirinto a "T", possono imparare a scegliere il percorso corretto. Provano a girare verso sinistra e provano a girare verso destra, e gradualmente selezionano il comportamento o acquisiscono l'abitudine che produce il migliore risultato. Questo è un meccanismo di selezione del comportamento basato sulle sue conseguenze, quello che gli psicologi comportamentisti chiamano "la Legge dell'Effetto". L'evoluzione dei geni delle specie di vermi ha prodotto vermi individuali con comportamento evolvente. |
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Tuttavia i vermi che hanno imparato a percorrere labirinti (e persino i piccioni degli esperimenti di Skinner, i quali imparavano a beccare solo dopo che si fosse manifestato un lampo di luce verde), non mostrano alcun segno della riflessiva intenzionalità che noi associamo alla mente. Gli organismi che si adattano grazie al solo apprendimento per semplice Legge dell'Effetto, imparano soltanto per tentativi ed errori, variando e selezionando il comportamento corrente; essi non pensano né decidono a priori. Tuttavia la selezione naturale ha spesso favorito organismi che potrebbero pensare, e pensare non rappresenta qualcosa di magico. |
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Come fa notare Daniel Dennett (2) della Tufts University, l'evoluzione dei geni può equipaggiare i cervelli animali con modelli interni di come funziona il mondo (qualcosa di simile ai modelli nei sistemi per la progettazione ingegneristica assistita dal computer). Gli animali possono quindi immaginare diverse azioni e conseguenze, evitando azioni che "sembrano" dannose ed eseguendo quelle che "sembrano" sicure e proficue. Confrontando delle idee d'azione con questi modelli interni, essi possono risparmiare lo sforzo e il rischio di sperimentare realmente le azioni nel mondo esterno. |
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Dennett sottolinea inoltre che la Legge dell'Effetto può rimodellare i modelli stessi. Come i geni possono essere predisposti per un comportamento evolvente, così possono essere predisposti per modelli mentali evolventi. Organismi flessibili possono variare i loro modelli e prestare maggiore attenzione alle versioni dei modelli che si dimostrano essere migliori come guide d'azione. Noi tutti conosciamo per esperienza diretta cosa significhi provare a fare delle cose ed imparare così quali siano quelle che funzionano. I modelli non necessitano di essere istintivi; possono evolvere nel corso di una singola vita. |
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Privi di parola come sono, comunque, gli animali raramente trasferiscono agli altri le loro intuizioni apprese. Esse svaniscono assieme al cervello che le ha prodotte per la prima volta, perché i modelli mentali appresi non sono impressi nei geni. Tuttavia, anche animali privi di parola possono imitare qualsiasi altro individuo, dando luogo a memi e culture. Una scimmia femmina in Giappone inventò un modo di usare l'acqua per separare i chicchi di cereali dalla sabbia; altri hanno rapidamente imparato a fare lo stesso. Nelle culture umane, con i loro linguaggi e le loro immagini, i nuovi modelli sul funzionamento del mondo, dotati di valore, possono sopravvivere ai loro creatori e diffondersi in tutto il mondo. |
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Su un livello ancora più alto, una mente (e qui "mente" è usato in un senso più appropriato) può contenere dei principi evolventi per giudicare se le parti di un modello, ossia le idee di una data visione del mondo, sembrino sufficientemente affidabili per guidare l'azione. La mente seleziona così i suoi propri contenuti, ed in questa selezione è inclusa la selezione delle regole per la selezione dei contenuti stessi. Le regole di giudizio che filtrano il contenuto della scienza si evolvono in questo modo. |
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Così come evolvono i comportamenti, i modelli ed i principi per la conoscenza, così possono farlo gli scopi. Quello che porta beneficio, secondo un giudizio dettato da certi principi di base, comincia infine a sembrare buono; diventa di per se stesso uno scopo. L'onestà paga e diventa un valido principio per l'azione. Mano a mano che il pensiero e i modelli mentali guidano l'azione nonché una ulteriore riflessione, adottiamo pensieri chiari e modelli accurati come scopi da perseguire di per se stessi. La curiosità cresce, e con essa un amore per la conoscenza fine a se stessa. In tal modo, l'evoluzione degli scopi porta avanti sia la scienza che le etiche. Come scrisse Charles Darwin, "il più alto stadio possibile nella cultura morale si raggiunge quando riconosciamo che dovremmo controllare i nostri pensieri". Anche questo lo otteniamo per selezione e variazione, concentrandoci su pensieri validi e lasciando che altri scivolino via dalla nostra attenzione. |
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Marvin Minsky, del MIT Artificial Intelligence Laboratory, vede la mente (3) come una sorta di società, un sistema evolvente di agenzie di comunicazione, cooperazione e competizione, ognuna a sua volta composta di agenti più semplici. Egli descrive il pensiero e l'azione in termini di attività di queste agenzie. Alcune agenzie possono fare poco più che guidare una mano affinché afferri una tazza, altre (enormemente più elaborate) guidano il sistema di linguaggio affinché scelga parole adatte alla situazione. Non siamo consapevoli di dirigere le nostre dita a circondare una tazza proprio così. Deleghiamo tali compiti ad agenti competenti e notiamo di rado il loro operato, a meno che non sbaglino qualcosa. Tutti noi avvertiamo impulsi contraddittori e pronunciamo parole senza intenzione; questi sono sintomi di discordia fra gli agenti della mente. La nostra consapevolezza è la parte di questo processo auto-regolato tramite il quale le nostre agenzie di livello più generale gestiscono le restanti. |
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I memi potrebbero essere considerati come agenti della mente che vengono conformati per mezzo di insegnamento ed imitazione. Per avvertire che due idee sono in conflitto, dovete incorporale entrambe nella vostra mente sotto forma di agenti, nonostante una delle due potrebbe essere una idea vecchia, forte e supportata da altri agenti alleati e l'altra invece una fresca idea-agente che potrebbe anche non sopravvivere alla sua prima battaglia. A causa della nostra superficiale auto-consapevolezza, spesso ci domandiamo con meraviglia da dove sia provenuta una idea che è nella nostra testa. Alcune persone immaginano che questi pensieri e queste sensazioni provengano direttamente da agenzie esterne alle proprie menti; e ciò li fa essere propensi a riporre fiducia nei "cacciatori di teste". |
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Nell'antica Roma la gente credeva nei "genii", spiriti benigni e maligni che seguivano una persona dalla culla alla tomba, portandole buona o cattiva sorte. Attribuivano i successi eccezionali ad un particolare "genio". Ed anche ora, coloro che non riescono a vedere come i processi naturali creino delle novità, interpretano il "genio" alla stessa stregua di una forma di magia. Ma di fatto l'evoluzione genetica ha costruito menti capaci di espandere la propria conoscenza tramite modifica degli schemi di idee ed operando una selezione fra tali schemi. Con variazioni rapide e selezioni efficaci, guidate dalla conoscenza presa a prestito dagli altri, perché mai tali menti non dovrebbero mostrare ciò che chiamiamo genio? Guardare all'intelligenza come ad un processo naturale rende meno sorprendente l'idea di macchine intelligenti. E ci suggerisce anche come dovremmo lavorare. |
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L'Intelligenza delle Macchine |
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Una definizione da dizionario per macchina è: "Qualsiasi sistema o dispositivo (4), per esempio un calcolatore elettronico, che esegua, o sia d'aiuto nell'esecuzione di un compito umano". Ma, esattamente, quanti compiti umani saranno in grado di eseguire le macchine? Un tempo il calcolo era una capacità mentale oltre la portata delle macchine, giurisdizione esclusiva dell'intelligenza e dell'educazione. Oggi, nessuno pensa di chiamare "Intelligenza Artificiale" una calcolatrice tascabile; il calcolo appare ora come una "mera" procedura meccanica. |
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Eppure, l'idea di costruire ordinari computer un tempo era scioccante. Nella metà del 1800, tuttavia, Charles Babbage costruì (5) calcolatrici meccaniche e parti di un computer meccanico programmabile; Incorse comunque in difficoltà di finanziamento e di costruzione. Un certo Dr. Young non lo aiutò affatto: obiettò che sarebbe stato più economico investire il denaro ed usare gli interessi che ne sarebbero derivati per pagare delle calcolatrici umane. E non lo aiutò neanche l'astronomo inglese Sir George Airy della British Royal Astronomy ; una annotazione sul suo diario riporta: "Il 15 settembre, Mr. Goulburn [...] ha chiesto la mia opinione sull'utilità della macchina calcolatrice di Babbage […] Ho risposto entrando approfonditamente nei dettagli riguardanti l'argomento, ed esprimendo la mia opinione che essa sia di nessun valore". |
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La macchina di Babbage era troppo avanti rispetto ai suoi tempi, nel senso che per costruirla, i meccanici avrebbero dovuto necessariamente progredire nell'arte di costruire parti di precisione. E, di fatto, essa non avrebbe superato di molto la velocità di calcolo di un umano ben allenato, ma rispetto a questo sarebbe stata più affidabile e più agevolmente migliorabile. |
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La storia dei computer e dell'Intelligenza Artificiale (comunemente denominata IA), assomiglia a quella del volo aereo e spaziale. Fino a tempi recenti alcune persone hanno liquidato entrambe le idee come impossibili, di solito intendendo con questo termine che esse non potevano proprio vedere come fosse possibile realizzarle, o che anche potendo sarebbero rimasti turbati dalla possibilità. E fin ora, l'IA non ha goduto di nessuna dimostrazione semplice e conclusiva, niente di equivalente ad un aereoplano funzionante o ad un atterraggio sulla Luna. Ci vorrà molto, ma la gente finirà per cambiare le sue definizioni di intelligenza. |
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A parte i resoconti della stampa su "cervelli elettronici giganti", poche persone attribuirono intelligenza al primo computer. Infatti, lo stesso nome "computer" (computatore) suggerisce una macchina meramente aritmetica. Tuttavia nel 1956, a Dartmouth, durante la prima conferenza mondiale sulla Intelligenza Artificiale, i ricercatori Alan Newell e Herbert Simon presentarono ufficialmente Logic Theorist, un programma che usava la logica simbolica per dimostrare teoremi. Negli anni successivi i programmi per computer giocarono a scacchi ed aiutarono i chimici a determinare le strutture di molecole. Due programmi medici, CASNET e MYCIN (il primo riguardante la medicina interna, l'altro riguardante la diagnosi e il trattamento delle infezioni), hanno svolto compiti con prestazioni di impressionante livello. Esperimenti di valutazione, condotti in accordo a quanto espresso nell'Handbook of Artificial Intelligence (6) (Manuale di Intelligenza Artificiale), hanno stimato la loro prestazione, nel rispettivo dominio di competenza, di livello equivalente a quella di un umano "esperto" nello stesso dominio. Un programma chiamato PROSPECTOR ha localizzato un giacimento di molibdeno nello stato di Washington, del valore di milioni di dollari. |
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Questi cosiddetti "sistemi esperti" hanno riscosso successo solo all'interno di una area di competenza strettamente limitata, ma avrebbero potuto sbalordire i programmatori di computer dei primi anni '50. Oggi, comunque, poche persone li considerano come espressione di una reale intelligenza artificiale: la IA ha spostato in avanti il suo obiettivo. Il passo tratto da Business Week, in testa al capitolo, mostra solo che ora i computer possono venir programmati con sufficiente "conoscenza" annessa, ed eseguire trucchi sufficientemente fantasiosi da far si che la gente trovi comodo chiamarli "intelligenti". Anni di visioni di telefilm popolati da robot e computer parlanti hanno almeno reso più familiare l'idea della IA. |
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La principale ragione per dichiarare impossibile la IA è sempre stata la nozione che le macchine siano intrinsecamente stupide, una idea che adesso comincia a sbiadire. La macchine del passato erano infatti cose grossolane ed ingombranti che svolgevano un lavoro di semplice forza bruta. Ma i computer manipolano informazione, seguono complesse istruzioni e possono essere istruite perché modifichino le proprie istruzioni. Possono sperimentare ed imparare. Non contengono ingranaggi o lubrificanti ma intrecci di cablaggi ed evanescenti schemi di energia elettrica. Come esorta Douglas Hofstadter (7) (per mezzo di un suo personaggio in un dialogo riguardante la IA): "Perché non lasciare che la parola 'macchina' evochi immagini di schemi di luci danzanti piuttosto che di gigantesche pale mosse dal vapore?". |
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I critici da cocktail-party, messi a confronto con l'idea dell'intelligenza artificiale, spesso additano la stupidità dei computer attuali come se questo provasse qualcosa riguardo a quelli futuri (una macchina futura potrebbe domandarsi se questi critici manifestino pensiero genuino). Le loro obiezioni sono irrilevanti; le locomotive a vapore non volavano, e tuttavia dimostravano i principi meccanici successivamente utilizzati nei motori aerei. Analogamente, i vermi striscianti di un eone fa non mostravano nessuna evidente intelligenza, e nondimeno i nostri cervelli utilizzano neuroni molto simili ai loro. |
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I critici improvvisati evitano anche di riflettere seriamente sull'IA, dichiarando che non può essere possibile costruire macchine più intelligenti di noi stessi. Essi dimenticano ciò che mostra la storia. I nostri distanti antenati privi di parola, attraverso l'evoluzione genetica riuscirono ad originare entità di intelligenza più grande della loro, senza neanche pensarci su. Ma noi ci stiamo realmente pensando su, ed i memi riguardanti la tecnologia evolvono ben più rapidamente dei geni in biologia. Possiamo sicuramente realizzare macchine dotate di capacità di apprendere e di organizzare conoscenza più simili a quelle umane (8). |
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Quindi sembra esserci solo una idea che possa essere argomento di sostegno all'impossibilità di creare danzanti schemi di pensiero in nuove forme materiali. Questa idea è quella del materialismo mentale, ossia il concetto che la mente sia una sostanza speciale, una magica "roba-pensante", che è oltre ogni possibilità di imitazione, duplicazione o impiego tecnologico. |
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Gli psicobiologi non vedono alcun indizio dell'esistenza di una tale sostanza, e non trovano affatto necessario il materialismo mentale per spiegare la mente. Poiché la piena padronanza della complessità del cervello è oltre la capacità di comprensione umana, il cervello appare complesso quanto basta per incarnare una mente. In realtà, se una singola persona potesse pienamente comprendere un cervello, ciò richiederebbe a quel cervello una complessità mentale inferiore a quella della mente della persona che riesce a comprenderlo. Se tutti i miliardi di persone della Terra potessero collaborare alla semplice osservazione dell'attività di un singolo cervello umano, ogni persona avrebbe da monitorare simultaneamente decine di migliaia di sinapsi attive, il che è chiaramente un compito impossibile. Per una singola persona provare a comprendere globalmente i guizzanti schemi del cervello sarebbe una pretesa cinque miliardi di volte più assurda. Poiché la nostra meccanica cerebrale sovrasta in modo così massiccio la nostra capacità mentale di comprenderla a fondo, questa meccanica sembra complessa a sufficienza per incarnare la mente stessa. |
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L'Obiettivo di Turing |
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In un saggio scientifico del 1950 sull'intelligenza delle macchine, il matematico inglese Alan Turing scrisse: "Io credo che entro la fine del secolo l'uso delle parole e l'opinione comune della gente colta saranno mutate a tal punto che si potrà parlare di macchine pensanti senza temere di venir contraddetti (9)". Questo, però, dipenderà da quello che noi intenderemo parlando di pensiero. Alcuni dicono che solo le persone possono pensare, e che i computer non possono essere persone; dopo averlo detto, costoro tornano a sedersi con evidente aria compiaciuta. |
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Ma nel suo articolo, Turing si domandava come giudichiamo l'intelligenza umana, e suggeriva che di solito giudichiamo la gente dalla qualità della loro conversazione. Propose quindi quello che chiamò "gioco di imitazione", e che oggi tutti chiamano "Test di Turing". Immaginate di essere in una stanza, e che siate in grado comunicare tramite un terminale con una persona e con un computer che si trovano in altre due stanze. Digitate un messaggio sul terminale; sia la persona che il computer possono rispondervi. Ognuno prova ad agire secondo una apparenza umana ed intelligente. Dopo una prolungata "conversazione" tramite tastiera che eventualmente tocchi temi letterari ed artistici, ma riguardante anche cose come il tempo metereologico del momento o il sapore che ha la bocca al mattino, potrebbe accadere di non poter ancora indicare quale sia la persona e quale la macchina. Turing suggerisce che se una macchina potesse conversare così bene e su base regolare, dovremmo considerarla genuinamente intelligente. Inoltre dovremmo ammettere che essa conosce molte cose riguardo gli esseri umani. |
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Per la maggior parte degli scopi pratici non abbiamo bisogno di chiederci: "Una macchina possiede auto-consapevolezza? Ossia, ha coscienza?". Infatti, i critici che dichiarano che una macchina non può essere cosciente non sembrano mai capaci di spiegare del tutto cosa intendano col termine "coscienza". L'auto-consapevolezza si è evoluta per guidare pensiero ed azione, non come puro ornamento della nostra umanità. Dobbiamo essere consapevoli delle altre persone e delle loro capacità ed inclinazioni, per essere in grado di concepire dei piani che le coinvolgano. Analogamente dobbiamo essere consapevoli di noi stessi e delle nostre capacità ed inclinazioni, per concepire dei piani che ci riguardino. Non c'è alcun mistero speciale nella auto-consapevolezza. Ciò che chiamiamo il "se" reagisce a impressioni provenienti dal resto della nostra mente, orchestrando alcune delle sue attività. Questo ne fa non più (e non meno) che una parte speciale degli schemi di pensiero in reciproca interazione. L'idea che il "se" sia uno schema in una sostanza mentale extra (distinta dalla sostanza mentale del cervello) non spiegherebbe nulla riguardo alla consapevolezza. |
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Una macchina che cerchi di passare il Test di Turing dovrebbe, ovviamente, dichiarare di possedere auto-consapevolezza. Gli estremisti del bio-sciovinismo direbbero semplicemente che sta mentendo oppure che è confusa. A condizione che si rifiutino di spiegare cosa intendano con "coscienza" non si può mai provare che sbaglino. Tuttavia, possano o meno essere considerate intelligenti, le macchine intelligenti agiranno intelligentemente, e sono solo le loro azioni che ci interessano. Un giorno, forse, esse obbligheranno i biosciovinisti ad un vergognoso silenzio per mezzo di appassionate discussioni, e con l'ausilio di una brillante campagna di pubbliche relazioni. |
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Nessuna macchina può attualmente superare il Test di Turing, ed è tutt'altro che probabile che qualcuna possa riuscirci presto. Sembra saggio domandarsi persino se ci sia una buona ragione per provarci: è possibile guadagnare molto di più da altre ricerche sulla IA, ricerche che sono guidate da altri obiettivi. |
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Permettiamoci di fare distinzione fra due specie di intelligenza artificiale, sebbene un sistema dovrebbe mostrare entrambi i tipi (10). Il primo tipo è la IA tecnica, adatta a trattare con il mondo fisico. Gli sforzi in questo campo conducono verso l'ingegneria automatizzata e l'ausilio computerizzato all'investigazione scientifica. La seconda è la IA sociale (11), idonea a trattare con le menti umane. Gli sforzi in questo campo conducono verso macchine capaci di superare il Test di Turing. |
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I ricercatori che lavorano su sistemi IA di tipo "sociale", strada facendo impareranno molto sulla mente umana, ed i loro sistemi saranno indubbiamente di grande valore pratico poiché tutti possiamo trarre profitto da aiuti e consigli intelligenti. Ma l'ingegneria automatizzata basata sulla IA "tecnica" avrà un impatto ben più grande sulla corsa tecnologica, inclusa la corsa verso la tecnologia molecolare. Ed un sistema avanzato di ingegneria automatizzata potrebbe essere di più facile sviluppo rispetto ad un sistema che superi il Test di Turing, il quale dovrebbe infatti non solo possedere conoscenza ed intelligenza ma anche essere in grado di mimare una umana conoscenza ed una umana intelligenza: una sfida supplementare e più difficile. |
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Come Turing si domandò: "Le macchine non potrebbero attuare qualcosa che dovrebbe essere descritta come pensiero ma che è molto dissimile da ciò che fa un umano?(12)". Nonostante alcuni scrittori e politici possano rifiutarsi di riconoscere la possibilità di una macchina intelligente fino a quando non si trovino a confrontarsi con una macchina da conversazione in grado di superare il Test di Turing, molti ingegneri riconoscono l'esistenza di intelligenza anche in altre forme. |
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Motori di Progettazione |
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Ci siamo incamminati sulla strada che porta verso l'ingegneria automatizzata. Ingegneri competenti hanno commercializzato sistemi esperti che aiutano la gente a trattare problemi pratici. I programmatori hanno creato sistemi di progettazione assistita dal computer che incorporano le conoscenze riguardanti forme e moti, pressioni e sforzi, circuiti elettrici, flussi di calore, e modi in cui gli utensili modellano i metalli. I progettisti impiegano questi sistemi per arricchire i loro modelli mentali, accelerando l'evoluzione dei progetti di oggetti ancora non costruiti. Assieme, progettisti e computer, formano un unico, semiartificiale, sistema intelligente. |
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Gli ingegneri possono usare una grande varietà di sistemi computerizzati come ausilio al loro lavoro. Ad un estremo dello spettro, essi usano i monitor dei computer semplicemente come tavoletta da disegno. Più oltre in questo spettro, utilizzano sistemi in grado di descrivere in tre dimensioni le parti componenti il progetto, e capaci di calcolare le loro risposte al calore, alla trazione, alla corrente elettrica, e così via. Alcuni sistemi, conosciuti anche come computer-controlled manufactuting equipment (apparecchiature per la fabbricazione controllata da computer), permettono agli ingegneri di effettuare dei test simulati delle istruzioni che sono destinate a guidare macchine controllate da computer per fabbricare componenti reali. Ma il vero limite estremo dello spettro di questi sistemi coinvolge l'utilizzo dei computer non solo come strumenti per memorizzare e collaudare i progetti, ma persino per generarli. |
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I programmatori hanno sviluppato i loro strumenti più impressionanti per utilizzi interni allo stesso mercato dei computer. Il software per la progettazione di chip ne è un esempio. Gli attuali chip dei circuiti integrati contengono molte migliaia di transistor e cablaggi. Un tempo i progettisti dovevano lavorare molti mesi per progettare un circuito che svolgesse un determinato compito, e per decidere la disposizione sulla superficie di un chip delle sue molte parti costituenti. Oggi, spesso, possono delegare questo compito ad un cosiddetto "compilatore del silicio". Stabilite le specifiche funzionali di un chip, questo sistema software può creare, con poco o nessun aiuto umano, un progetto dettagliato e pronto per la fabbricazione. |
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Tutti questi sistemi si affidano interamente alla conoscenza umana, laboriosamente collezionata e codificata. Il più flessibile degli odierni sistemi di progettazione automatica può gingillarsi con un determinato progetto alla ricerca di miglioramenti, ma non impara nulla che sia applicabile all'esame del progetto successivo. Ma EURISKO è diverso. Sviluppato dal Professor Douglas Lenat ed altri presso la Stanford University(13), EURISKO è progettato per esplorare nuove aree di conoscenza. È guidato dalle euristiche, frammenti di conoscenza che suggeriscono azioni plausibili da seguire o azioni implausibili da evitare. Di fatto, le euristiche sono una sorta di insieme di "regole del pollice". EURISKO utilizza delle euristiche per suggerire temi sui quali lavorare, ed euristiche ulteriori per suggerire quale approccio tentare e come giudicare i risultati. Altre euristiche cercano la presenza di schemi nei risultati ottenuti, propongono nuove euristiche, e stimano dei valori da associare sia alle nuove che alle vecchie euristiche. In questo modo, EURISKO evolve comportamenti migliori, migliori modelli interni e migliori regole per la selezione fra i modelli interni. Lenat stesso descrive il processo di variazione e selezione di euristiche e concetti in termini di "mutazione" e "selezione", e suggerisce una metafora sociale e culturale per comprendere la loro interazione. |
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Poiché in EURISKO le euristiche evolvono e competono, è lecito attendersi l'insorgere di parassiti, che infatti compaiono in quantità. Una euristica generata dalla macchina, per esempio, ha raggiunto la più alta stima di valore consentita ad una euristica dichiarando di essere stata co-scopritrice di ogni nuova congettura dimostratasi valida. Ma il professor Lenat ha lavorato attentamente su EURISKO, bonificando il suo sistema immunitario mentale grazie all'introduzione di euristiche atte a sfrondare i parassiti ed evitare linee di ragionamento stupide. |
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EURISKO è stato impiegato per esplorare la matematica elementare, la programmazione, l'evoluzione biologica, le strategie dei giochi, la progettazione di circuiti integrati tridimensionali, i metodi per bonificare una dispersione di petrolio, problemi riguardanti condotte idrauliche e (naturalmente) per esplorare le euristiche stesse. In alcuni campi ha sbalordito i suoi progettisti con idee inedite, inclusi nuovi dispositivi elettronici per le emergenti tecnologie dei circuiti integrati tridimensionali. |
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I risultati raggiunti in un torneo illustrano la potenza di una squadra mista uomo/IA. Traveller TCS (14) è un gioco di guerra navale futuristica basato su duecento pagine di regole che specificano i vincoli di costo, progetto e prestazioni per le flotte del gioco (TCS sta per Trillion Credit Squadron - Lo Squadrone da Mille Miliardi di Crediti). Il professor Lenat ha fornito EURISKO di queste regole, nonché di un insieme di euristiche iniziali e di un programma per simulare una battaglia fra due flotte. Lenat ha scritto in una relazione che "il programma ha progettato una flotta dopo l'altra, usando il simulatore come meccanismo di 'selezione naturale' per evolvere progetti di flotta sempre migliori". Il programma elaborò per tutta la notte, progettando flotte, mettendole alla prova e traendo insegnamenti dai risultati. Al mattino Lenat fece una selezione dei progetti e aiutò il programma a proseguire. Egli stima il merito dei risultati come suo al 60 per cento e di EURISKO al 40 per cento. |
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Lenat e EURISKO si iscrissero al torneo nazionale di Traveller TCS del 1981 con una flotta dall'aspetto insolito. Gli altri concorrenti risero di questa flotta e quindi persero contro di essa. La flotta della coppia Lenat/EURISKO vinse ogni girone, emergendo come campione nazionale. Come riportato da Lenat, "Questa vittoria è resa più significativa dal fatto che nessuna delle persone associate alla realizzazione del programma avesse mai giocato a questo gioco prima del torneo, e neanche veduto qualcuno giocarvi, ne c'era stata qualche partita di allenamento". |
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Nel 1982 i promotori della competizione modificarono le regole. Lenat ed EURISKO si iscrissero con una flotta molto differente. Altri concorrenti, ancora una volta, risero di essa e quindi persero. Lenat ed EURISKO vinsero nuovamente il campionato nazionale. |
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Nel 1983 i promotori della competizione dissero a Lenat che se si fosse iscritto, vincendo ancora, la competizione sarebbe stata cancellata. Lenat si rassegnò a rinunciare. |
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EURISKO ed altri programmi di IA dimostrano che i computer, non devono necessariamente essere limitati a lavori noiosi e ripetitivi, se sono provvisti del giusto tipo di programmazione. Essi possono esplorare possibilità e sfoderare idee inedite che sorprendono i loro stessi creatori. EURISKO ha delle pecche (15), tuttavia evidenzia il modo in cui un certo stile di alleanza fra un sistema IA e un esperto umano possa apportare conoscenza e creatività ad un processo di progettazione. |
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Nei prossimi anni sistemi come questi trasformeranno l'ingegneria. I progettisti lavoreranno in una alleanza creativa con le loro macchine, utilizzando il software derivato dagli attuali sistemi CAD (sistemi di progettazione assistita dal computer) per eseguire simulazioni, ed utilizzando sistemi evolventi in stile "EURISKO" per suggerire le soluzioni progettuali da simulare. I progettisti si metteranno a sedere di fronte ad uno schermo per digitare gli obiettivi del processo di progettazione e per disegnare bozze di proposte progettuali. Il sistema risponderà raffinando i progetti, collaudandoli, e visualizzando proposte alternative, il tutto corredato da spiegazioni, grafici e diagrammi. Gli ingegneri proporranno quindi ulteriori suggerimenti e modifiche, o sottoporranno alla macchina un nuovo compito, fino a che un intero sistema di hardware sia stato progettato e simulato. |
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Mano a mano che miglioreranno, questi sistemi di ingegneria automatizzata svolgeranno sempre più lavoro, e sempre più rapidamente. Sempre più spesso, gli ingegneri si limiteranno semplicemente a proporre gli obiettivi del progetto e a mettere ordine fra le buone soluzioni proposte dalla macchina. Sempre meno spesso, gli ingegneri dovranno occuparsi di selezionare componenti, materiali e configurazioni progettuali. Gradualmente, gli ingegneri saranno capaci di proporre obiettivi progettuali più generali e attendere che delle buone soluzioni appaiano automaticamente. Proprio come il programma EURISKO col suo simulatore di gioco per Traveller TCS elaborò l'evoluzione di flotte, un giorno i sistemi di ingegneria automatizzata lavoreranno costantemente ad evolvere aerei-jet di linea caratterizzati da massima sicurezza e massima economicità, oppure ad evolvere jet militari capaci di avere un controllo dei cieli migliore di quello attuale. |
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Proprio come EURISKO ha inventato nuovi dispositivi elettronici, i futuri sistemi di ingegneria automatizzata inventeranno macchine e dispositivi elettronici molecolari, aiutati da software per la simulazione molecolare. Questi progressi dell'ingegneria automatizzata esalteranno il fenomeno di progettazione anticipata descritto precedentemente. Sicché, l'ingegneria automatizzata non solo accelererà l'arrivo del passo avanti tecnologico degli assemblatori ma accrescerà anche l'entità del balzo in avanti che ne conseguirà. |
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Alla fine i sistemi software saranno capaci di creare nuovi e audaci progetti senza alcun aiuto umano. La maggioranza della gente potrà allora attribuire intelligenza a questi sistemi? Non è affatto questo il punto. |
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La Corsa IA |
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In tutto il mondo, aziende e governi supportano l'IA perché promette vantaggi militari e commerciali. Gli Stati Uniti hanno molti laboratori universitari dedicati all'intelligenza artificiale nonché una schiera di nuove compagnie commerciali con nomi come Machine Intelligence Corporation, Thinking Machines Corporation, Teknowledge, e Cognitive Systems Incorporated. Nell'ottobre 1981 (16), il ministro Giapponese per il Commercio e l'Industria annunciò un programma quinquennale, finanziato con 850 milioni di dollari, per lo sviluppo di hardware e software di IA. Con tale programma, i ricercatori giapponesi prevedono di sviluppare sistemi capaci di eseguire un miliardo di operazioni di "inferenza logica" al secondo. Nel 1984 (16) la Moscow Academy of Science annunciò un analogo sforzo quinquennale da 100 milioni di dollari. Nell'ottobre del 1983 lo U.S. Department of Defense annunciò un programma quinquennale da 600 milioni di dollari denominato Strategic Computing Program; quest'ultimo mira alla ricerca di macchine in grado di vedere, ragionare, comprendere il linguaggio parlato, e fornire aiuto per il comando di battaglie. Come riportato da Paul Wallich nella rivista IEEE Spectrum(17), "L'intelligenza artificiale è considerata dai più come la pietra angolare della prossima generazione di tecnologia dei computer; tutti gli sforzi compiuti in questo ambito tecnologico, in paesi diversi, concordano nel dare all'intelligenza artificiale una posizione prioritaria nella loro lista di obiettivi". |
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L'intelligenza artificiale avanzata emergerà passo dopo passo, ed ogni passo frutterà un utile di conoscenze e abilità acquisite. Come con la tecnologia molecolare (e con molte altre tecnologie), i tentativi di arrestarne i progressi in una città, una contea o nazione, potranno al massimo ottenere che altri ne assumano la guida. Un miracoloso successo nell'ostacolare dovunque i lavori visibili sull'IA, nella migliore delle ipotesi riuscirebbe solo a rallentarla e, man mano che i computer diverranno sempre più economici, la lascerebbero a maturare in condizioni di segretezza, oltre la portata del pubblico scrutinio. Solo uno stato mondiale di potere immenso e di immensa stabilità potrebbe realmente fermare ogni ricerca IA dovunque e per sempre: una "soluzione" di raccapricciante pericolosità, alla luce dei passati abusi del puro potere di una nazione. L'IA avanzata sembra inevitabile. Se vogliamo sperare di formarci una realistica visione del futuro, non possiamo ignorarla. |
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In un certo senso, l'intelligenza artificiale sarà lo strumento definitivo perché ci aiuterà a costruire tutti gli altri possibili strumenti. I sistemi avanzati di IA potrebbero costringere la gente a sparire dall'esistenza, o potrebbero aiutarci a costruire un mondo nuovo e migliore. Gli aggressori potrebbero usarli per conquistare, mentre previdenti difensori potrebbero usarli come stabilizzatori di pace. I sistemi IA avanzati potrebbero persino aiutarci a tenere sotto controllo la stessa IA. La mano che dondola la culla IA potrebbe ben governare il mondo. |
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Come con gli assemblatori, abbiamo bisogno di previdenti ed accurate strategie per l'utilizzo sicuro e benigno di queste nuove tecnologie. Le questioni sono complesse ed intrecciate con ogni altra cosa fra quelle che ricadono in un ambito che va dai dettagli della tecnologia molecolare, all'occupazione lavorativa e l'economia, per arrivare fino alle basi filosofiche che riguardano i diritti umani. Le questioni più basilari, tuttavia, riguardano quello che l'intelligenza Artificiale può fare. |
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Siamo Abbastanza Svegli? |
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A dispetto dell'esempio dato dall'evoluzione degli esseri umani, i critici potrebbero sostenere che la nostra intelligenza limitata potrebbe in qualche modo impedirci di programmare macchine genuinamente intelligenti. Questo argomento appare debole, equivalente a poco più dell'affermare che, dato che i critici sono incapaci di vedere come si possa riuscire a fare una cosa del genere, nessun altro riuscirebbe a far meglio di loro. Inoltre, qualcun altro potrebbe invece obiettare che programmare computer dalle capacità che eguaglino quelle umane, richiederebbe una percezione radicalmente nuova della psicologia umana (18). Nonostante sembri che la strada della programmazione di intelligenza artificiale sia stata già proficuamente intrapresa, la nostra conoscenza non giustifica quella sorta di solida confidenza che ingegneri ponderati nutrivano (decadi prima dello Sputnik) nella capacità di raggiungere la Luna con razzi, o che hanno oggi nella capacità di realizzare la costruzione di assemblatori per mezzo della progettazione di proteine. Nonostante sia una forma di ingegneria, la programmazione di una intelligenza artificiale genuina, richiede una nuova scienza. Questo la colloca oltre la capacità di delineare una decisa proiezione. |
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Abbiamo tuttavia bisogno di una previsione accurata. La gente che aderisce a confortanti dubbi sulla realizzabilità dell'IA sembra probabilmente soffrire di raffigurazioni del futuro radicalmente sbagliate. Fortunatamente l'ingegneria automatizzata si sottrae ad alcuni dei più pesanti fra i fardelli dovuti a pregiudizi sciovinisti. La maggior parte della gente è meno turbata dall'idea di macchine che progettino altre macchine di quanto lo sia dall'idea di un autentico sistema IA a scopo generale. D'altra parte, l'ingegneria automatizzata ha dimostrato di funzionare, e resta da compiere solo lo sforzo per un suo ampliamento. Se è quindi probabile che emergano sistemi di scopo più generale, sarebbe stupido ometterli dai nostri calcoli. C'è un modo per scavalcare la questione della nostra capacità di progettare programmi intelligenti? |
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Negli anni '50, molti ricercatori IA si dedicarono a simulare funzioni cerebrali per mezzo della simulazione di neuroni. Ma i ricercatori che lavoravano invece a programmi basati su parole e simboli riuscirono a collezionare progressi con una rapidità maggiore, ed il punto focale dell'attenzione dedicata ai lavori di IA si spostò di conseguenza. Ciò nonostante, l'idea base della simulazione neurale rimane plausibile, e la tecnologia molecolare la renderà più pratica da perseguire. In più, questo approccio sembra garantire di poter funzionare, in quanto non richiede alcuna nuova percezione di base sulla natura del pensiero. |
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Alla fine, i neurobiologi utilizzeranno macchine molecolari delle dimensioni di virus (19) per studiare, dove necessario, sia la struttura che le funzioni del cervello, cellula dopo cellula e molecola dopo molecola. Nonostante i ricercatori IA possano accumulare utili percezioni riguardanti l'organizzazione del pensiero grazie ai progressi ottenuti dalle scienze del cervello, la simulazione neurale può comunque raggiungere il successo pur facendo a meno di queste percezioni. I compilatori traducono programmi per computer da un linguaggio ad un altro senza capirne il loro funzionamento. Le fotocopiatrici trasferiscono schemi di parole senza leggerle. Analogamente, i ricercatori saranno capaci di copiare gli schemi neurali del cervello su un altro mezzo, senza comprendere la loro organizzazione di più alto livello. |
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Dopo aver appreso il funzionamento dei neuroni, gli ingegneri saranno in grado di progettare e costruire dispositivi loro analoghi (20) e basati su nanoelettronica e nanomacchine avanzate. Questi dispositivi interagiranno fra loro come fanno i neuroni, ma lavorando ben più velocemente. I neuroni, sebbene complessi, funzionano in modo abbastanza semplice da poter essere compresi da una mente ed imitati da un ingegnere. Infatti, i neurobiologi hanno imparato molto sulla struttura e funzione dei neuroni, persino senza alcuna macchina di scala molecolare per sondare il loro il funzionamento. |
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Con questa conoscenza, gli ingegneri saranno in grado di costruire sistemi IA veloci e capaci, anche senza comprendere il cervello ed in assenza di una programmazione "intelligente". Quello di cui hanno bisogno gli ingegneri è soltanto studiare la struttura neurale del cervello e connettere neuroni artificiali per formare gli stessi schemi funzionali. Se realizzeranno tutte le parti in modo corretto, incluso lo schema secondo cui queste parti sono disposte in un reticolo per formarne il totale, allora anche il "totale" sarà corretto. L'attività "neurale" scorrerà secondo gli schemi che noi chiamiamo pensiero, ma lo farà più velocemente, perché tutte le parti lavoreranno più velocemente. |
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Accelerando la Corsa Tecnologica |
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I sistemi avanzati di IA sembrano possibili ed inevitabili, ma quali saranno i loro effetti? Nessuno può rispondere appieno a questa domanda, ma almeno uno degli effetti dell'ingegneria automatizzata è chiaro: accelererà i nostri progressi verso i limiti del possibile. |
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Per comprendere le nostre prospettive, abbiamo bisogno di farci qualche idea su quanto velocemente i sistemi avanzati di IA potranno pensare. I computer attuali possiedono solo una minuscola frazione della complessità di un cervello, eppure possono già eseguire programmi in grado di imitare aspetti significativi del comportamento umano. Tuttavia, essi differiscono totalmente dal cervello per quel che riguarda il loro stile operativo di base, ed è quindi inutile fare una comparazione fisica così diretta. Il cervello fa un numero immenso di cose in simultanea, sebbene faccia ogni cosa con una certa lentezza; la maggior parte degli attuali computer fa solo una cosa per volta ma con abbagliante velocità. |
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Tuttavia, si potrebbe immaginare dell'hardware IA costruito per imitare un cervello non solo nelle funzionalità ma anche nella struttura. Tale struttura potrebbe scaturire da un approccio di simulazione neurale, o dall'evoluzione di programmi IA realizzati in modo da essere eseguiti su un hardware con uno stile di organizzazione simile a quello del cervello. Ad ogni modo, possiamo usare delle analogie con il cervello umano per stimare una velocità minima per i sistemi avanzati IA costruiti da assemblatori. |
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Le sinapsi neurali rispondono ai segnali in tempi di millesimi di secondo, mentre alcuni prototipi sperimentali di commutatori elettronici (21) rispondono ai segnali un centinaio di milioni di volte più velocemente (e commutatori realizzati in nanoelettronica sarebbero ancora più veloci). I segnali neurali viaggiano con velocità inferiori a cento metri per secondo. I segnali elettronici viaggiano un milione di volte più velocemente. Questa brutale comparazione delle velocità suggerisce che dispositivi elettronici "simili" al cervello lavorerebbero circa un milione di volte più velocemente rispetto a cervelli composti da neuroni (a ritmi limitati solo dalla velocità dei segnali elettronici). |
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Questa stima è rozza, naturalmente. Una sinapsi neurale è molto più complessa di un commutatore elettronico; essa può modificare la sua risposta ai segnali per mezzo della modifica della sua struttura. Nel tempo, le sinapsi possono sia formarsi che sparire. Le trasformazioni che avvengono nelle fibre e nelle connessioni del cervello sono proprio associate ai cambiamenti sul lungo termine che chiamiamo "apprendimento". Queste trasformazioni hanno spinto il professor Robert Jastrow (21) di Dartmouth a descrivere il cervello come un tappeto magico, che tesse e ritesse i suoi schemi neurali durante tutta la sua vita. |
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Per immaginare un dispositivo simile al cervello e con una flessibilità dello stesso grado, immaginiamo che i suoi circuiti elettronici siano circondati da nanocomputer meccanici ed assemblatori, quindi un sistema con un nanocomputer associato ad ognuno dei commutatori elettronici che, nel circuito, rappresentano gli equivalenti delle sinapsi. Proprio come il macchinario molecolare di una sinapsi risponde a schemi di attività neurale tramite la modifica della struttura della sinapsi, così il nanocomputer risponderà agli schemi di attività guidando il nanomacchinario affinché trasformi la struttura del commutatore. Con la corretta programmazione, e con la possibilità di uno scambio di comunicazioni fra i nanocomputer che simuli un sistema di segnalazioni chimiche, un tale dispositivo dovrebbe comportarsi quasi esattamente come un cervello. |
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A dispetto della sua complessità, il dispositivo sarebbe compatto. I nanocomputer saranno più piccoli delle sinapsi e i cablaggi costruiti dagli assemblatori saranno più sottili degli assoni e dei dendriti del cervello. Cavi sottili e piccoli commutatori realizzeranno circuiti compatti, e la compattezza dei circuiti aumenterà la velocità del flusso di schemi elettronici a causa della brevità delle distanze che i segnali dovranno percorrere. Sembrerebbe quindi che una struttura simile al cervello potrebbe occupare meno di un centimetro cubo di volume (come discusso nelle note) (23). La maggiore brevità dei percorsi che i segnali devono percorrere contribuirà, assieme alle già rapide velocità di trasmissione, alla realizzazione di un dispositivo di oltre dieci milioni di volte più veloce rispetto ad un cervello umano. |
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Soltanto i problemi di raffreddamento potrebbero limitare macchine di questo tipo a lavorare su velocità medie più lente. Immaginate allora una macchina dal progetto più tradizionale, ma un milione di volte più veloce di un cervello e che dissipi un milione di volte più calore (24). Il sistema consiste di un blocco di zaffiro, costruito da assemblatori e con una dimensione pari a quella di un tazzone da caffè, zeppo di circuiti di canali preposti al raffreddamento. Alla sua sommità è disposta una condotta di acqua ad alta pressione e la condotta ha diametro pari a quello dei canali (25). La sommità è sigillata in modo da obbligare l'acqua di raffreddamento a defluire dalla condotta di scarico disposta sul fondo. Dai lati del blocco fuoriescono spessi cavi d'alimentazione e fasci in fibra ottica per canali-dati. |
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I cavi d'alimentazione forniscono quindici megawatt di potenza elettrica. La condotta di scarico trasporta via il calore sviluppato attraverso un flusso di acqua bollente da tre tonnellate per minuto. I fasci in fibra ottica trasportano altrettanti dati di un milione di canali televisivi. Essi permettono la comunicazione con altri sistemi IA, con simulatori per la progettazione ingegneristica, e con sistemi assemblatori che costruiscono fisicamente i prototipi per la sperimentazione definitiva dei progetti. Ogni dieci secondi, il sistema inghiotte un'energia elettrica di quasi due kilowatt-giorno (che attualmente costa circa un dollaro). Ogni dieci secondi, il sistema completa altrettanto lavoro progettuale di quanto ne porti avanti un ingegnere al lavoro otto ore al giorno per un anno intero (che attualmente costa decine di migliaia di dollari). In un'ora viene completato il lavoro di secoli. Nonostante la sua attività, il sistema lavora in un silenzio rotto soltanto fluire dell'acqua di raffreddamento. |
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Queste considerazioni ci forniscono qualche risposta intuitiva alla questione della semplice velocità del pensiero, ma che dire della sua complessità? Appare improbabile che gli sviluppi della IA si limitino alla complessità di una singola mente umana. Come fa notare John McCarthy (26) dell'AI Lab presso Stanford, se possiamo mettere l'equivalente di una mente umana in un teschio di metallo, possiamo anche mettere in un edificio l'equivalente di dieci migliaia di menti cooperanti (ed un moderno grande impianto energetico può fornire abbastanza potenza ad ognuna di esse da farla pensare almeno dieci volte più rapidamente di una persona). All'idea di intelligenze ingegnerizzate e rapide, si può aggiungere l'idea di intere squadre di intelligenze ingegnerizzate rapide. |
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La necessità di effettuare esperimenti rallenterà il lavoro dei sistemi IA per l'ingegneria, ma non poi così tanto quanto ci si aspetterebbe. Gli ingegneri odierni devono eseguire numerosissimi esperimenti perché la tecnologia di mole è indisciplinata. Chi può dire in anticipo come si comporterà esattamente una nuova lega dopo essere stata forgiata e poi contorta per dieci milioni di volte? Le minuscole crepe indeboliscono il metallo, ma solo i precisi dettagli del suo processo di fabbricazione determinano con certezza quale sarà la natura e l'effetto delle sue crepe. |
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Poiché gli assemblatori fabbricheranno oggetti di precisa specificazione atomica, si eviteranno le impredicibilità della tecnologia di mole. I progettisti (siano essi uomini o intelligenze artificiali) eseguiranno esperimenti solo in quei casi in cui sperimentare sarà più facile o più economico che non calcolare, oppure (più raramente) quando la sia carente la conoscenza di base. |
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Sistemi di IA dotati della possibilità di controllo su nanomacchine, potranno rapidamente eseguire moltissimi esperimenti. Essi progetteranno apparati di collaudo in tempi di secondi, e questi apparati verranno costruiti da assemblatori-replicatori senza l'aggravio temporale degli innumerevoli ritardi (ordinare parti speciali, trasportarle, e così via) che affliggono i progetti attuali. Gli apparati di collaudo della stessa scala dimensionale di assemblatori, nanocomputer o cellule viventi, richiederanno soltanto pochi minuti di realizzazione, ed i nanomanipolatori eseguiranno un milione di movimenti al secondo. Sarà perciò facile eseguire contemporaneamente un milione di esperimenti ordinari. Così, nonostante i ritardi addizionali causati dalle sperimentazioni, i sistemi di ingegneria automatizzata muoveranno in avanti la tecnologia con velocità incredibili. |
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Dal passato al futuro, quindi, il possibile schema del progresso delle nostre abilità pare ormai delinearsi come qualcosa di simile al seguente: lungo eoni di tempo, la vita ha seguito un progresso lungo e lento, al passo dettato dall'evoluzione genetica. Le menti dotate di linguaggio hanno affrettato il passo grazie alla flessibilità dei memi. L'invenzione dei metodi della scienza e della tecnologia ha ulteriormente accelerato i progressi perché ha forzato i memi ad evolvere più velocemente. L'accrescimento del benessere, dell'istruzione e della popolazione, nonché la disponibilità di migliori strumenti fisici ed intellettuali, ha continuato questa tendenza all'accelerazione lungo il nostro secolo. |
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L'automazione dell'ingegneria accelererà ulteriormente il passo. I sistemi di progettazione assistita dal computer miglioreranno, e aiuteranno gli ingegneri umani a generare e a sperimentare le idee sempre più rapidamente. I successori di EURISKO accorceranno i tempi di progetto suggerendo proposte progettuali e completando di dettagli le innovazioni umane. Ad un certo punto, sistemi di ingegneria automatizzata completamente svezzati inizieranno a procedere autonomamente. |
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In parallelo, la tecnologia molecolare si svilupperà e maturerà, aiutata dai progressi della ingegneria automatizzata. Quindi, sistemi IA costruiti da assemblatori condurranno ad una ingegneria automatizzata ancora più rapida, evolvendo idee tecnologiche al passo imposto da sistemi un milione di volte più veloci di un cervello umano. Il ritmo di crescita del progresso tecnologico ne verrà accelerato in un grande balzo ascendente: in tempi brevi, molte aree della tecnologia progrediranno fino ai limiti imposti dalle leggi naturali. Ed in quei campi tecnologici, i progressi si assesteranno infine su una vetta elevatissima di conquista definitiva. |
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Questa trasformazione è una prospettiva da vertigine. Dopo una tale trasformazione, se sopravviveremo, vedremo un mondo di assemblatori-replicatori capaci di fabbricare qualsiasi cosa gli venga detto di fabbricare, senza necessità di lavoro umano. Al di la di una tale trasformazione, se sopravviveremo, c'è un mondo di sistemi di ingegneria automatizzata capaci di dirigere gli assemblatori per fabbricare dispositivi vicini ai limiti del possibile, prossimi ai limiti ultimi della perfezione tecnica. |
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Infine, alcuni sistemi di IA saranno dotati sia di grandi capacità tecniche, che delle capacità sociali necessarie per comprendere il linguaggio ed i desideri umani. Approvvigionato di energia, materiali ed assemblatori, un tale sistema potrebbe propriamente denominarsi "macchina-genio". Qualsiasi cosa le si chieda, lei la produce. Ma la leggenda araba e il senso comune universale suggeriscono in realtà che dovremmo prendere i pericoli di tali motori di creazione molto sul serio. |
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I passi avanti tecnologici nel campo della IA, sia in quella di tipo tecnica che in quella di tipo sociale, richiederanno anni per realizzarsi. Come ha detto Marvin Minsky (27), "Le macchine modestamente intelligenti del vicino futuro promettono solo di portarci la ricchezza e la comodità che derivano da servitori instancabili, obbedienti ed economici". La maggioranza dei sistemi che al giorno d'oggi sono denominati "IA" non pensano ne imparano; essi sono solo rozzi distillati delle abilità di esperti, messe in conserva, impacchettate e distribuite per la consultazione. |
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Ma l'IA genuina arriverà. Perché resti estranea alle nostre attese dovremmo vivere in un mondo di fantasia. Attendersi l'IA, in se stesso, non è né ottimistico né pessimistico: come sempre, l'ottimismo dei ricercatori è il pessimismo dei tecnofobi. Se non ci prepariamo per il loro arrivo, i sistemi di IA sociale potrebbero costituire una minaccia mortale: basti pensare al danno che, già di per se, può essere inferto dalla intelligenza semplicemente umana di terroristi e demagoghi. Analogamente, i sistemi di IA tecnica potrebbero destabilizzare il bilancio militare mondiale, comportando un improvvisa superiorità unilaterale. Con l'appropriata preparazione, comunque, l'intelligenza artificiale potrebbe aiutarci a costruire un futuro che funzioni: un futuro che sia funzionale sia per la gente, che per la Terra e per il progresso dell'intelligenza nell'universo. Il capitolo 12 suggerirà un approccio al problema, come discussione parziale della più generale questione di come gestire la trasformazione che assemblatori e IA comporteranno. |
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Perché discutere oggi dei pericoli? Perché non è mai troppo presto per cominciare a formare delle istituzioni capaci di trattare tali questioni. La IA "tecnica" è oggi in fase emergente, ed ogni suo progresso farà accelerare la corsa tecnologica. L'intelligenza artificiale non è che una di molte potenti tecnologie che dobbiamo imparare a gestire, ognuna associata ad una complessa miscela di minacce ed opportunità. |
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Capitolo 6: Il mondo oltre la Terra |
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Quella coppa rivoltata che noi chiamiamo 'Il Cielo'; sotto la quale, striscianti prigionieri, nasciamo e moriamo. |
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- THE RUBÁIYÁT di OMAR KHAYYAM |
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La Terra non è che una piccola parte dell'esistente, e quel che resta di esso sarà importante per il nostro futuro. In termini di energia, materiali e disponibilità di posto per crescere, lo spazio è di fondamentale importanza. Nel passato, i successi nello spazio hanno regolarmente pervaso le proiezioni ingegneristiche. Nel futuro, una frontiera spaziale aperta allargherà il mondo umano. I progressi nell'Intelligenza Artificiale e nella nanotecnologia giocheranno un ruolo cruciale. |
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La gente ha impiegato intere epoche per riconoscere nello spazio una frontiera. I nostri antenati un tempo consideravano il cielo notturno come una cupola nera costellata da minuscole scintille; luci mostrate dagli dei. Non potevano immaginare il viaggio spaziale, perché non sapevano neanche che lo spazio esterno esistesse. |
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Ora sappiamo che lo spazio esiste, ma ancora poca gente comprende il suo valore. Questo non è per nulla sorprendente. Le nostre menti e culture si sono evolute su questo pianeta, e abbiamo appena iniziato a digerire l'idea di una frontiera al di là del cielo. |
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È stato soltanto in questo secolo che alcuni progettisti visionari come Hermann Oberth e Robert Goddard hanno dimostrato che i razzi possono raggiungere lo spazio. Confidavano in ciò perché conoscevano abbastanza su carburanti, motori, serbatoi e strutture, da riuscire a calcolare che tipo di razzo multistadio dovesse essere realizzato. E tuttavia, nel 1921, un editorialista del New York Times rimproverava Goddard per la sua idea della possibilità che i razzi volassero attraverso lo spazio senza disporre di aria contro cui spingersi, e persino nel ben più tardo 1956, l'Astronomo Reale di Gran Bretagna brontolava: "il Viaggio Spaziale è una assoluta sciocchezza". Questo dimostrava soltanto che l'editorialista e l'astronomo erano gli esperti sbagliati a cui chiedere pareri sull'hardware spaziale. Nel 1957, lo Sputnik orbitò attorno alla Terra, e nel 1961 fu seguito da Yuri Gagarin. Nel 1969, il mondo vide delle orme sulla Luna. |
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Tuttavia, pagammo un prezzo per questa ignoranza. Poiché ai pionieri della tecnologia spaziale mancava un modo qualunque per dimostrare al pubblico la validità delle loro idee, furono costretti a discutere degli assunti basilari più e più volte ("Si, i razzi funzioneranno nel vuoto... Si, potranno davvero raggiungere l'orbita...). Impegnati a difendere le basi del volo spaziale, ebbero poco tempo per discuterne le conseguenze. Così, quando lo Sputnik fece trasalire il mondo e imbarazzò gli Stati Uniti, la gente era impreparata: non c'era stato nessun dibattito diffuso che avesse delineato una strategia per lo spazio. |
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Alcuni dei pionieri avevano intuito cosa c'era da fare: costruire una stazione spaziale ed una navetta riutilizzabile, quindi raggiungere la Luna o gli asteroidi per prelevarne le risorse. Ma il brusio di politici agitati soffocò prontamente i loro suggerimenti, ed i politici U.S.A. si pronunciarono a gran voce per un obiettivo grandioso e di facile comprensione. Nacque così il Progetto Apollo, la corsa per l'atterraggio di un cittadino U.S.A. sul posto più vicino su cui piantare una bandiera. Il progetto Apollo scavalcò la costruzione di una stazione spaziale e quella dello Space Shuttle, sostituendo entrambe con la costruzione di un gigantesco missile capace di raggiungere la Luna in un unico grande balzo. Il progetto si conquistò la gloria, diede agli scienziati qualche informazione, e portò grandi rendimenti in termini di avanzamenti tecnologici; ma, all'essenza, fu una vuota bravata. I contribuenti se ne resero conto, altrettanto fecero i membri del congresso, ed il programma spaziale appassì. |
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Durante il programma Apollo, i vecchi sogni resistettero strenuamente nella mente comune, e tali sogni consistevano di semplici e romantici visioni di colonizzazione di altri pianeti. Le sonde robot fecero svanire il sogno di un Venere ammantato di giungle, lasciando al suo posto la realtà di una fornace di dimensioni planetarie pervasa da veleni ad alta pressione. Le sonde cancellarono anche quelle linee che astronomi privi di fantasia avevano disegnato su Marte, e con esse svanirono anche i canali ed i Marziani. Al loro posto c'era un Marte di crateri e canyon, e di polvere arida e soffiante. Oltre Venere, verso il Sole, giaceva la roccia cocente di Mercurio; oltre Marte, c'era solo pietrisco e ghiaccio. I pianeti si classificavano in "morti" o in "assassini", ed il sogno di nuove Terre dovette proiettarsi verso stelle lontane. Lo Spazio sembrava proprio un vicolo cieco. |
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Il Nuovo Programma Spaziale |
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Un nuovo programma spaziale risorse dalle rovine del vecchio. Una nuova generazione di sostenitori dello spazio e di ingegneri ed imprenditori spaziali, puntavano ora a fare dello spazio la frontiera che sarebbe dovuta essere fin dall'inizio: un posto per lo sviluppo e lo sfruttamento e non per vane gesta politiche. Confidavano nel successo perché lo sviluppo spaziale non richiede alcun progresso rilevante nella scienza o nella tecnologia. Infatti, la razza umana potrebbe conquistare lo spazio applicando le stesse tecnologie di vent'anni fa, ed evitando voli esibizionistici si potrebbe persino trarre profitto dalla conquista spaziale. Le attività spaziali non hanno bisogno d'essere dispendiose. |
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Consideriamo l'alto costo odierno per il raggiungimento dell'orbita: migliaia di dollari per ogni chilogrammo inviato. A cosa è dovuto questo costo? Per lo spettatore del lancio di uno shuttle, scosso dal fragore ed intimorito dalle fiamme, la risposta sembra ovvia: il carburante deve costare una fortuna. Anche le compagnie aeree pagano grosso modo metà dei loro costi operativi diretti per il solo carburante. Un razzo assomiglia ad un aereo di linea perché è fatto di alluminio ed è pieno zeppo di motori, controlli ed elettronica, ma il carburante costituisce pur sempre quasi tutta la sua massa quando il razzo è fermo al blocco di partenza. Per cui è naturale attendersi di dover attribuire al carburante ben oltre la metà del costo operativo di un razzo. Eppure, questa aspettativa è falsa. Nei lanci lunari il costo del carburante necessario per raggiungere l'orbita ammontava a meno di un milione di dollari, pochi dollari per ogni chilogrammo spedito in orbita, meno dell'uno per cento del costo totale. Anche oggi, il carburante resta una parte trascurabile del costo di un volo spaziale. |
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Perché il volo spaziale costa così tanto in più rispetto ad un volo aereo? In parte, a causa del fatto che le navi spaziali non vengono costruite in quantità; questo obbliga i costruttori a recuperare i loro costi di progetto dalla vendita di solo poche unità, e a costruire manualmente tali unità e con grandi costi. Inoltre, la maggior parte delle navi spaziali diventano inutilizzabili dopo un solo utilizzo, ed anche gli shuttle vengono messi in volo poche volte lungo un anno; il loro costo non può essere distribuito su molti voli, uno per ogni giorno dell'anno, come si può invece fare per il costo degli aeri di linea. Infine, anche i costi degli spazioporti possono essere ammortizzati solo su pochi voli al mese, contro le migliaia di voli su cui possono ammortizzarli i grandi aereoporti. Tutto ciò cospira per rendere ogni volo nello spazio di una dispendiosità scoraggiante. |
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Ma in alcuni studi della Boeing Aerospace Company, la compagnia aerea che già riuscì ad abbassare notevolmente i costi dei trasporti su jet per quasi tutto il mondo, mostrano che una flotta di navette pienamente riutilizzabili, che volino e che siano manutenzionate come fossero aerei di linea, abbasserebbero il costo del raggiungimento dell'orbita di un fattore di cinquanta o più. La chiave non sta in nuova tecnologia, ma in una economia di scala e nella trasformazione dello stile di management. |
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Lo spazio offre immense opportunità industriali. I vantaggi per la messa in orbita dei satelliti di osservazione e di comunicazione sono ben noti. I futuri satelliti di comunicazione saranno sufficientemente potenti da comunicare con stazioni al suolo gestite manualmente, determinando così il progresso ultimo nei servizi di telefonia mobile. Le compagnie si stanno già muovendo per trarre vantaggio dalla gravità "zero" con l'intento di eseguire in assenza di gravità alcuni delicati processi di separazione che producano farmaci migliorati; altre compagnie progettano di far crescere in assenza di gravità dei migliori cristalli per l'elettronica. Negli anni che precederanno il momento in cui gli assemblatori si faranno carico della produzione dei materiali, gli ingegneri sfrutteranno lo spazio per estendere le capacità della tecnologia di mole. L'industria spaziale offrirà un mercato crescente di servizi di lancio, abbassando i costi dei lanci stessi. Il crollo dei costi di lancio, a sua volta, stimolerà la crescita dell'industria spaziale. Il trasporto su razzi verso l'orbita Terrestre diverrà infine a buon mercato. |
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Pianificatori ed imprenditori spaziali stanno già puntando lo sguardo al di là dell'orbita Terrestre, verso le risorse del sistema solare. Nello spazio profondo, comunque, i razzi diventano ben presto troppo dispendiosi per il trasporto merci, dato che inghiottono avidamente carburante che a sua volta deve essere trasportato nello spazio da razzi. I razzi che bruciano carburante sono obsoleti quanto i fuochi artificiali cinesi, i quali sono ben più vecchi della bandiera "stelle e strisce". I razzi si sono evoluti per ragioni naturali: sono compatti, potenti, di utilità militare, possono penetrare l'aria e lottare vigorosamente contro la gravità. Eppure, gli ingegneri spaziali conoscono alcune alternative (1). |
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I veicoli non hanno bisogno di grandi esplosioni di potenza per muoversi attraverso il vuoto privo di attrito dello spazio. Piccole forze possono, lentamente e costantemente, spingere un veicolo fino a velocità enormi. Poiché l'energia ha massa, il riflettersi della luce solare su uno specchio sottile, ossia su una "vela solare", fornisce una forza di spinta di questo tipo. La trazione della gravità solare ne fornisce un'altra. Insieme, pressione luminosa e gravità possono portare una nave spaziale in qualsiasi posto del sistema solare, e farla tornare di nuovo indietro. Solo le calde vicinanze del Sole e l'attrito delle atmosfere planetarie limiterebbero il viaggio, costringendo la vela a tenersi alla larga da entrambe. |
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La NASA ha condotto degli studi su vele solari progettate in modo da essere trasportate nello spazio all'interno di razzi, ma purtroppo le vele devono essere sufficientemente forti e robuste per sopravvivere allo stress del lancio e del loro successivo spiegamento. Per cui, gli ingegneri fabbricheranno le vele direttamente nello spazio, utilizzando una tenso-struttura di piccola massa per supportare specchi composti di una sottile pellicola metallica. Il risultato sarebbe la "vela di luce" (2), una categoria di vele solari di alte prestazioni. Dopo una accelerazione applicata costantemente per un anno intero, una vela di luce può raggiungere una velocità di cento chilometri al secondo, lasciando mordere la sua polvere ai più veloci fra gli odierni razzi. |
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Se immaginate una rete di fili in fibra di grafite, come una tela di ragno tessuta su una estensione di chilometri, e con spazi vuoti fra i fili della dimensione di un campo da calcio, siete sulla buona strada per immaginare la struttura di una vela solare. Se immaginate gli spazi vuoti colmati da pannelli riflettenti costituiti da fogli di alluminio più sottili di una bolla di sapone, avrete una idea un po' più corretta di come dovrebbe apparire una vela di luce: tanti pannelli riflettenti strettamente legati assieme per formare un immenso ed ondulato mosaico di specchi. Immaginate ora il carico di un cargo che penda dalla ragnatela come un paracadutista dal suo paracadute, mentre la forza centrifuga tiene la ragnatela costellata di pannelli-specchi, tesa e piana nel vuoto, e avrete quasi afferrato l'immagine giusta. |
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Per costruire le vele di luce con la tecnologia di mole, dovremmo imparare a realizzarle nello spazio; i loro immensi riflettori sarebbero troppo delicati per sopravvivere al lancio e allo spiegamento. Occorre costruire strutture di impalcatura, fabbricare sottili pellicole riflettenti, ed usare nello spazio dei bracci robotici controllati da remoto. Ma d'altra parte, per altre costruzioni, i pianificatori spaziali stanno già puntando all'acquisizione della piena padronanza nelle abilità di costruzione e fabbricazione, nonché alla acquisizione della piena padronanza tecnica sulla robotica. Se, nel corso dello sviluppo spaziale, realizzeremo le vele di luce piuttosto precocemente, lo sforzo varrà come una esercitazione sul campo per l'acquisizione di queste abilità, un esercizio che non richiede il lancio di tanto materiale. Nonostante le vele di luce debbano essere molto estese, le impalcature (assieme al materiale di molte vele) dovrebbero risultare abbastanza leggere da potersi trasportare in orbita solo con uno o due voli di shuttle. |
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Una qualche facilitazione tecnologica, quindi, consentirà la produzione economica delle vele. Una volta costruite, esse saranno altrettanto economiche da usare: avranno ben poche parti mobili critiche, una piccola massa, e nessun consumo di carburante. Saranno completamente differenti dai razzi per forma, funzionamento e costo operativo. Infatti, i calcoli suggeriscono che il costo delle vele sarà differente da quello dei razzi di un fattore all'incirca pari ad un migliaio, ovviamente in favore delle vele di luce. |
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Nella visione della maggior parte della gente, il resto del sistema solare è tanto vasto quanto inaccessibile. Esso è vasto; come già fu per la Terra, il sistema solare richiederà mesi per essere circumnavigato a vela. Tuttavia, la sua apparente inaccessibilità ha a che fare con la distanza meno di quanto abbia a che fare con il costo del trasporto tramite razzi. |
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Le vele di luce possono definitivamente infrangere la barriera dei costi, aprendoci la porta sul sistema solare. Le vele di luce renderebbero gli altri pianeti più facili da raggiungere ma non più utili: essi resterebbero dei deserti morti. La gravità dei pianeti impedirebbe alle vele di portarsi sulle loro superfici, e sarà di ostacolo anche per lo svolgimento di ogni attività sulla superficie di un pianeta. Stazioni spaziali rotanti su se stesse possono simulare la gravità, se necessario, ma stazioni confinate in prossimità dei pianeti non possono sfuggire da questi. Ancora peggio, le atmosfere planetarie bloccano l'energia solare, spargono polveri, corrodono i metalli, riscaldano i refrigeratori, raffreddano i caloriferi, e trascinano giù le cose. Persino la Luna, pur priva di atmosfera, con la sua rotazione blocca la luce solare per metà del tempo, e possedendo inoltre una sufficiente gravità può far atterrare le vele di luce oltre ogni speranza di fuga. Le vele di luce sono veloci e instancabili ma non robuste. |
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Il grande e duraturo valore dello spazio sta nelle sue risorse in termini di materia, energia e "spazio". I pianeti occupano spazio e detengono energia. Le risorse materiali che essi offrono sono distribuite in modo sconveniente. Gli asteroidi, al contrario, sono montagne volanti di risorse (3) che tracciano orbite attraversanti l'intero sistema solare. Alcuni incrociano persino l'orbita della Terra; alcuni hanno anche colpito la Terra, generando dei crateri a seguito dall'esplosione d'impatto. L'attività mineraria sugli asteroidi sembra perseguibile. Potrebbero servirci razzi rombanti per portare le cose su nello spazio, ma i meteoriti dimostrano che rocce ordinarie possono cadere dallo spazio e, come lo space shuttle, farlo senza necessariamente bruciare mentre cadono giù. La consegna di materiali da un asteroide verso un bersaglio di destinazione al suolo, collocato per esempio in una pianura salata, costerà ben poco. |
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Anche gli asteroidi piccoli, sono pur sempre grandi se valutati in termini umani; essi contengono miliardi di tonnellate di risorse. Alcuni asteroidi contengono acqua, nonché una sostanza che sembra un olio di rocce scistose. Alcuni contengono rocce piuttosto ordinarie. Altri contengono metalli a loro volta contenenti elementi scarsamente presenti nella crosta terrestre, elementi che alcune ere fa, all'epoca della formazione dell'attuale nucleo terrestre, sprofondarono verso il basso oltre ogni possibilità di recupero: questo acciaio meteoritico è una forte e tenace lega composta da ferro, nichel e cobalto, con tracce di preziose quantità di metalli del gruppo del platino ed oro. Un pezzo largo un chilometro di questo materiale (e ce ne sono moltissimi) contiene metalli preziosi per un valore di diverse migliaia di miliardi di dollari, nonché nichel e cobalto in quantità sufficienti a rifornire l'intera industria della Terra per molti anni. |
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Il sole inonda lo spazio con energia facile da intercettare ed immagazzinare. Una struttura di un chilometro quadrato e composta da riflettori metallici, costituirebbe un collettore di luce solare in grado di intercettare potenze di circa un miliardo di watt, e che funzionerebbe senza essere interrotto dalle presenza delle nuvole o dai periodi notturni. Nella calma dello spazio, priva di tempo atmosferico, il collettore più insignificante sarà come una diga idroelettrica permanente (4). Poiché il Sole emette molta più energia in un microsecondo di quanta ne usi l'intera razza umana in un anno, nei tempi a venire l'energia non scarseggerà mai. |
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Infine, lo spazio stesso offre posto per vivere. La gente un tempo guardava allo spazio in termini di pianeti. Immaginava città sotto cupole, costruite su pianeti morti ma lentamente convertiti in pianeti simili alla Terra, e pianeti simili alla Terra raggiunti dopo anni di volo fra le stelle. Ma i pianeti sono un cattivo affare, generalmente offrono gravità, atmosfera, lunghezza del giorno e posizione sbagliate. |
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Per gli insediamenti umani, lo spazio libero costituisce un sito di costruzione migliore. Il professor Gerard O'Neill (5) della Princeton University, portò questa idea all'attenzione pubblica, contribuendo così a ravvivare l'interesse nello spazio durante la crisi post-Apollo. Egli mostrò che materiali di costruzione ordinari, quali acciaio e vetro, possono essere sfruttati per costruire nello spazio dei cilindri abitabili e con dimensioni chilometriche in lunghezza e circonferenza. In base al suo progetto, nei cilindri sarebbe previsto uno strato di terra, posto sotto i piedi dei suoi abitanti, che dovrebbe proteggere questi ultimi dalla radiazione naturale dello spazio proprio come gli abitanti della Terra sono schermati dall'atmosfera sopra di loro. La rotazione produrrebbe una accelerazione uguale alla gravità Terrestre, ed ampi specchi e pannelli-finestra inonderebbero di luce solare l'interno dei cilindri. Aggiungendo suolo, fiumi, vegetazione ed immaginazione, le terre interne al cilindro potrebbero competere con le migliori valli della Terra come luoghi di insediamento. Con le sole risorse degli asteroidi, saremo in grado di costruire l'equivalente pratico di un migliaio di nuove Terre. |
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Adattando la tecnologia presente potremmo già aprire la frontiera spaziale. La prospettiva è incoraggiante. Ci mostra una via ovvia per scavalcare i limiti terrestri allo sviluppo, allentando una delle paure che hanno offuscato la nostra visione del futuro. La promessa della frontiera spaziale, quindi, può ravvivare la speranza umana, una risorsa di cui avremo bisogno in abbondanza se saremo impegnati anche in altri problemi. |
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Spazio e Tecnologia Avanzata |
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Adattando la tecnologia presente, potremmo davvero aprire la frontiera spaziale, ma non vogliamo farlo. Percorrendo la strada delineata dall'attuale movimento pro-spazio, la civiltà umana impiegherebbe decadi prima di consolidare la sua presenza nello spazio. Prima di allora, altri passi avanti tecnologici potrebbero aver aperto nuove strade. |
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Attualmente, diverse squadre di ingegneri impiegano tipicamente dai cinque ai dieci anni per progettare un nuovo sistema spaziale, spendendo decine di migliaia di milioni di dollari lungo la strada. Questi ritardi e costi ingegneristici rendono penosamente lento il progresso. Negli anni a venire, tuttavia, i sistemi di progettazione assistita dal computer evolveranno verso i sistemi di ingegneria automatizzata. Quando questo accadrà, i ritardi ed i costi ingegneristici si ridurranno enormemente finendo poi per crollare; i sistemi di fabbricazione controllata da computer decurteranno ulteriormente i costi complessivi. Verrà un giorno in cui, assieme, progettazione e produzione automatica saranno in grado di sviluppare sistemi spaziali in tempi e con costi oltre dieci volte inferiori rispetto agli attuali. E il nostro progresso spaziale "salirà alla stelle". |
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E a quel punto, i coloni spaziali potrebbero mai guardare indietro interpretando il nostro attuale programma spaziale come la chiave dello sviluppo spaziale? Probabilmente no. Essi avranno assistito a molti più progressi tecnologici realizzati in una manciata di anni di quelli che gli ingegneri spaziali sono riusciti a gestire nelle precedente manciata di decadi. Essi potrebbero ben concludere che IA e Robotica hanno fatto molto più per lo sviluppo dello spazio di quanto abbia fatto un intero esercito di ingegneri della NASA. |
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Il passo avanti tecnologico degli assemblatori e l'ingegneria automatizzata si coalizzeranno per condurci verso progressi rispetto ai quali i nostri sforzi spaziali attuali sembreranno piuttosto pittoreschi. Nel capitolo 4, ho descritto come gli assemblatori-replicatori saranno in grado, utilizzando ben poco intervento umano, di costruire un leggero e robusto motore per razzo. Utilizzando processi analoghi, costruiremo interi veicoli spaziali dalle prestazioni eccezionali e dal costo ridottissimo. A parità di peso, i materiali di questi velivoli, essendo dotati di una struttura basata su quella del diamante, avranno approssimativamente una resistenza pari a cinquanta volte quella dell'alluminio usato negli attuali shuttle (nonché quaranta volte la resistenza alle deformazioni elastiche); veicoli costruiti con questi materiali possono essere prodotti in modo da risultare oltre il novanta per cento più leggeri rispetto agli analoghi veicoli odierni. Una volta nello spazio, tali veicoli dispiegheranno i loro collettori solari per rifornirsi di energia in abbondanza. Usando questa energia per alimentare assemblatori (6) e disassemblatori, i veicoli ricostruiranno se stessi durante il volo, adattandosi così alle condizioni mutevoli cui sono sottoposti o semplicemente al capriccio dei loro passeggeri. Oggi, il viaggio spaziale è una sfida. Domani, sarà facile e conveniente. |
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Poiché la nanotecnologia di per se stessa si presta a produrre oggetti piccoli, consideriamo la navetta spaziale per trasporto passeggeri più piccola possibile: lo spacesuit (l'abito spaziale). Essendo obbligati all'utilizzo di materiali deboli, pesanti e passivi, gli ingegneri attuali costruiscono tute spaziali goffe e voluminose. Un'occhiata ad una potenziale spacesuit avanzata illustrerà alcune delle possibilità della nanotecnologia. |
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Immaginate di essere a bordo di una stazione spaziale che ruoti su se stessa per simulare la normale gravità terrestre. Dopo l'addestramento vi viene consegnata una suit da provare: eccola li appesa alla parete, una cosa grigia dall'aspetto gommoso e corredata da un elmetto trasparente. La afferrate, sollevate il suo non trascurabile peso, vi spogliate e vi infilate attraverso la cucitura dell'apertura frontale. |
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Avvertite che la suit è più soffice della più soffice gomma, ma ha una superficie interna untuosa. Scivola addosso facilmente e la cucitura d'entrata si sigilla al solo tocco. Essa è un rivestimento aderente attorno alle vostre dita come lo sarebbe un sottile guanto di cuoio, e si inspessisce progressivamente più su, verso il vostro braccio, fino a diventare spessa quanto una mano nella zona attorno al vostro torace. Alle vostre spalle, a malapena evidente, c'è un piccolo zaino. Attorno alla vostra testa, quasi invisibile, c'è l'elmetto. Dietro il vostro collo, la superficie interna si adatta perfettamente alla vostra pelle, in un abbraccio dal tocco leggero e uniforme che presto diventa quasi impercettibile. |
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Vi alzate e camminate attorno, sperimentando la suit. Battete i piedi e non avvertite alcun peso extra dovuto ad essa. Vi piegate e vi stendete, e non sentite nessun impedimento, nessuna grinza, nessun punto di pressione. Quando strofinate fra loro le vostre dita, le sentite sensibili come se fossero nude, ma in qualche modo leggermente più spesse. Quando respirate, l'aria ha un gusto pulito e fresco. Infatti sentite che potreste dimenticarvi del tutto che state indossando una suit. E come se non bastasse, vi sentite altrettanto a vostro agio quando vi incamminate fuori, nel vuoto dello spazio. |
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La suit è capace di tutto questo, ed altro ancora, grazie ad una complessa attività interna e ad una struttura la cui tessitura è quasi altrettanto intricata di quella dei tessuti viventi. Un dito di guanto spesso un millimetro ha spazio per un migliaio di livelli, spessi un micrometro ognuno, e composti da nanomacchinari e nanoelettronica attiva. Una toppa della dimensione di un polpastrello ha spazio per un miliardo di nanocomputer meccanici, e il 99, 9 percento del suo volume resta libero per altri componenti. |
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Per cui, resta spazio libero in abbondanza per una struttura attiva. Il livello intermedio del materiale della suit (7) è composto da un intreccio tridimensionale di fibre la cui struttura è basata su quella del diamante, e tali fibre agiscono in modo molto simile a muscoli artificiali ma, in più, sono in grado di spingere altrettanto bene di quanto siano in grado di tirare (come discusso nelle note). Queste fibre occupano la maggior parte del volume e rendono il materiale della suit forte come l'acciaio. Mosse da microscopici motori elettrici e controllate da nanocomputer, esse donano al materiale della suit la sua notevole flessibilità, consentendole di allungarsi, contrarsi e piegarsi a seconda delle necessità. Quando, precedentemente, la suit era sembrata soffice al tatto, questa sensazione era dovuta al fatto che la suit era stata programmata ad agire in maniera "soffice". La suit non ha difficoltà a mantenere la sua forma nel vuoto; ed è forte abbastanza da non esplodere nel vuoto come farebbe invece un pallone. Allo stesso modo, non ha difficoltà a sostenere il suo proprio peso o a muoversi per adattarsi ai vostri movimenti rapidamente, dolcemente e senza resistenza. Questa è uno dei motivi per cui sembra quasi che non ci sia affatto. |
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Inoltre, avvertite le vostre dita quasi come fossero nude perché sentite la tessitura di quello che toccate. Questo accade perché la superficie della suit è rivestita di sensori di pressione, e la fodera interna della suit è rivestita da strutture attive: il guanto vi fa avvertire la forma di qualsiasi cosa tocchiate, compresi i dettagliati schemi della pressione che l'oggetto esercita, e trasmette lo stesso schema di pressione alla vostra pelle. Può anche invertire il processo, ossia trasmettere all'esterno lo schema dettagliato delle forze esercitate dalla vostra pelle sull'interno del guanto. In questo modo il guanto finge di non esserci, ed alla vostra pelle pare d'essere nuda. |
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La suit ha la forza dell'acciaio e la flessibilità del vostro stesso corpo. Se modificate le impostazioni dei controlli della suit, essa continua ad adattarsi ai vostri movimenti, ma con una differenza sostanziale. Invece di trasmettere semplicemente le forze che voi esercitate, potrebbe amplificarle di dieci volte. Allo stesso modo, quando qualcosa si strofina contro di voi, la suit trasmette all'interno solo un decimo della forza (8). Ora siete pronti ad un combattimento di wrestling contro un gorilla. |
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L'aria fresca che respirate non dovrebbe sorprendervi; lo zaino include una fornitura di aria e di altri generi di consumo. Tuttavia, dopo pochi giorni all'esterno ed esposti alla luce solare, la vostra aria non si esaurisce: come una pianta, la suit assorbe la luce del sole e l'anidride carbonica che esalate, per produrne ossigeno fresco. Sempre come una pianta (o come un intero ecosistema), essa decompone in molecole semplici le altre scorie che si generano e le riassembla in schemi molecolari di cibo sano e fresco. Di fatto, la suit vi mantiene in condizioni di comfort (9), ben nutriti ed in grado di respirare, e può farlo quasi in qualsiasi posto del sistema solare interno. |
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Inoltre, la suit è durevole. Può tollerare il guasto di numerose nanomacchine poiché ne ha molte altre pronte a farsi carico del lavoro. Lo spazio fra le fibre attive lascia spazio ai movimenti di assemblatori e disassemblatori incaricati di riparare i dispositivi danneggiati. La suit ripara se stessa con la stessa velocità con cui si logora. |
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Entro i confini del possibile, la suit potrebbe esser corredata di molte altre caratteristiche. Un granello di materiale più piccolo di una capocchia di spillo, potrebbe contenere il testo di ogni libro finora pubblicato, per consentire la sua visualizzazione su uno schermo pieghevole. Un'altro granello potrebbe essere un "seme" contenente i piani progettuali per un insieme di dispositivi più grande dell'insieme di tutti quelli che la razza umana abbia costruito fino ad oggi (10), e contenere inoltre assemblatori-replicatori capaci di fabbricare quantomeno alcuni di questi dispositivi, se non addirittura tutti. |
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Inoltre, veloci sistemi di IA tecnica come quelli descritti nel capitolo precedente potrebbero progettare la suit in una sola mattinata (11), e terminare la sua costruzione il pomeriggio stesso. |
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Tutto quello che realizziamo nello spazio con la moderna tecnologia di mole verrà rapidamente e drammaticamente sorpassato poco dopo l'avvento della tecnologia molecolare e dell'ingegneria automatizzata. In particolare, costruiremo assemblatori molecolari che possano funzionare nello spazio (12). Questi replicatori utilizzeranno energia solare, così come fanno le piante, e con tale energia convertiranno i detriti asteroidali in copie di se stessi e prodotti utilizzabili dagli uomini. Con tali replicatori, riusciremo ad afferrare saldamente le risorse del sistema solare. |
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Finora, molti lettori avranno notato che questa discussione, come pure altre in precedenza, suona proprio come fosse fantascienza. Alcuni potrebbero esserne compiaciuti, altri invece potrebbero accogliere con timore temere l'eventualità che le possibilità future presentino davvero questa caratteristica. Altri ancora, tuttavia, potrebbero essere dell'opinione che "somigliare alla fantascienza" sia in qualche modo un presupposto per poter liquidare il discorso. Questa sensazione è comune e merita di essere analizzata. |
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Tecnologia e fantascienza hanno a lungo condiviso una curiosa relazione. Nell'immaginare le tecnologie future, gli scrittori di fantascienza sono stati guidati in parte dalla scienza, in parte dai desideri umani, ed in parte dalla domanda di mercato per storie bizzarre. Alcune delle loro invenzioni in seguito si realizzarono davvero, perché le idee che sembravano plausibili ed interessanti nella finzione narrativa talvolta si dimostravano attraenti e possibili nella realtà. Inoltre, quando gli scienziati o gli ingegneri intravedono una sensazionale possibilità futura, come per esempio il volo spaziale tramite razzi, gli scrittori di fantascienza di solito si appropriano dell'idea e la rendono popolare. |
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In seguito, quando i progressi ingegneristici spostano queste possibilità più vicino alla effettiva realizzabilità, altri scrittori esaminano i fatti e ne descrivono le prospettive. Queste descrizioni, a meno che non siano davvero astratte, "suonano" come fantascienza. Le possibilità future spesso assomigliano alla fantascienza di oggi, proprio come gli odierni robot, astronavi e computer assomigliano alla fantascienza di ieri. E come potrebbe essere altrimenti? Le tecnologie drasticamente nuove suonano come fantascienza perché gli autori di fantascienza, a dispetto delle loro frequenti fantasticherie, non sono ciechi, ed in più nutrono un genuino interesse professionale per la tecnologia. |
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Spesso, gli autori di fantascienza piegano agli scopi della narrazione (ossia "falsificano") il contenuto scientifico delle loro storie, di modo da "giustificare" delle tecnologie sensazionali. Alcuni pensatori un po' confusi, prendono queste descrizioni di progressi tecnici sensazionali, e ne estrapolano un quadro coerente utilizzando questa scienza contraffatta, ignorando però il contesto in cui essa compariva. E questo è molto spiacevole. Quando gli ingegneri estrapolano delle proiezioni riguardanti delle abilità future, verificano sperimentalmente le loro idee e le evolvono per adattarle alla migliore comprensione delle leggi della natura fra quelle di cui disponiamo al momento. E' indispensabile distinguere i concetti che ne risultano dalle idee evolutesi per adattarsi a soddisfare la domanda sul mercato di narrativa. Le nostre vite dipendono da questo. |
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Molte cose resteranno comunque impossibili, persino per la tecnologia molecolare. Nessuna suit spaziale, per quanto meravigliosa, sarà mai in grado di comportarsi come un razzo capace di spingervi avanti ed indietro, interminabilmente ed a grandissime velocità, così come nessuna suit vi permetterà di sopravvivere a grandi esplosioni, o attraversare i muri, o semplicemente di restare indefinitamente freschi in una stanza calda ed isolata. Dobbiamo spingerci molto lontano prima di raggiungere i limiti del possibile, tuttavia questi limiti esistono. Ma si tratta di un argomento che verrà ripreso più tardi. |
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Abbondanza |
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Risorse dello spazio, assieme ad assemblatori ed ingegneria automatizzata, gettano le basi per un futuro di grande abbondanza materiale. Cosa si intenda esattamente con questa affermazione può comprendersi meglio esaminando i costi. |
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I costi riflettono i limiti delle nostre risorse e delle nostre capacità; costi alti indicano risorse scarse ed obiettivi difficili da raggiungere. I profeti della scarsità hanno in effetti predetto la crescita vertiginosa dei costi, e con essa un certo tipo di futuro. Il costo delle risorse, comunque, dipende sempre dalla tecnologia. Sfortunatamente, gli ingegneri che hanno tentato di prevedere il costo delle future tecnologie si sono di solito imbattuti in un groviglio di dettagli e di incertezze che si è dimostrato impossibile da districare. Questo problema ha occultato la nostra comprensione del futuro. |
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La prospettiva dei replicatori assemblatori, dell'ingegneria automatizzata e delle risorse spaziali taglia questo nodo Gordiano della previsione dei costi. Oggi, il costo dei prodotti include i costi distinti di lavoro, capitale, materiali grezzi, energia, siti di produzione, eliminazione dell'inquinamento, organizzazione, distribuzione, tassazione, e progetto. Per comprendere come cambierà il costo totale, consideriamo questi elementi uno per uno. |
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Lavoro: |
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Per costruire assemblatori-replicatori, dopo che questi siano stati realizzati per la prima volta, non ci sarà bisogno di alcun lavoro umano. Di quale utilità potrebbero essere le mani umane nel far funzionare un assemblatore? Inoltre, disponendo anche di dispositivi robotici di varie dimensioni per assemblare in sistemi più grandi le singole parti costruite dagli assemblatori-replicatori, l'intero processo di fabbricazione dall'assemblaggio delle molecole all'assemblaggio dei grattacieli potrebbe affrancarsi del tutto dal costo del lavoro. |
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Capitale: |
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I sistemi basati sugli assemblatori, se propriamente programmati, costituiranno di per se stessi un capitale produttivo. Assieme con macchine robotiche più grandi, saranno in grado di costruire virtualmente ogni cosa, incluse copie di se stessi. Poiché questo capitale auto-replicante saprà raddoppiarsi molte volte in un giorno, solo la domanda e le risorse disponibili potranno limitarlo. Un capitale che si possiede in quantità dipendente dalla necessità, non costa virtualmente nulla. |
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Materiali grezzi: |
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Poiché le macchine molecolari disporranno gli atomi nel modo più vantaggioso, poco materiale può bastare per fare molto. Gli elementi più comuni, come idrogeno, carbonio, azoto, ossigeno, alluminio e silicio, sembrano essere i migliori per la costruzione della maggior parte della massa contenuta nella maggior parte delle strutture, dei veicoli, dei computer, degli abiti e così via: questi elementi sono leggeri e formano legami chimici molto forti. Poiché polvere ed aria contengono questi elementi in abbondanza, i materiali grezzi possono essere economici come la polvere. |
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Energia: |
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Gli assemblatori saranno in grado di funzionare alimentati da energia chimica o elettrica. Sistemi costruiti dagli stessi assemblatori convertiranno l'energia solare in energia chimica, come fanno le piante o le fotocelle solari. Le celle solari esistenti sono già più efficienti delle piante. Poiché i collettori solari saranno costruiti a loro volta da assemblatori-replicatori, carburante e potenza elettrica costeranno ben poco. |
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Siti di produzione: |
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Il sistema di produzione basato sugli assemblatori occuperà poco spazio. La maggior parte dei sistemi potrebbero stare in un armadio (o in un ditale, o nella cruna di un ago). I sistemi più grandi, se qualcuno volesse realizzare qualcosa che richiede una insolita estensione spaziale, potrebbero essere piazzati sottoterra o nello spazio. A questo scopo, la produzione basata sugli assemblatori potrà economicamente fabbricare sia macchine scavatrici che navi spaziali. |
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Eliminazione dell'inquinamento: |
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I sistemi assemblatori saranno capaci di mantenere il controllo degli atomi che utilizzano, rendendo la produzione altrettanto pulita del processo di crescita di un albero di mele, o persino più pulita. Se poi il "frutteto" rimanesse troppo sporco o troppo brutto, saremo in grado di rimuoverlo interamente, facendolo scomparire dalla faccia della Terra (13). |
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Organizzazione: |
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Attualmente, gli impianti industriali per la produzione richiedono una organizzazione per coordinare orde di lavoratori e dirigenti. Le macchine per la produzione basata sugli assemblatori non conterranno nessuna persona. Più semplicemente, si insedieranno in un posto e produrranno le cose che gli sono state richieste. La loro programmazione iniziale fornirà tutta l'organizzazione e l'informazione di cui esse hanno bisogno per fabbricare una gran varietà di prodotti. |
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Distribuzione: |
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Con veicoli automatici che scorrono in tunnel fabbricati da economiche macchine scavatrici, la distribuzione non ha bisogno né di usare lavoro umano, né di deturpare il paesaggio. Poiché ci sarebbero assemblatori ovunque, sia in casa che in ambienti pubblici, ci sarà meno bisogno della distribuzione stessa. |
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Tassazione: |
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La maggior parte delle tasse preleva una percentuale fissa dal prezzo di un dato prodotto, e quindi incide sul costo del prodotto in quella fissata percentuale. Se il costo è trascurabile, la tassa sarà trascurabile. Inoltre, gli stessi governi avranno i propri replicatori e i propri materiali grezzi, per cui avranno meno motivo di tassare la gente. |
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Progetto: |
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Ai punti già esaminati qui sopra, va aggiunta un'altra giustificazione dei bassi costi di produzione. I sistemi di IA tecnica, evitando il costo del lavoro ingegneristico, elimineranno virtualmente il costo di progettazione. Questi sistemi IA risulteranno economici a loro volta, sia da un punto di vista produttivo che da un punto di vista operativo, poiché saranno stati fabbricati da assemblatori e non avranno alcuna inclinazione a fare null'altro che progettare. |
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In breve, al termine di un lungo periodo di proficui sviluppi delle tecnologie molecolari e dei computer, i costi di progettazione e fabbricazione caleranno drammaticamente. Poco più sopra ho parlato di materie prime "economiche come la polvere" e, di fatto, gli assemblatori saranno in grado di fabbricare quasi qualunque cosa a partire da polvere e luce solare. |
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Le risorse spaziali, comunque, cambieranno il già economico valore della "economica polvere" deprezzandolo ulteriormente: il terriccio agricolo ha pur sempre un suo valore nell'ecosistema della Terra, ma i detriti degli asteroidi provengono da un deserto morto e desolato per cui la loro terra varrà ancor meno. Per lo stesso motivo, gli assemblatori nello spazio funzioneranno con la luce proveniente direttamente dal Sole. |
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Le risorse spaziali sono immense. Un asteroide potrebbe seppellire un continente della Terra sotto uno strato di materie prime profondo un chilometro. Lo spazio inghiotte il 99,999999955 per cento di tutta la luce del Sole che non colpisce la Terra, e la maggior parte di questa radiazione luminosa si perde nel vuoto interstellare. |
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Lo spazio ha materia, energia e "spazio" a sufficienza per progetti di vaste dimensioni, incluse enormi colonie spaziali. I sistemi basati sui replicatori saranno capaci di costruire mondi con scale comparabili a quelle di continenti e somiglianti ai cilindri del Dr. O'Neill's ma fatti di materiali robusti a base di carbonio. Con questi materiali e con l'acqua prelevata dalle lune ghiacciate del sistema solare esterno, saremo in grado di creare non soltanto dei terreni nello spazio, ma anche mari interi più vasti e più profondi del Mediterraneo. Questi nuovi e vasti suoli e mari costruiti con energia e materiali prelevati dallo spazio, in termini di risorse non costeranno quasi nulla alla Terra. Il principale requisito sarà programmare il primo replicatore, ma in questo compito ci verranno in aiuto i sistemi IA. Il problema più grande sarà unicamente decidere quello che desideriamo fare. |
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Come Konstantin Tsiolkovsky (14) ha scritto sul finire del dicianovesimo secolo, "L'uomo non resterà per sempre sulla terra; la ricerca di luce e spazio lo porterà a diffondersi oltre i confini dell'atmosfera, dapprima timidamente, ma infine per conquistare l'intero sistema solare". Nello spazio morto porteremo vita. |
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E i replicatori ci doneranno le risorse per afferrare le stelle. Una vela di luce in viaggio verso una stella e spinta dalla sola luce solare, si troverebbe presto a navigare libera nell'oscurità, più veloce di qualsiasi razzo moderno ma pur sempre così lentamente che impiegherebbe millenni per attraversare l'abisso interstellare. Possiamo tuttavia costruire una formidabile schiera di proiettori laser orbitanti attorno al Sole, e con una tale schiera dirigere un raggio fino a molto oltre il nostro sistema solare (15) affinché spinga una vela quasi fino alla velocità della luce. La traversata, in tal caso, richiederebbe soltanto degli anni. |
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Arrestare la vela rappresenta un problema. Freeman Dyson della Princeton suggerisce di frenarla con i campi magnetici associati alla lieve ionizzazione dei gas interstellari (16). Robert Forward degli Hughes Research Laboratories suggerisce (17) di ritirare il raggio, e attivare un nuovo raggio che parta dalla stessa vela e che sia diretto in verso opposto al moto della vela, in modo da decelerarne un'altra più piccola che viaggia in coda alla prima. In un modo o nell'altro (e ce ne sono molti altri), le stelle si trovano entro la nostra portata. |
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Per un lungo tempo a venire, tuttavia, il solo sistema solare può fornirci opportunità a sufficienza. Lo spazio in prossimità della Terra è sufficiente per creare paesaggi con un'area complessiva milioni di volte quella della Terra (18). Nulla ci obbligherà ad fermare l'emigrazione verso questi spazi e non sarà indispensabile far ritorno di tanto ogni tanto a visitare la vecchia patria. Non avremo neanche problemi a rifornire di energia il sistema di trasporto, poiché la luce solare inonda la Terra in soli dieci minuti con una energia (19) sufficiente a portare in orbita l'intera popolazione attuale. Viaggio spaziale e insediamenti spaziali saranno entrambi buon mercato. Se faremo un uso saggio della tecnologia molecolare, i nostri discendenti si domanderanno con meraviglia cosa abbia potuto tenerci imbottigliati sulla Terra così a lungo, ed in una così grande povertà. |
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La Società a Somma Positiva |
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Potrebbe sembrare che il costo di ogni cosa, persino del terreno (a meno che non ci si metta a scavare migliaia di chilometri di roccia sotto il suolo), dovrà crollare a zero. In un certo senso questo è quasi vero, ma in un altro senso è anche, in una certa misura, falso. La gente attribuirà sempre un valore a materia, energia, informazione ed a autentici servizi umani, perciò ogni cosa avrà ancora il suo costo. E sul lungo periodo, ci troveremo faccia a faccia con i veri limiti allo sviluppo, per cui il costo delle risorse non potrà mai essere accantonato del tutto. |
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Ciò nonostante, se sopravviveremo, replicatori e risorse spaziali ci condurranno in una lunga era durante la quale gli autentici limiti delle risorse non riusciranno ancora a metterci alle strette; un'era in cui, secondo i nostri attuali standard, persino una immensa ricchezza sembrerà virtualmente gratuita. Questo potrebbe sembrare troppo bello per essere vero, ma la natura (come al solito) non impone i suoi limiti in base alle sensazioni umane. I nostri antenati un tempo pensavano che parlare a qualcun'altro al di là del mare (distante molti mesi di viaggio di navigazione a vela) sarebbe stato troppo bello per essere vero, e tuttavia i cavi sottomarini ed i satelliti sopra il mare funzionano davvero. |
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Ma c'è anche un'altra risposta, meno piacevole per quelli che pensano che gli assemblatori siano troppo belli per essere veri: gli assemblatori minacciano anche di portarci dei rischi, nonché armi più pericolose di quelle mai viste da chiunque finora. Se la nanotecnologia potesse essere evitata e non potesse essere controllata, la gente equilibrata la eviterebbe. Pare certo, nondimeno, che la corsa tecnologica produrrà gli assemblatori partendo dalle biotecnologie così come era certo che essa avrebbe prodotto le navette spaziali partendo dai missili. I vantaggi militari offerti, da soli, saranno sufficienti a rendere quasi inevitabili i progressi. Gli assemblatori sono inevitabili, ma forse controllabili. |
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La nostra sfida è evitare i pericoli ma questo richiederà collaborazione, e noi siamo più propensi a collaborare se comprendiamo quanto abbiamo da guadagnarne. La prospettiva dello spazio e degli assemblatori-replicatori potrebbe aiutarci a spazzare via alcuni memi antichi e dannosi. |
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La vita umana era un tempo come un gioco a somma zero. L'umanità viveva vicina al suo limite ecologico e le tribù lottavano contro altre tribù per contendersi lo spazio vitale. Dove c'erano pascoli o terreni agricoli e di caccia, se un gruppo ne aveva di più c'era di sicuro un altro gruppo che doveva averne di meno. Poiché ogni guadagno doveva grosso modo essere compensato da una perdita da qualche altra parte, i benefici complessivi si assommavano a zero. Eppure la gente, che su altri aspetti cooperava comunque, riuscì a prosperare. E così i nostri antenati non impararono solo ad arraffare, ma anche a cooperare e costruire. |
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Dove erano coinvolte tasse, o trasferimenti di denaro e conflitti di corte, più per qualcuno significava ancora una volta meno per qualche altro. Con lentezza, aggiungiamo pian piano qualcosa al benessere totale, ma la redistribuzione è rapida. Se consideriamo un qualsiasi specifico giorno, le risorse sembrano fissate, il che fa nascere l'illusione che la vita sia un gioco a "somma zero". Questa illusione suggerisce che una collaborazione estesa sia inutile, perché il nostro guadagno dovrà derivare dalla perdita di qualche avversario. |
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La storia dei progressi umani dimostra invece che il gioco del mondo può essere a somma positiva. L'accelerazione della crescita economica durante i secoli recenti mostra che il ricco può diventare ancora più ricco mentre il povero diventa più ricco. A dispetto della crescita della popolazione (e dell'idea di dover dividere una torta fissa) il benessere medio pro-capite considerato sull'intera estensione mondiale, incluso quello del Terzo Mondo, è cresciuto costantemente. Fluttuazioni economiche, capovolgimenti locali, e la tendenza naturale dei media a focalizzarsi sulle cattive notizie, si combinano per oscurare i fatti riguardanti lo sviluppo economico, ma le registrazioni pubbliche lo evidenziano abbastanza chiaramente. Le risorse spaziali e gli assemblatori-replicatori accelereranno questa tendenza storica ben oltre i sogni degli economisti, catapultando la razza umana in un nuovo mondo. |
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Capitolo 7: Motori di guarigione |
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Una delle cose che ci distingue dalle nostre precedenti generazioni è che abbiamo visto i nostri stessi atomi. |
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- KARL K. DARROW, The Renaissance of Physics |
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Useremo la tecnologia molecolare anche per aver cura della nostra salute, poiché il corpo umano è fatto di molecole. Malattia, vecchiaia e ferite, sono tutti danni causati da schemi erronei nella disposizione degli atomi, sia che queste disposizioni erronee siano causate da virus invasori, che dal trascorrere del tempo o da incidenti automobilistici. Se dei dispositivi sono in grado di modificare a piacimento le disposizioni di atomi, saranno anche capaci di modificarle secondo uno schema corretto. In medicina la nanotecnologia costituirà un passo avanti di importanza fondamentale. |
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Per trattare una malattia, i medici attuali devono sostanzialmente fare affidamento su chirurgia e farmaci. I chirurghi hanno compiuto progressi significativi, per esempio passando dal suturare le ferite ed amputare membra, al riparare cuori e riconnettere membra recise. Utilizzando microscopi e fini strumenti, riescono a riconnettere canali sanguinei e nervi delicatissimi. Tuttavia, persino la migliore microchirurgia non può essere in grado né di tagliare né di suturare le strutture di tessuto più fini. I bisturi e gli attrezzi da sutura attuali sono semplicemente troppo rozzi per poter riparare capillari, cellule e molecole. Consideriamo la chirurgia "delicata" dalla prospettiva di una cellula: una immensa lama penetra rapidamente, e strada facendo attraversa una moltitudine di cellule, triturandone a migliaia e macellando ciecamente il loro macchinario molecolare. Successivamente, un grande obelisco si immerge nella ressa di cellule oramai separata in due distinti lembi di carne, e si trascina dietro un cavo lungo come un treno merci per legare assieme i due lembi. Dalla prospettiva di una cellula anche la chirurgia più delicata, eseguita con bisturi raffinati ed grande abilità, rimane ancora un lavoro da macellaio. Solo la capacità delle cellule di abbandonare i loro morti, raggrupparsi nuovamente e moltiplicarsi, rende possibile la guarigione. |
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Tuttavia, come sanno fin troppo bene molte vittime paralizzate a causa di incidenti, non tutti i tessuti guariscono. |
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La terapia farmacologica, a differenza della chirurgia, tratta con le strutture più fini interne alle cellule. Le molecole di un farmaco sono dei semplici dispositivi molecolari. Molti di essi, agiscono nelle cellule su molecole specifiche. Le molecole di morfina, per esempio, nelle cellule del cervello si legano a certi recettori molecolari e influenzano la recettività di tali cellule nei confronti degli impulsi neurali che segnalano il dolore. Insuline, beta-bloccanti ed altri farmaci, si adattano ad altri recettori. Ma le molecole farmaceutiche lavorano senza una precisa direzione. Una volta trasferite nel corpo esse vagano nella soluzione acquosa in cui si trovano, roteando su se stesse e rimbalzando del tutto a caso, fino a che riescono eventualmente a colpire una molecola bersaglio ed a farlo nella giusta orientazione per adattarsi ad essa, aderirvi, ed influire infine sul suo funzionamento. |
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I chirurghi possono esaminare i problemi e pianificare azioni, ma usano ancora strumenti troppo rozzi; le molecole dei farmaci agiscono sui tessuti a livello molecolare, ma sono ancora troppo semplici per poter "sentire", "pianificare" ed "agire". Le macchine molecolari dirette da nanocomputer offriranno ai medici una possibilità di scelta alternativa. Esse combineranno sensori, programmi e strumenti molecolari in sistemi in grado di esaminare e riparare i componenti ultimi delle singole cellule. Ci doteranno del controllo chirurgico sul dominio molecolare. |
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Ci vorranno anni perché questi dispositivi molecolari avanzati arrivino, ma alcuni ricercatori spronati da particolari necessità mediche sono già impegnati nello studio dell'ingegneria e delle macchine molecolari. I migliori farmaci sono quelli che influenzano macchine molecolari specifiche in modi specifici. La penicillina, per esempio, uccide certi batteri inceppando il funzionamento del nanomacchinario che essi usano per costruire le loro pareti cellulari, con scarso effetto collaterale sulle cellule umane. |
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I biochimici studiano le macchine molecolari sia per imparare come costruirle che per imparare a demolirle. In giro per il mondo (e soprattutto per il terzo mondo) una disgustosa varietà di virus, batteri, protozoi funghi e vermi, parassitizzano la carne umana. Come per la penicillina, farmaci sicuri ed efficaci per questi malesseri dovrebbero bloccare il macchinario molecolare parassita, e nel contempo lasciare intatto quello umano. Il Dottor Seymour Cohen (1), professore di scienza della farmacologia al SUNY (Stony Brook, New York) afferma che i biochimici dovrebbero studiare in maniera sistematica il macchinario molecolare di questi parassiti. Una volta che i biochimici abbiano determinato la forma e la funzione di una macchina proteica già esistente nel regno della vita, spesso potrebbero anche scoprirsi capaci di progettare una molecola appositamente conformata per bloccarla e distruggerla. Tali farmaci potrebbero liberare l'umanità da orrori antichi come la schistosomiasi, e da quelli nuovi come l'AIDS. |
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Le compagnie farmaceutiche stanno già riprogettando alcune molecole, basandosi sulla conoscenza delle loro modalità di funzionamento. I ricercatori della Upjohn Company(2) hanno progettato e realizzato molecole modificate di vasopressina, un ormone costituito da una breve catena di aminoacidi. La vasopressina incrementa il ritmo di lavoro del cuore e riduce il tasso con il quale i reni producono urina; tutto ciò aumenta la pressione sanguinea. I ricercatori hanno progettato molecole di vasopressina modificata che influenzano i recettori molecolari nei reni più di quanto facciano con quelli del cuore, dotando così la vasopressina di effetti medicali più specifici e controllabili. In tempi più recenti hanno progettato una molecola modificata di vasopressina che si lega ai recettori renali senza un reale effetto diretto, e tuttavia bloccando ed inibendo l'azione della vasopressina naturale. |
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Le necessità della medicina sproneranno ulteriormente questi studi, incoraggiando i ricercatori a muovere passi ulteriori verso la progettazione di proteine e verso l'ingegneria molecolare. Pressioni mediche, militari ed economiche, spingeranno tutte assieme nella stessa direzione. La tecnologia molecolare realizzerà progressi impressionanti persino prima del passo avanti tecnologico degli assemblatori; le attuali tendenze nella biotecnologia ce lo confermano. Tuttavia, questi progressi saranno di solito graduali e difficili da prevedere, in quanto ognuno di essi sfrutterà qualche dettaglio specifico della biochimica. In seguito, quando applicheremo alla medicina gli assemblatori ed i sistemi di IA tecnica, raggiungeremo abilità più estese e ben più facili da prevedere. |
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Per comprendere queste abilità, prendiamo in considerazione le cellule ed i loro meccanismi di auto-riparazione. Radioattività naturale e composti chimici nocivi scindono le molecole delle cellule del vostro corpo, producendo frammenti molecolari reattivi. Questi possono andarsi a legare in modo erroneo ad altre molecole, in un processo denominato cross-linking, [NdT- un processo che crea legami chimici fra due catene molecolari separate, come ribadito nel glossario]. Un po' come fossero pallottole e grumi di colla, radioattività e frammenti chimici reattivi danneggiano le cellule, sia perché spezzano i legami chimici delle loro macchine molecolari, sia perché incollano arbitrariamente assieme queste macchine. |
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Se le vostre cellule riparassero se stesse, il danno le ucciderebbe rapidamente oppure accelererebbe all'impazzata il loro funzionamento fino a danneggiare i loro sistemi di controllo. Ma l'evoluzione ha favorito organismi con macchinario capace di porre qualche rimedio a questo problema. Il sistema industriale auto-replicante descritto nel capitolo 4 sa riparare se stesso sostituendo le parti danneggiate; le cellule fanno la stessa cosa. Finché il DNA di una cellula resta intatto, esso può produrre "nastri" di istruzioni scevri da errori ed utilizzarli per dirigere i ribosomi nell'assemblaggio di nuove macchine proteiche. |
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Sfortunatamente per noi, il DNA stesso subisce dei danni, ed il risultato di tali danni sono le mutazioni. Gli enzimi di riparazione, in qualche misura, compensano il problema individuando e riparando certi tipi di danni del DNA. Queste riparazioni aiutano le cellule a sopravvivere, ma i meccanismi di riparazione esistenti sono troppo semplici per correggere tutti i problemi, nel DNA come altrove. Gli errori si accumulano contribuendo, col tempo, all'invecchiamento e alla morte delle cellule, e della persone stesse. |
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Vita, Mente e Macchine |
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Ha senso descrivere le cellule come "macchinario", siano esse autoriparanti o meno? Potrebbe sembrare, poiché siamo fatti di cellule, che questa terminologia riduca gli esseri umani a "semplici macchine", in conflitto con una comprensione olistica della vita. |
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Ma una definizione da dizionario di olismo(3) è: "la teoria che la realtà sia fatta di interi organici o unificati, più grandi della semplice somma delle loro parti.". Ciò è senza dubbio applicabile alle persone: una semplice somma delle nostre parti potrebbe somigliare ad un hamburger, essendo infatti priva sia di mente che di vita. |
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Il corpo umano contiene alcune decine di migliaia di miliardi di miliardi di parti proteiche, e nessuna macchina complessa fino a questo punto può meritarsi di essere etichettata come "semplice" macchina. Qualunque sintetica descrizione di un sistema tanto complesso non può evitare di risultare grossolanamente incompleta, e tuttavia a livello molecolare una descrizione in termini di macchinario ha perfettamente senso. Le molecole possiedono delle semplici parti mobili, e molte di tali parti mobili agiscono come tipologie di macchine piuttosto familiari. Considerate nel complesso le cellule possono senz'altro apparire meno meccaniche di quel che sono, e tuttavia i biologi trovano molto utile descriverle in termini di macchinario molecolare. |
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I biochimici hanno svelato quelli che una volta erano i misteri centrali della vita, ed hanno cominciato a corredare di dettagli le spiegazioni di questi misteri. Hanno indagato su come le macchine molecolari demoliscano le molecole di cibo nei loro blocchi di costruzione costituenti, e come poi riassemblino queste parti per costruire un tessuto rinnovato. Molti dettagli della struttura di una cellula umana restano ancora sconosciuti (in una singola cellula si possono trovare anche miliardi di grandi molecole e in migliaia di tipi differenti), ma per alcuni virus i biochimici hanno già completato la redazione di una mappa di ogni loro parte costituente. I laboratori biochimici espongono spesso un grande diagramma a muro che mostra come si svolgano i principali flussi dei blocchi di costruzione molecolari all'interno di un qualche batterio. I biochimici comprendono in dettaglio molti dei processi della vita, e quello che ancora non comprendono sembra comunque funzionare in base agli stessi principi. Il mistero dell'ereditarietà è diventato l'industria dell'ingegneria genetica. Persino lo sviluppo embrionale e la memoria sono stati spiegati in termini di trasformazioni biochimiche e strutturali della cellula. |
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Nelle ultime decadi, la reale essenza della nostra ignoranza residua è cambiata totalmente. Un tempo i biologi guardavano al processo della vita e si domandavano: "Come può accadere?". Ma oggi comprendono i principi generali della vita stessa, e studiando uno specifico processo vivente di solito si domandano: "Fra i molti modi in cui questo può accadere, qual'è quello che la natura ha scelto?". In molte occasioni i loro studi hanno ristretto le spiegazioni possibili ad una sola. Certi processi biologici, come per esempio la coordinazione delle cellule appartenenti ad embrioni in via di sviluppo, oppure i processi di un cervello capace di apprendimento, o quelli dei sistemi di reazione immunologica, rappresentano tuttora una vera sfida all'immaginazione. E tuttavia questo non accade perché ci sia qualche profondo mistero ancora da svelare riguardo il modo in cui funzionano le parti coinvolte in questi processi, ma solo a causa della immensa complessità delle interazioni fra le parti che contribuiscono al processo globale. |
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Le cellule obbediscono alle stesse leggi naturali che descrivono il resto del mondo. Le macchine proteiche, se poste in appropriati ambienti molecolari, funzioneranno allo stesso modo sia quando si trovino in una cellula funzionante che quando il resto della cellula sia stato distrutto e sciacquato via giorni prima. Le macchine molecolari non conoscono nulla sulla "vita" o sulla "morte". |
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I biologi, quando proprio se ne preoccupano, talvolta definiscono la "vita" come la capacità di crescere, replicarsi e rispondere agli stimoli. Ma sulla base di questi standard un sistema di fabbriche di replicazione privo di mente potrebbe egualmente definirsi vivo, mentre non potrebbe definirsi tale una intelligenza artificiale cosciente e modellata sulla mente umana. I virus sono vivi oppure sono "semplicemente" delle ingegnose macchine molecolari? Nessun esperimento può dirlo perché la natura non ha tracciato linee di demarcazione precise fra il vivente ed il non vivente. I biologi che lavorano con i virus, piuttosto, si domandano molto più pragmaticamente: "Un virus con questa specifica funzionalità virale, ha qualche possibilità?". In medicina, le etichette di "vita" e "morte" dipendono dalle capacità mediche: i medici si chiedono "Considerata questa specifica funzione del paziente, abbiamo fatto il nostro meglio?". I medici, quando passano essi stessi al ruolo di pazienti, muoiono esattamente come questi, se il cuore si ferma. I medici attuali decretano la morte del paziente quando disperano di ripristinare una attività cerebrale. I progressi della medicina cardiaca modificheranno questa definizione; i progressi della medicina cerebrale la modificheranno ancora una volta. |
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Proprio come alcune persone non si sentono a proprio agio con l'idea di macchine pensanti, così ci saranno persone a disagio con l'idea di macchine che giacciono alle fondamenta del nostro stesso processo di pensiero. Ancora una volta è la parola "macchina" che sembra congiurare per proporre l'immagine sbagliata, una sorta di visione di metallo ottuso e sferragliante, piuttosto che di guizzanti segnali lungo un intreccio di fibre neurali connesse in un arazzo vivente più intricato di quanto la stessa mente che esso incorpora possa pienamente comprendere. Le uniche macchine cerebrali autenticamente simili a "macchine", sono di dimensioni molecolari, più piccole delle fibre più fini. |
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Un intero non somiglia necessariamente alle sue parti. Una protuberanza solida difficilmente assomiglia ad una fontana danzante, e tuttavia un insieme di aggregati molecolari solidi formano l'acqua fluida. Analogamente, miliardi di macchine molecolari formano fibre neurali e sinapsi, migliaia di fibre e sinapsi formano una cellula neurale, e miliardi di cellule neurali formano il cervello che incorpora la fluidità del pensiero. |
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Dire che la mente è "soltanto un insieme di macchine molecolari" è come dire che Mona Lisa è "soltanto un insieme di spennellate di vernice". Affermazioni di questo tipo confondono le parti con l'intero, e confondono la materia con gli schemi che essa incorpora. Non siamo meno umani per il solo fatto d'essere costituiti da molecole. |
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Dai Farmaci alle Macchine Ripara-Cellule |
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Essendo fatti di molecole ed essendo al tempo stesso umanamente preoccupati della nostra salute, applicheremo le macchine molecolari alla tecnologia biomedica. I biologi già utilizzano antibiotici per marcare le proteine, enzimi per separare e congiungere frammenti di DNA, e siringhe virali (come il batteriofago T4) per iniettare in batteri del DNA modificato. In futuro essi utilizzeranno le nanomacchine costruite dagli assemblatori per esaminare e modificare le cellule. |
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Con strumenti come i disassemblatori, i biologi saranno in grado di studiare le strutture cellulari fino agli ultimi dettagli molecolari. Essi potranno catalogare le centinaia di migliaia di tipi diversi di molecole nel corpo e redigere una mappa della struttura delle centinaia di tipi diversi di cellule. I biologi potranno descrivere le parti e le strutture di un tessuto in modo non dissimile rispetto a ingegneri che compilino una lista di parti costituenti e disegnino i progetti di una automobile. E per allora, potranno anche farsi aiutare da sofisticati sistemi di IA tecnica(4). |
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Lo scopo dei medici è la salute dei tessuti, ma con i farmaci e la chirurgia possono soltanto incoraggiare i tessuti affinché si riparino da soli. Le macchine molecolari permetteranno una riparazione più diretta, portandoci in una nuova era della medicina. |
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Per riparare un'automobile, un meccanico anzitutto raggiunge il complesso di parti che non funziona, poi identifica i singoli pezzi guasti, ed infine ricostruisce o sostituisce questi ultimi. La riparazione cellulare coinvolge gli stessi compiti di base e, come già dimostrano i sistemi viventi, si tratta di compiti che è realmente possibile eseguire. |
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Accesso: |
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I globuli bianchi del sangue abbandonano il flusso sanguineo e si muovono attraverso i tessuti. I virus entrano nelle cellule. Anche i biologi riescono a penetrare le cellule senza ucciderle. Questi esempi mostrano che le macchine molecolari possono raggiungere le cellule e riuscire a penetrarle. |
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Riconoscimento: |
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Gli anticorpi e le fibre di coda del batteriofago T4 dimostrano che, come d'altronde accade in tutte le specifiche interazioni biochimiche, il sistema molecolare può riconoscere altre molecole grazie al tocco. |
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Disassemblaggio: |
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Gli enzimi digestivi (ed altri agenti chimici, ben più feroci) dimostrano che il sistema molecolare può disassemblare le molecole danneggiate. |
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Ricostruzione: |
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Replicandosi, le cellule dimostrano che il sistema molecolare può costruire o ricostruire ogni tipo di molecola contenuta nelle cellule. |
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Reassemblaggio: |
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La natura dimostra anche che molecole separate possono essere nuovamente ricongiunte(5). Ad esempio, il macchinario del batteriofago T4 si autoassembla(6) dalla soluzione liquida con l'aiuto, a quanto pare, di un solo enzima. La replicazione delle cellule dimostra che i sistemi molecolari possono assemblare ogni sistema contenuto nelle cellule. |
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Quindi, la natura mostra di fare uso di tutte le operazioni di base che sono necessarie per effettuare riparazioni cellulari di livello molecolare. Inoltre, come ho descritto nel capitolo 1, i sistemi basati sulle nanomacchine saranno generalmente più compatti e più capaci di quelli che si trovano in natura. I sistemi naturali ci mostrano soltanto i limiti inferiori al possibile, nella riparazione di cellule come in qualunque altra cosa. |
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Macchine di Riparazione Cellulare |
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Riassumendo, con la tecnologia molecolare e con l'IA tecnica compileremo una completa descrizione a livello molecolare dei tessuti sani, e costruiremo macchine capaci di entrare nelle cellule e percepire e modificare le loro strutture. |
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Le macchine ripara-cellule saranno di dimensioni comparabili a quelle di batteri e virus, ma la maggiore compattezza delle loro parti permetterà a queste macchine di essere più complesse. Viaggeranno attraverso i tessuti come fanno i globuli bianchi del sangue, ed entreranno nelle cellule come fanno i virus, potendo persino aprire e chiudere le membrane cellulari con l'attenzione di un chirurgo. All'interno di una cellula, una macchina riparatrice per prima cosa valuterà la situazione esaminando contenuto e attività della cellula, quindi intraprenderà azioni adeguate. Le prime macchine ripara-cellule saranno altamente specializzate, in grado di riconoscere e correggere solo un singolo tipo di disordine molecolare, ad esempio la deficienza di un enzima o una qualche specifica forma di danno sul DNA. Le macchine successive (non molto più tardive, grazie al lavoro di progettazione compiuto da avanzati sistemi di IA tecnica) saranno invece programmate per possedere abilità più generali. |
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Complesse macchine riparatrici avranno bisogno di essere guidate da nanocomputer. Un computer meccanico di un micrometro cubo come quello che ho descritto nel capitolo 1, occuperà un millesimo del volume di una tipica cellula, pur contenendo più informazioni di quante ne contenga il DNA delle cellule. In un sistema riparatore tali computer dirigeranno altri computer più piccoli e più semplici, che a loro volta dirigeranno la macchine perché esaminino, scartino e ricostruiscano, strutture molecolari danneggiate. |
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Lavorando molecola dopo molecola, struttura dopo struttura, le macchine riparatrici saranno capaci di riparare intere cellule. Lavorando cellula dopo cellula, e tessuto dopo tessuto (aiutate, dove sia necessario, da dispositivi più grandi) esse saranno in grado di riparare interi organi. Lavorando in lungo ed in largo su una persona, organo dopo organo, ripristineranno interamente la sua salute. Poiché le macchine molecolari saranno capaci di costruire da zero molecole e cellule, saranno anche in grado di riparare ogni danno di una cellula che sia causa di una sua completa inattività. Per cui, le macchine ripara-cellule determineranno un passo avanti tecnologico fondamentale: esse libereranno la medicina dal dover affidarsi alla auto-riparazione in quanto unica strada percorribile verso la guarigione. |
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Per riuscire a raffigurarci una avanzata macchina ripara-cellule, immaginiamola, assieme con tutta la cellula, ingrandita fino a che i suoi atomi abbiano le dimensioni di piccole biglie. Su questa scala, gli strumenti più piccoli della macchina riparatrice montano sulle loro estremità dei puntali grandi all'incirca quanto le dita della vostra mano; una proteina di dimensioni medie, come l'emoglobina, avrebbe la dimensione di una macchina da scrivere, ed un ribosoma sarebbe grande quanto una lavatrice. Un singolo dispositivo di riparazione conterrebbe un semplice computer dalla dimensione di un piccolo camion, ricoperto da molti sensori delle stesse dimensioni della proteina, con svariati manipolatori delle stesse dimensioni di un ribosoma. Il dispositivo di riparazione è inoltre dotato di memoria nonché di dispositivi per fornire energia motoria. Un volume totale di dieci metri di lato, ossia la dimensione di un edificio grosso come un piccolo albergo, contiene tutte queste parti e molte altre. Poiché tutto questo volume è riempito da parti della dimensione di biglie, la macchina riparatrice può essere capace di fare cose molto complesse. |
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Ma questo dispositivo riparatore non lavora da solo. Esso, come i suoi innumerevoli fratelli, è connesso a computer più grandi tramite collegamenti meccanici per trasmissione dati aventi diametro pari a quello del vostro braccio. Su questa scala, un computer di un micrometro cubo, dotato di una grande memoria, riempie un volume di tre piani in altezza e trenta volte campi di calcio in area. Il dispositivo riparatore passa informazioni al computer, e da esso riceve in risposta istruzioni generali. Oggetti così grandi e complessi sono pur sempre ancora sufficientemente piccoli: su questa scala, la cellula stessa si estende per un chilometro, e basterebbe perciò per contenere mille volte il volume di un computer di un micrometro cubo, o un milione di volte il volume di un singolo dispositivo riparatore. Le cellule sono spaziose. |
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Queste macchine saranno in grado di fare tutto ciò che deve essere fatto per riuscire a riparare le cellule? L'esistenza delle macchine molecolari dimostra la possibilità di viaggiare lungo i tessuti, entrare nelle cellule, riconoscere le strutture molecolari, e così via. Ma anche altri requisiti sono importanti. Le macchine riparatrici lavoreranno abbastanza velocemente? E se saranno in grado di farlo, non potrebbero forse dissipare talmente tanta energia da arrostire il paziente? |
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Le riparazioni più intensive non possono richiedere moli di lavoro immensamente maggiori di quelle necessarie per costruire una cellula da zero. Eppure, le macchine molecolari che lavorano all'interno del limitato volume di una cellula fanno, di routine, proprio questo, riuscendo infatti a costruire una nuova cellula in soli dieci minuti (nei batteri) o al più poche ore (nei mammiferi). Ciò implica che delle macchine riparatrici occupino solo poche unità percentuali del volume di una cellula, saranno in grado di completare anche riparazioni molto estese in tempi ragionevoli di giorni o al massimo settimane. Le cellule possono ben tollerare questa occupazione abusiva del loro volume. Persino le cellule cerebrali continuano ancora a funzionare quando un inoperoso rifiuto denominato lipofucsina (7) (il prodotto di qualche forma di danneggiamento molecolare, a quanto pare) arriva a riempire oltre il dieci per cento del loro volume. |
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Rifornire energia ai dispositivi di riparazione sarà facile: le cellule contengono, per loro stessa natura, dei carburanti chimici per le nanomacchine. La natura dimostra anche che è possibile raffreddare le macchine riparatrici: le cellule nel vostro corpo si rinnovano incessantemente, e gli animali più giovani crescono rapidamente senza arrostirsi. La gestione del calore prodotto da un simile livello di attività delle macchine riparatrici non provocherà neanche il sudore o per lo meno non farà poi sudare granché, visto e considerato che una lieve sudorazione è il prezzo da pagare per mantenersi in salute. |
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Tutti questi paralleli fra macchine di riparazione artificiali e meccanismi biologici esistenti in natura sollevano la questione riguardo la fondatezza dell'idea che le macchine riparatrici possano davvero riuscire a migliorare la natura. A questo proposito, la riparazione del DNA costituisce un nitido esempio chiarificatore. |
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Proprio come una illetterata "macchina ripara-libri" potrebbe riconoscere e riparare una pagina strappata, così un enzima di riparazione del DNA può riconoscere in esso, nonché riparare, sia i suoi legami spezzati che gli erronei legami del DNA con catene e frammenti molecolari estranei (cross-links). Tuttavia, la correzione degli errori ortografici (o mutazioni), richiederebbe la capacità di leggere. La natura manca di macchine di riparazione di questo tipo, che pure sarebbero di facile costruzione. Immaginiamo tre molecole di DNA identiche, ognuna con la stessa sequenza di nucleotidi. Ora immaginiamo che ogni filamento sia mutato, a seguito del cambiamento di soltanto pochi sparuti nucleotidi. Ogni filamento, preso di per se, sembra ancora normale. Ciò nonostante, una macchina riparatrice potrebbe confrontare ogni filamento con agli altri, un segmento alla volta, riuscendo così ad individuare un nucleotide che non corrisponda ai suoi omologhi negli altri filamenti. Modificando i nucleotidi sospetti in modo che corrispondano a quelli degli altri due filamenti di DNA, il danno sarà quindi riparato. |
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Questo metodo però, non può che fallire se due filamenti mutano nella stessa posizione. Immaginiamo che, dopo migliaia di mutazioni, il DNA di ognuna di tre distinte cellule umane, sia stato seriamente danneggiato; ogni cellula ha un nucleotide modificato su un milione. La procedura per individuare le correzioni da apportare ai nostri tre filamenti fallirà, secondo un criterio statistico, grosso modo per una specifica posizione su ogni milione di milioni di posizioni esaminate. Ma se confrontiamo cinque filamenti per volta, i nucleotidi dubbi diventano circa uno su un milione di milioni di milioni (8), e così via. Un dispositivo che confronti molti filamenti avrà, di fatto, una probabilità praticamente nulla di non riuscire a correggere un qualsiasi errore presente. |
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In pratica, le macchine riparatrici confronteranno molecole di DNA di cellule diverse, ne produrranno copie corrette(9) e utilizzeranno le copie come riferimento per correggere e riparare il DNA lungo l'intera estensione di un tessuto. Confrontando filamenti diversi, le macchine riparatrici miglioreranno drasticamente le loro prestazioni rispetto ai nostri enzimi di riparazione. |
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Altre riparazioni richiederanno altri tipi di informazioni sulle caratteristiche distintive delle cellule sane e su come una particolare cellula danneggiata differisca dalla norma. Gli anticorpi sanno identificare le proteine tramite il tocco, e anticorpi scelti in modo appropriato sanno, di solito, distinguere fra due qualsiasi proteine tramite la rilevazione delle loro differenze nella forma e nelle proprietà di superficie. Le macchine riparatrici identificheranno le molecole in modo analogo(10). Con un computer adatto, ed un apposito database, saranno in grado di svolgere l'identificazione delle proteine tramite la lettura delle loro sequenze di aminoacidi. |
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Consideriamo un sistema di riparazione complesso e molto capace(11). Un volume di due micrometri cubici, circa due millesimi del volume di una tipica cellula, sarà sufficiente a contenere un centralizzato sistema di base dati in grado di: |
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1. Identificare rapidamente, dall'esame di una breve sequenza di aminoacidi, una qualunque fra centinaia di migliaia di proteine umane. |
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2. Identificare tutte le altre molecole complesse che normalmente si trovano in una cellula. |
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3. Registrare tipo e posizione di ogni grossa molecola riscontrata nella cellula. |
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Ognuno dei più piccoli fra dispositivi di riparazione (o forse anche qualche migliaio fra quelli presenti in una cellula) includerà un computer di minori capacità. Ognuno di questi computer sarà in grado di effettuare oltre mille passi computazionali nello stesso tempo impiegato da un tipico enzima per modificare un singolo legame molecolare, sicché la velocità di elaborazione potenziale sarà più che adeguata. Poiché ogni computer sarà in comunicazione con un computer più grande(12), nonché con la base di dati centrale, sembra che la memoria disponibile sarà anch'essa adeguata. Le macchine ripara-cellule avranno perciò sia gli strumenti molecolari di cui necessitano, che sufficiente "cervello" per decidere come utilizzarli. |
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Una tale sofisticazione potrebbe super-uccidere (super-curare?) molti problemi di salute. Dei dispositivi che siano capaci semplicemente di riconoscere e distruggere tipi specifici di cellule, per esempio, saranno sufficienti per curare il cancro. Disporre una rete di computer in ogni cellula sarebbe come tagliare il burro con una sega elettrica, sebbene avere a disposizione una sega elettrica ci assicura di poter tagliare anche il burro più duro. Pare che sia meglio mostrare troppo, piuttosto che troppo poco, se lo scopo è quello di descrivere i limiti del possibile in medicina. |
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Esempi di Cure |
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Le più semplici applicazioni mediche delle nanomacchine riguarderanno non la riparazione ma la distruzione selettiva. Il cancro ne costituisce un esempio; le malattie infettive ne forniscono un'altro. Lo scopo è semplice: l'unica cosa che è necessaria è riconoscere e distruggere i replicatori dannosi, siano essi batteri, cellule cancerogene, virus, o vermi. Analogamente, crescite anormali delle arterie e depositi su pareti arteriose sono la causa della maggior parte delle malattie cardiache; macchine che riconoscano, distruggano e rimaneggino queste anomalie, puliranno le arterie per ottenere un flusso sanguineo più normale. La distruzione selettiva curerà anche malattie come l'herpes, dovuta ad un virus che inietta i suoi geni nel DNA di una cellula ospite. Un dispositivo di riparazione entrerà nella cellula, leggerà il suo DNA, e da esso rimuoverà il codice aggiunto che sta per "herpes." |
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Riparare molecole danneggiate dai cross-links sarà piuttosto diretto. Una macchina ripara-cellule, di fronte ad una proteina alla quale si sono legati frammenti proteici estranei, anzitutto identificherà i danni grazie l'esame di brevi sequenze di aminoacidi, e poi leggerà lo schema corretto della proteina in un database. Sicché, la macchina confronterà la proteina con lo schema letto nel database, un amminoacido per volta. Come un correttore di bozze alla ricerca di significati sbagliati e caratteri anomali (per esempio: "char#tteri"), essa individuerà ogni aminoacido alterato, o impropriamente legato alla proteina. Una volta che abbia corretto questi difetti, la macchina si lascerà alle spalle una proteina normalizzata, pronta a compiere il suo lavoro per la cellula. |
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Le macchine riparatrici possono anche aiutare la guarigione. Dopo un attacco di cuore, al posto dei muscoli morti ci saranno dei tessuti cicatrizzati. Le macchine riparatrici, andando a reimpostare i meccanismi di controllo cellulare, stimoleranno il cuore a sviluppare muscoli freschi. Rimuovendo i tessuti cicatrizzati e pilotando la crescita di muscoli freschi, esse guideranno il cuore verso la guarigione. |
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Questa lista potrebbe continuare scorrendo un problema dopo l'altro (avvelenamento da metalli pesanti? Trovare e rimuovere tutti gli atomi di metallo) ma la conclusione è facile da riassumere. I disordini fisici sono dovuti ad atomi in disposizioni erronee; le macchine riparatrici saranno in grado di riportare tali disposizioni atomiche in un ordine funzionante, ripristinando la salute del corpo. Piuttosto che compilare una lista senza fine di malattie curabili (artrite, borsite, cancro, febbri innumerevoli che vanno da quella causata dal virus dengue fino alla febbre gialla, malaria, e così via), ha più senso proseguire il discorso rivolgendo lo sguardo verso i limiti di ciò che possono fare le macchine ripara-cellule. Limiti che, comunque, esistono. |
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Consideriamo l'ictus, come esempio di uno dei problemi che apporta un danno cerebrale. La prevenzione è concettualmente abbastanza semplice: Un vaso sanguineo nel cervello si è indebolito, gonfiato, ed è predisposto all'esplosione? Lo si può stendere fino a fargli prendere la sua forma, guidando nel contempo la crescita di fibre di rinforzo. Coaguli anomali minacciano di bloccare la circolazione? Dissolvere i coaguli e normalizzare il sangue ed i rivestimenti interni dei vasi sanguinei per prevenire il ripresentarsi del problema. Anche i danni neurali moderati derivati da ictus saranno riparabili: se una ridotta circolazione ha pregiudicato la funzione ma ha lasciato le strutture cellulari intatte, si può ripristinare la circolazione e riparare le cellule, utilizzando la loro struttura come guida per il recupero del tessuto al suo stato precedente. Questo non solo ripristina ogni funzionalità cellulare, ma preserva inoltre la memoria e le abilità mentali che sono incorporate nello schema neurale di quella parte del cervello. |
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Le macchine riparatrici saranno capaci di rigenerare tessuto cerebrale fresco persino quando il suo danneggiamento ha cancellato questi schemi. Ma il paziente perderebbe, in tal caso, quella parte delle precedenti memorie e abilità che in origine aveva sede in quella porzione di cervello. Se uno schema neurale unico è stato davvero cancellato, le macchine ripara-cellule non potrebbero fare nulla di più di quello che potrebbe fare un restauratore d'arte per ripristinare un arazzo a partire da un mucchietto di cenere. La perdita di informazione causata dalla cancellazione della struttura impone il più importante limite fondamentale alla riparazione dei tessuti. |
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Altri compiti sono oltre la portata delle macchine ripara-cellule, per svariate ragioni: un esempio di tali compiti è quello del mantenimento della salute mentale. Le macchine ripara-cellule sapranno ovviamente correggere alcuni problemi. La pazzia talvolta ha cause biochimiche, come se il cervello si drogasse o avvelenasse da se, mentre altri problemi mentali derivano invece da danneggiamenti dei tessuti. Ma molti problemi hanno poco a che fare con la salute delle cellule nervose e con qualsiasi altra cosa si possa fare per favorire la salute mentale. |
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Una mente ed il tessuto del suo cervello sono come un romanzo e la carta del suo libro. Macchie di inchiostro o inondazioni possono danneggiare il libro, rendendo difficile leggere il romanzo. Delle macchine ripara-libri potrebbero nonostante tutto ripristinare la salute "fisica" del libro, rimuovendo l'inchiostro estraneo o essiccando e riparando la fibre cartacee danneggiate. Tali trattamenti non potrebbero comunque far nulla per il contenuto del libro, poiché quest'ultimo non è "fisico" in senso stretto. Se il libro è un romanzetto economico, con una trama stereotipa e personaggi superficiali, sarebbe necessaria una riparazione del romanzo, non dell'inchiostro e della carta. Questa riparazione richiederebbe un intervento "non fisico", ma più lavoro da parte dell'autore, eventualmente aiutato da qualche buon consiglio. |
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Analogamente, la rimozione di veleni dal cervello e la riparazione delle sue fibre nervose può attenuare qualche offuscamento mentale, ma non può revisionare il contenuto della mente. Quest'ultimo può essere modificato soltanto dal paziente, e con grande sforzo. Tutti noi siamo gli autori della nostra mente. Ma poiché le menti modificano se stesse per mezzo della modifica dei relativi cervelli, avere una mente in salute aiuterà a pensare lucidamente ben più di quanto la qualità della carta di un foglio aiuti a scriverci sopra in modo leggibile. |
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I lettori che hanno famigliarità con i computer potrebbero preferire di pensare in termini di hardware e software. Una macchina potrebbe riparare un hardware di computer pur senza modificare ne comprendere nulla del suo software. |
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Tali macchine potrebbero arrestare l'attività del computer ma lasciare gli schemi di memoria intatti e pronti a funzionare ancora. Nei computer con il giusto tipo di memoria (denominata "non volatile"), gli utenti fanno proprio questo, semplicemente premendo l'interruttore del computer che disconnette la sua alimentazione elettrica. Questo compito, nel caso del cervello, sembra essere di più complessa attuazione, e tuttavia avere la possibilità di indurre un simile stato costituirebbe un vantaggio dal punto di vista medico. |
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Anestesia Potenziata |
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I medici possono già arrestare e riavviare la coscienza andando ad interferire con la attività chimica che è alla base della mente. Per tutta la loro vita attiva, le macchine molecolari nel cervello elaborano e trasformano molecole. Alcuni disassemblano zuccheri, li combinano con ossigeno ed immagazzinano l'energia che essi rilasciano. Alcuni pompano ioni salini attraverso le membrane cellulari; altri costruiscono piccole molecole e le rilasciano perché svolgano la funzione di segnali per altre cellule. Questi processi costituiscono il metabolismo del cervello, la somma totale della sua attività chimica. Assieme ad i suoi effetti elettrici, questa attività metabolica è alla base dei mutevoli schemi del pensiero. |
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I chirurghi tagliano i pazienti con i bisturi. Nella metà dell'800, impararono ad utilizzare delle sostanze chimiche capaci di interfacciarsi con il metabolismo cerebrale bloccando il pensiero cosciente ed impedendo al paziente di obiettare troppo energicamente mentre lo si incideva. Tali sostanze chimiche erano gli anestetici. Le loro molecole entrano ed escono dal cervello liberamente, permettendo agli anestesisti di arrestare e riavviare la coscienza umana. |
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La gente aveva a lungo sognato di scoprire un farmaco che interferisse col metabolismo dell'intero corpo, capace di interrompere il metabolismo per ore, giorni, o anni. Il risultato sarebbe stato una condizione di biostasi (da bio, vita, e da stasis, un arresto o uno stato stabile). Un metodo per produrre una biostasi reversibile potrebbe aiutare gli astronauti nei lunghi viaggi spaziali al fine di risparmiare cibo ed evitare la noia, o potrebbe servire come una sorta di viaggio nel tempo unidirezionale. In medicina, la biostasi rappresenterebbe una anestesia profonda in grado di dare ai medici più tempo per lavorare. Quando situazioni di emergenza capitino molto lontane dal posto in cui c'è la disponibilità di un aiuto medico, una buona procedura di biostasi costituirebbe una sorta di trattamento medico universale di pronto soccorso: essa infatti stabilizzerebbe la condizione del paziente ed impedirebbe alle macchine molecolari di persistere nel loro frenetico malfunzionamento fino a danneggiare i tessuti. |
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Ma nessuno ha trovato un farmaco capace di arrestare l'intero metabolismo nel modo in cui gli anestetici bloccano la coscienza, ossia in modo che la stasi possa essere invertita semplicemente "sciacquando" via il farmaco dai tessuti del paziente. E tuttavia, una biostasi reversibile sarà possibile quando le macchine riparatrici diverranno disponibili. |
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Per comprendere come dovrebbe funzionare un tale approccio, immaginiamo che il flusso sanguineo apporti ai tessuti alcuni semplici dispositivi molecolari, e che questi entrino nelle singole cellule dei tessuti. Qui, essi bloccano il macchinario molecolare naturale del metabolismo - nel cervello come altrove - e lo "impacchettano", ossia lo fissano legando assieme le strutture con dei cross-links stabilizzanti. Subito dopo, vengono introdotti altri dispositivi che prendono il posto dell'acqua e si fissano solidamente anch'essi attorno alle molecole della cellula. Questi passi arrestano il metabolismo e preservano le strutture delle cellule. Poiché per invertire questo processo verranno impiegate delle macchine di riparazione-cellulare, la loro azione potrebbe tranquillamente provocare qualche danno molecolare di entità moderata pur non comportando alcun danno duraturo. Col metabolismo bloccato e con le strutture delle cellule tenute saldamente al loro posto, il paziente resterà silenzioso, senza sognare ed immutabile, finché altre macchine riparatrici non interverranno a ripristinare la sua attività vitale. |
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Se un paziente in queste condizioni fosse condotto da un medico dei giorni nostri, ignaro delle capacità delle macchine di riparazione cellulare, le conseguenze sarebbero sinistre. Non rilevando alcun segno di vita, il medico concluderebbe che il paziente è morto, e potrebbe tragicamente trasformare questo giudizio in una realtà "prescrivendo" una autopsia, che sarebbe seguita da sepoltura o cremazione. |
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Ma il nostro paziente ipotetico vive in un'era in cui la biostasi è conosciuta esclusivamente come una "interruzione della vita", e non come "fine" di essa. Quando il contratto del paziente dice "svegliatemi!" (o le riparazioni sono state completate, o il volo verso le stelle ha raggiunto la sua destinazione), i medici incaricati iniziano la rianimazione. Le macchine riparatrici entrano nei tessuti del paziente, rimuovono gli imballi attorno alle molecole del paziente e li sostituiscono con acqua. Rimuovono i cross-links, riparano ogni molecola e struttura danneggiata, e ripristinano le normali concentrazioni di sali, zucchero sanguineo, ATP, e così via. Infine, le macchine riparatrici liberano il macchinario metabolico naturale del paziente. Il processo metabolico interrotto riprende, il paziente sbadiglia, si stiracchia, si tira su a sedere, ringrazia il dottore, controlla la data, e si incammina oltre la porta. |
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Dalla Funzione alla Struttura |
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La reversibilità della biostasi e la irreversibilità di danni gravi come quelli provocati da un ictus, ci aiutano ad illustrare come le macchine di riparazione cellulare trasformeranno la medicina. Al momento i medici possono soltanto aiutare i tessuti a guarire spontaneamente. Di conseguenza, devono tentare di preservare la funzionalità del tessuto. Se il tessuto non è in grado di funzionare, non può guarire. E quel che è peggio, se i tessuti non funzionanti non vengono preservati, ne segue una ulteriore degenerazione che finisce per distruggere completamente la struttura del tessuto. Un tessuto è come un utensile meccanico capace di funzionare solo su un particolare apparato. |
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Le macchine ripara-cellule modificano l'obiettivo chiave della medicina dalla preservazione della funzionalità alla preservazione della struttura. Come ho sottolineato nella discussione riguardante l'ictus, le macchine riparatrici saranno in grado di ripristinare le funzioni del cervello mentre lasciano inalterate memoria ed abilità, ma potranno farlo solo se la struttura del tessuto neurale è rimasta intatta, in quanto essa è distintiva e specifica. La biostasi implica la preservazione della struttura neurale, mentre il suo funzionamento viene deliberatamente bloccato. |
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Tutto ciò costituisce una conseguenza diretta della natura molecolare della riparazione. I medici, utilizzando bisturi e farmaci, non possono fare più di quanto possa fare qualcuno che utilizzi un piccone e una intera tanica di lubrificante per riparare un fine orologio. Per contrasto, disporre di macchine riparatrici e della possibilità di utilizzare per esse delle sostanze nutritive ordinarie, sarebbe come avere un appropriato utensile da orologiaio e una fornitura illimitata di parti di ricambio sfuse. Le macchine ripara-cellule trasformeranno la medicina alle sue basi. |
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Dal Trattamento della Malattia al Mantenimento della Salute |
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Attualmente, nello studiare le malattie, i ricercatori medici spesso puntano alla ricerca di modi per prevenirle o invertirle, ostacolando o bloccando un passo chiave nel processo della malattia. La conoscenza che ne è risultata ha aiutato enormemente i medici: oggi essi prescrivono insulina per compensare il diabete, anti-ipertensivi per prevenire gli ictus, penicillina per curare infezioni e così via, secondo i dettami di una lista impressionante. Le macchine molecolari aiuteranno la ricerca e lo studio delle malattie, e tuttavia renderanno molto meno importante la comprensione profonda delle malattie stesse. Le macchine riparatrici renderanno molto più importante comprendere la salute. |
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Il corpo può essere malato in molti più modi di quelli in cui può essere in salute. I tessuti muscolari sani, per esempio, possono variare in modi relativamente poco numerosi: essi possono essere più forti o più deboli, più veloci o più lenti, possedere un dato antigene oppure possederne un dato altro, e così via. I muscoli danneggiati possono variare in tutte e tre queste maniere, e tuttavia possono anche soffrire di ogni possibile combinazione di problemi di base come lacerazioni, infezioni virali, vermi parassiti, contusioni, punture o forature, avvelenamenti, sarcomi, deperimenti ed anomalie congenite. Analogamente, nonostante i neuroni si presentino in schemi di intrecci altrettanto numerosi di quanto lo sono i cervelli umani, le singole sinapsi e i singoli dendriti, quando sono sani, si presentano solo in una varietà di forme numericamente modesta. |
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Una volta che i biologi abbiano descritto molecole, cellule e tessuti nella loro condizione di normalità, macchine riparatrici propriamente programmate saranno in grado di curare ogni malattia sconosciuta. Una volta che i ricercatori abbiano descritto la varietà di strutture che (per esempio) un vivente in salute potrebbe possedere, le macchine riparatrici esploreranno un corpo vivente malfunzionante necessitando solo di cercare le differenze e correggerle. Macchine ignare di un nuovo veleno e dei suoi effetti saprebbero comunque riconoscerlo come estraneo e rimuoverlo. Invece di lottare contro un milione di malattie occulte, le macchine riparatrici avanzate perseguiranno il ripristino di una condizione di salute. |
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Sviluppare e programmare macchine di riparazione cellulare richiederà grandi sforzi, grandi conoscenze e grandi abilità. Le macchine riparatrici con capacità estese sembrano più facili da costruire che non da programmare. I loro programmi devono contenere la conoscenza dettagliata delle centinaia di tipi di cellule e delle centinaia di migliaia di tipi di molecole del corpo umano. Tali programmi devono essere in grado di redigere una mappa delle strutture cellulari danneggiate e decidere come correggerle(13). Quanto tempo ci vorrà perché tali macchine ed i relativi programmi siano sviluppati? Su due piedi, lo stato della biochimica ed il suo attuale tasso di progresso potrebbero far pensare che occorrerebbero secoli per raccogliere la sola conoscenza di base necessaria. Ma dobbiamo essere attenti a non cadere nell'illusione che i progressi giungeranno in maniera isolata. |
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Le macchine riparatrici ci travolgeranno in congiunzione con una grande ondata di altre tecnologie. Gli assemblatori che costruiscono le macchine riparatrici saranno, in un primo momento, impiegati per costruire degli strumenti di analisi delle strutture cellulari. Persino un pessimista dovrebbe concordare che biologi umani ed ingegneri equipaggiati con strumenti di questo tipo potrebbero costruire e programmare macchine ripara-cellule avanzate in un centinaio di anni di costante lavoro. Un convinto ma lungimirante pessimista potrebbe propendere addirittura per un migliaio di anni. Un autentico fervente "bastian contrario" potrebbe dichiarare che per il compito occorrerebbero un milione di anni. Bene: allora dei veloci sistemi di IA tecnica, che siano un milione di volte più rapidi degli scienziati, potranno sviluppare macchine ripara-cellule avanzate nell'arco di un singolo anno solare(14). |
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Una Malattia Chiamata "Invecchiamento" |
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L'invecchiamento è naturale, ma altrettanto lo è il vaiolo ed i nostri sforzi per prevenirlo. Abbiamo vinto il vaiolo, e sembra che vinceremo l'invecchiamento. |
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La longevità è cresciuta durante l'ultimo secolo, ma soprattutto perché il miglioramento degli impianti sanitari e dei farmaci ha ridotto le malattie batteriche. L'intervallo base della vita umana è cresciuto ben poco. |
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Tuttavia, i ricercatori hanno compiuto dei progressi verso la comprensione e il rallentamento del processo di invecchiamento. Hanno identificato alcune delle sue cause, come per esempio un incontrollata proliferazione di cross-links. Hanno escogitato dei trattamenti parziali, come l'utilizzo di antiossidanti e di inibitori dei radicali liberi. Hanno ipotizzato e studiato altre possibili meccanismi di invecchiamento, come quello dei "clocks" cellulari, una sorta di cronometri nella cellula, o quello dei cambiamenti dell'equilibrio ormonale nel corpo. In esperimenti di laboratorio, farmaci e diete speciali hanno esteso la durata della vita di alcuni topi dal 25 al 45 percento(15). |
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Questa ricerca proseguirà; l'invecchiamento della generazione del baby boom rende probabile attendersi una esplosione delle ricerche sull'invecchiamento. Una compagnia biotecnologica, la Senetek in Danimarca, si sta specializzando in ricerche sull'invecchiamento. Nell'Aprile del 1985, Eastman Kodak e ICN Pharmaceuticals hanno annunciato di aver costituito una società a capitale misto(16) da 45 milioni di dollari per produrre isoprinosina ed altri farmaci con capacità potenziali di estensione della durata di vita attesa. I risultati di alcune ricerche convenzionali anti-invecchiamento, potrebbero allungare in modo sostanziale l'intervallo di vita umana e migliorare la salute dei più anziani già durante i prossimi dieci o vent'anni. Ma fino a che punto farmaci, chirurgia, esercizio e dieta, possono riuscire ad estendere l'intervallo di vita? Per ora la stima deve rimanere ipotetica. Solo delle nuove conoscenze scientifiche possono fornire maggiori certezze su queste previsioni e recuperarle dal regno delle speculazioni, poiché si tratta di previsioni che si basano su nuova conoscenza scientifica(17) e non su una nuova conoscenza ingegneristica. |
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Con le macchine riparatrici cellulari, comunque, il potenziale per l'estensione della vita diventa ben chiaro. Tali macchine potranno riparare le cellule illimitatamente, almeno fintanto che le loro strutture distintive restano intatte, e saranno altresì capaci di sostituire le cellule che sono state distrutte. Ed in più, potranno anche ripristinare una condizione di salute ottimale. L'invecchiamento non è fondamentalmente differente da qualunque altro disordine fisico - non esiste un qualche effetto magico con cui la data di calendario può influire su una misteriosa forza-vitale. Ossa fragili, pelle rugosa, bassa attività enzimatica, lenta guarigione delle ferite, memoria labile e tutto il resto, derivano da danneggiamenti del macchinario molecolare, da squilibri chimici e da anomalie nelle disposizioni delle strutture. Riportando tutte le cellule e tutti i tessuti del corpo ad una giovanile condizione strutturale, le macchine riparatrici ripristineranno una giovanile condizione di salute. |
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Le persone che sopravviveranno integre fino all'epoca delle macchine di riparazione cellulare, avranno l'opportunità di riguadagnare la salute di gioventù, e di conservarla quasi per tutto il tempo che vorranno. Niente può riuscire ad ottenere che una persona (o qualsiasi altra cosa) duri per sempre ma, fatta eccezione per il verificarsi di incidenti gravi, quelli che lo vorranno potranno vivere per lungo, lungo, tempo. |
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Mano a mano che una tecnologia si sviluppa, arriva un momento in cui i suoi principi diventano chiari, e con essi molte delle sue conseguenze. I principi dei viaggi con i razzi erano chiari negli anni '30, così come erano chiare le conseguenze del volo spaziale. Completare questi principi con i necessari dettagli richiese, all'epoca, la progettazione e la sperimentazione di serbatoi, motori, strumentazione e così via. Nei primi anni '50 molti dettagli erano noti. L'antico sogno di volare sulla Luna divenne un obiettivo per il quale era possibile elaborare dei piani. |
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I principi delle macchine molecolari sono già chiari, e con essi anche le conseguenze delle macchine ripara-cellule. Completare questi principi con i necessari dettagli richiederà la progettazione di strumenti molecolari, assemblatori, computer, e così via, ma molti dei dettagli delle già esistenti macchine molecolari naturali sono noti già oggi. Il sogno antico di conquistare salute e longevità è diventato un obiettivo per il quale si possono fare dei piani. |
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Le ricerche mediche ci stanno guidando, passo dopo passo, lungo una strada che giungerà infine alle macchine molecolari. La competizione globale per produrre migliori materiali, migliore elettronica e migliori strumenti biochimici, ci sta spingendo nella stessa direzione. Le macchine ripara-cellule richiederanno anni di sviluppo, ma è certo che esse sono dritte davanti a noi. |
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Esse ci doteranno, nel bene e nel male, di moltissime nuove capacità. Fermarsi a riflettere per un solo attimo su eventuali replicatori d'impiego militare con capacità come quelle delle macchine ripara-cellule, è sufficiente per restare sconvolti dalle più nauseanti fra le possibilità che si schiuderebbero. Più avanti, descriverò come potremmo evitare tali orrori, ma prima sembra saggio considerare gli eventuali benefici delle macchine di riparazione cellulare. La loro apparente bontà è genuina? In che modo la longevità potrebbe influenzare il mondo? |
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