Selbsterwiderung ist jedes Verhalten eines dynamischen Systems, das Aufbau einer identischen Kopie dieses dynamischen Systems nachgibt. Biologische Zellen, in Anbetracht passender Umgebungen, vermehren sich durch die Zellabteilung. Während der Zellabteilung wird DNA wiederholt und kann der Nachkommenschaft während der Fortpflanzung übersandt werden. Biologische Viren können sich vermehren, aber nur durch das Beschlagnahmen der Fortpflanzungsmaschinerie von Zellen durch einen Prozess der Infektion. Schädliche prion Proteine können durch das Umwandeln normalen prions in Schelm-Formen wiederholen. Computerviren bringen das Verwenden der Hardware wieder hervor, und Software präsentieren bereits auf Computern. Die Selbsterwiderung in der Robotertechnik ist ein Gebiet der Forschung und eines reizvollen Themas in der Sciencefiction gewesen. Jeder Selbstwiederholen-Mechanismus, der keine vollkommene Kopie macht, wird auf die Entwicklung von verschiedenen Varianten hinauslaufen und wird so der Zuchtwahl als die Varianten unterworfen sein, die im Verharren auf ihrer Umgebung besser sind, wird überleben und outreproduce Varianten, denen ihrer Umgebung nicht so angepasst wird.

Übersicht

Theorie

Die frühe Forschung durch John von Neumann hat festgestellt, dass Wiederholangaben mehrere Teile haben:

• Eine codierte Darstellung der Wiederholangabe.
• Ein Mechanismus, die codierte Darstellung zu kopieren.
• Ein Mechanismus, um universalen Aufbau innerhalb der Gastgeber-Umgebung der Wiederholangabe zu bewirken.

Ausnahmen zu diesem Muster sind möglich. Zum Beispiel haben Wissenschaftler RNS erfolgreich gebaut, die sich in einer "Umgebung" kopiert, die eine Lösung der RNS monomers und transcriptase ist. In diesem Fall ist der Körper das Genom, und die Spezialkopie-Mechanismen sind äußerlich.

Jedoch ist der einfachstmögliche Fall, dass nur ein Genom besteht. Ohne eine Spezifizierung der sich selbstvermehrenden Schritte wird ein Genom-Only-System wahrscheinlich als etwas wie ein Kristall besser charakterisiert.

Klassen der Selbsterwiderung

Neue Forschung hat http://www.MolecularAssembler.com/KSRM/5.1.htm begonnen, Wiederholangaben zu kategorisieren, die häufig auf dem Betrag der Unterstützung gestützt sind, die sie verlangen.

• Natürliche Wiederholangaben haben alle oder den grössten Teil ihres Designs von nichtmenschlichen Quellen. Solche Systeme schließen natürliche Lebensformen ein.
• Autotrophische Wiederholangaben können sich "in freier Wildbahn" fortpflanzen. Sie verminen ihre eigenen Materialien. Es wird vermutet, dass nichtbiologische autotrophische Wiederholangaben von Menschen entworfen werden konnten, und Spezifizierungen für menschliche Produkte leicht akzeptieren konnten.
• Selbstfortpflanzungssysteme sind vermutete Systeme, die Kopien von sich von industriellem feedstocks wie Metallbar und Leitung erzeugen würden.
• Sich selbstversammelnde Systeme sammeln Kopien von sich von beendeten, gelieferten Teilen. Einfache Beispiele solcher Systeme sind an der Makroskala demonstriert worden.

Der Designraum für Maschinenwiederholangaben ist sehr breit. Ein umfassender studyhttp://www.MolecularAssembler.com/KSRM/5.1.9.htm bis heute durch Robert Freitas und Ralph Merkle hat 137 Designdimensionen identifiziert, die in ein Dutzend getrennte Kategorien gruppiert sind, einschließlich: (1) Erwiderungskontrolle, (2) Erwiderungsinformation, (3) Erwiderungssubstrat, (4) Wiederholangabe-Struktur, (5) Passive Teile, (6) Aktive Subeinheiten, (7) Wiederholangabe Energetics, (8) Wiederholangabe Kinematics, (9) Erwiderungsprozess, (10) Wiederholangabe-Leistung, (11) Produktstruktur, und (12) Evolvability.

Ein sich selbstvermehrendes Computerprogramm

In der Informatik ist ein sich selbstvermehrendes Computerprogramm ein Computerprogramm dass, wenn durchgeführt, Produktionen sein eigener Code. Das wird auch einen quine genannt.

Hier ist ein Beispiel-Programm auf der Pythonschlange-Programmiersprache:

Eine trivialere Annäherung soll ein Programm schreiben, das eine Kopie jedes Stroms von Daten machen wird, dass es zu geleitet wird, und dann leiten Sie es an sich. In diesem Fall wird das Programm sowohl als der rechtskräftige Code, als auch als zu manipulierende Daten behandelt.

Diese Annäherung ist in den meisten Selbstwiederholen-Systemen einschließlich des biologischen Lebens üblich, und ist darin einfacher es verlangt nicht, dass das Programm eine ganze Beschreibung von sich enthält.

Auf vielen Programmiersprachen ist ein leeres Programm noch ein gesetzliches Programm, das durchführt, ohne Fehler oder jede andere Produktion zu erzeugen. Die Produktion ist so dasselbe als der Quellcode, so selbstvermehrt sich das Programm trivial.

Das mit Ziegeln deckende Selbstwiederholen

In der Geometrie ist ein mit Ziegeln deckendes Selbstwiederholen ein mit Ziegeln deckendes Muster, in dem mehrere kongruente Ziegel zusammengetroffen werden können, um einen größeren Ziegel zu bilden, der dem Original ähnlich ist. Das ist ein Aspekt des Studienfaches bekannt als tessellation. Die "Sphinx" hexiamond ist das einzige bekannte Selbstwiederholen-Pentagon. Zum Beispiel kann vier solches konkaves Pentagon zusammengetroffen werden, um ein mit zweimal den Dimensionen zu machen. Solomon W. Golomb hat den Begriff Reptilien ins Leben gerufen, um tilings zu selbstwiederholen.

Anwendungen

Es ist eine langfristige Absicht von einigen Technikwissenschaften, eine rasselnde Wiederholangabe, ein materielles Gerät zu erreichen, das selbstwiederholen kann. Der übliche Grund ist, niedrige Kosten pro Artikel zu erreichen, während er das Dienstprogramm eines verfertigten Nutzens behält. Viele Behörden sagen, dass in der Grenze sich die Kosten, Sachen zu selbstwiederholen, den Kosten pro Gewicht von Holz oder anderen biologischen Substanzen nähern sollten, weil Selbsterwiderung die Kosten der Arbeit, das Kapital und den Vertrieb in herkömmlichen Manufakturwaren vermeidet.

Eine völlig neuartige künstliche Wiederholangabe ist eine angemessene kurzfristige Absicht.

Eine Studie von NASA hat kürzlich die Kompliziertheit einer rasselnden Wiederholangabe an ungefähr diesem des Pentiums von Intel 4 Zentraleinheit gelegt. D. h. die Technologie ist mit einer relativ kleinen Engineering Group in einer angemessenen kommerziellen Zeitskala an angemessenen Kosten erreichbar.

In Anbetracht des zurzeit scharfen Interesses an der Biotechnologie und den hohen Niveaus der Finanzierung in diesem Feld sind Versuche, die replicative Fähigkeit von vorhandenen Zellen auszunutzen, rechtzeitig, und können zu bedeutenden Einblicken und Fortschritten leicht führen.

Eine Schwankung selbst ist Erwiderung von der praktischen Relevanz im Bearbeiter-Aufbau, wo ähnliches Hühner- und Ei-Problem als im natürlichen selbst Erwiderung vorkommt. Ein Bearbeiter (Phänotyp) kann an den eigenen Quellcode des Bearbeiters (Genotyp) angewandt werden, der den Bearbeiter selbst erzeugt. Während der Bearbeiter-Entwicklung wird eine modifizierte (veränderte) Quelle verwendet, um die folgende Generation des Bearbeiters zu schaffen. Dieser Prozess unterscheidet sich von der natürlichen Selbsterwiderung, in der der Prozess von einem Ingenieur geleitet wird, nicht durch das Thema selbst.

Mechanische Selbsterwiderung

Eine Tätigkeit im Feld von Robotern ist die Selbsterwiderung von Maschinen. Da alle Roboter (mindestens in modernen Zeiten) eine schöne Zahl derselben Eigenschaften haben, würde ein Selbstwiederholen-Roboter (oder vielleicht ein Bienenstock von Robotern) den folgenden tun müssen:

• Erhalten Sie Baumaterialien
• Verfertigen Sie neue Teile einschließlich seiner kleinsten Teile und des Denkens des Apparats
• Stellen Sie eine konsequente Macht-Quelle zur Verfügung
• Programmieren Sie die neuen Mitglieder
• Fehler richtig irgendwelche Fehler in der Nachkommenschaft

Auf einer Nano-Skala könnten Monteure auch entworfen werden, um unter ihrer eigenen Macht zu selbstwiederholen. Das hat abwechselnd die "graue Schmiere" Version des Entscheidungskampfs verursacht, der so in solchen Sciencefictionsromanen gestaltet ist wie Blüte, Beute und Recursion.

Das Voraussicht-Institut hat Richtlinien für Forscher in der mechanischen Selbsterwiderung veröffentlicht. Die Richtlinien empfehlen, dass Forscher mehrere spezifische Techniken verwenden, um mechanische Wiederholangaben davon abzuhalten, wie das Verwenden einer Sendungsarchitektur außer Kontrolle zu geraten.

Für einen ausführlichen Artikel über die mechanische Fortpflanzung, weil es sich auf das Industriealter bezieht, sieh Massenproduktion.

Felder, die Studie der Selbsterwiderung einschließen

Der grösste Teil der Forschung ist in einigen Gebieten vorgekommen:

• Biologie studiert natürliche Erwiderung und Wiederholangaben und ihre Wechselwirkung. Diese können ein wichtiger Führer sein, um Designschwierigkeiten zu vermeiden, Maschinerie zu selbstwiederholen.
• Memetics studiert Ideen, und wie sie sich in der menschlichen Kultur fortpflanzen. Memes verlangen nur kleine Beträge des Materials, und haben deshalb theoretische Ähnlichkeiten zu Viren und werden häufig als Viren-beschrieben.
• Nanotechnologie oder genauer, molekulare Nanotechnologie ist mit dem Bilden nano Skala-Monteure beschäftigt. Ohne Selbsterwiderung werden Kapital und Zusammenbau-Kosten von molekularen Maschinen unmöglich groß.
• Raummittel: NASA hat mehrere Designstudien gesponsert, um Selbstwiederholen-Mechanismen zu entwickeln, Raummittel zu verminen. Die meisten dieser Designs schließen computergesteuerte Maschinerie ein, die sich kopiert.
• Computersicherheit: Viele Computersicherheitsprobleme werden durch das Selbstreproduzieren von Computerprogrammen verursacht, die Computer — Computerwürmer und Computerviren anstecken.
• In der parallelen Computerwissenschaft nimmt es viel Zeit in Anspruch, um ein neues Programm auf jedem Knoten einer großen Computertraube manuell zu laden, oder hat Rechensystem verteilt. Automatisch ladende neue Programme mit beweglichen Reagenzien können den Systemverwalter viel Zeit retten und Benutzern ihre Ergebnisse viel schneller geben, so lange sie nicht außer Kontrolle geraten.

Selbsterwiderung in der Industrie

Raumerforschung und Herstellung

Die Absicht der Selbsterwiderung in Raumsystemen soll große Beträge der Sache mit einer niedrigen Start-Masse ausnutzen. Zum Beispiel konnte eine autotrophische Selbstwiederholen-Maschine einen Mond oder Planeten mit Sonnenzellen bedecken, und die Macht zur Erde mit Mikrowellen strahlen. Einmal im Platz konnte dieselbe Maschinerie, die sich gebaut hat, auch Rohstoffe erzeugen oder hat Gegenstände einschließlich Transport-Systeme verfertigt, um die Produkte zu verladen. Ein anderes Modell, Maschine zu selbstwiederholen, würde sich durch die Milchstraße kopieren, Information zurücksendend.

Im Allgemeinen, da diese Systeme autotrophisch sind, sind sie die schwierigsten und komplizierten bekannten Wiederholangaben. Wie man auch denkt, sind sie am gefährlichsten, weil sie keine Eingänge von Menschen verlangen, um sich zu vermehren.

Eine klassische theoretische Studie von Wiederholangaben im Raum ist die 1980-Studie von NASA von autotrophischen rasselnden Wiederholangaben, die von Robert Freitas editiert sind.

Viel von der Designstudie ist mit einem einfachen, flexiblen chemischen System beschäftigt gewesen, um Mondregolith und die Unterschiede zwischen dem Verhältnis von Elementen zu bearbeiten, die durch die Wiederholangabe und den in regolith verfügbaren Verhältnissen erforderlich sind. Das Begrenzungselement war Chlor, ein wesentliches Element, um regolith für Aluminium zu bearbeiten. Chlor ist in Mondregolith sehr selten, und eine wesentlich schnellere Rate der Fortpflanzung konnte durch das Importieren bescheidener Beträge gesichert werden.

Das Bezugsdesign hat kleine computergesteuerte elektrische Karren angegeben, die auf Schienen laufen. Jeder Karren konnte eine einfache Hand oder eine kleine Planierraupe-Schaufel haben, einen grundlegenden Roboter bildend.

Macht würde durch einen "Baldachin" von auf Säulen unterstützten Sonnenzellen zur Verfügung gestellt. Die andere Maschinerie konnte unter dem Baldachin laufen.

Ein "Gussteil-Roboter" würde einen robotic Arm mit einigen bildhauernden Werkzeugen verwenden, um Pflaster-Formen zu machen. Pflaster-Formen sind leicht, genaue Teile mit guten Oberflächenschlüssen zu machen, und zu machen. Der Roboter würde dann die meisten Teile entweder vom nichtleitenden geschmolzenen Felsen (Basalt) oder von den gereinigten Metallen werfen. Ein elektrischer Ofen hat die Materialien geschmolzen.

Eine spekulative, kompliziertere "Span-Fabrik" wurde angegeben, um den Computer und die elektronischen Systeme zu erzeugen, aber die Entwerfer haben auch gesagt, dass es sich praktisch erweisen könnte, um die Chips von der Erde zu verladen, als ob sie "Vitamine" waren.

Molekulare Herstellung

Nanotechnologists glauben insbesondere, dass ihre Arbeit wahrscheinlich scheitern wird, einen Staat der Reife zu erreichen, bis Menschen einen Selbstwiederholen-Monteur von Nanometer-Dimensionen http://www.MolecularAssembler.com/KSRM/4.11.3.htm. entwerfen

Diese Systeme sind wesentlich einfacher als autotrophische Systeme, weil sie mit gereinigtem feedstocks und Energie zur Verfügung gestellt werden. Sie müssen sie nicht wieder hervorbringen. Diese Unterscheidung ist an der Wurzel von etwas von der Meinungsverschiedenheit darüber, ob molekulare Herstellung möglich ist oder nicht. Viele Behörden, die es unmöglich finden, zitieren klar Quellen für komplizierte autotrophische Selbstwiederholen-Systeme. Viele der Behörden, die es möglich finden, zitieren klar Quellen für viel einfachere sich selbstversammelnde Systeme, die demonstriert worden sind. Inzwischen wurde ein GeLego-bauter autonomer Roboter, der fähig ist, einer Voreinstellungsspur zu folgen und eine genaue Kopie von sich zu sammeln, von vier äußerlich zur Verfügung gestellten Bestandteilen anfangend, experimentell 2003 http://www.MolecularAssembler.com/KSRM/3.23.4.htm. demonstriert

Bloß Ausnutzung der replicative geistigen Anlagen von vorhandenen Zellen ist ungenügend, wegen Beschränkungen im Prozess der Protein-Biosynthese (sieh auch die Auflistung für die RNS).

Was erforderlich ist, ist das vernünftige Design einer völlig neuartigen Wiederholangabe mit einer viel breiteren Reihe von Synthese-Fähigkeiten.

2011 haben New Yorker Universitätswissenschaftler künstliche Strukturen entwickelt, die, ein Prozess selbstwiederholen können, der das Potenzial hat, um neue Typen von Materialien nachzugeben. Sie haben demonstriert, dass es möglich ist, nicht nur Moleküle wie Zell-DNA oder RNS zu wiederholen, aber getrennte Strukturen, die im Prinzip viele verschiedene Gestalten annehmen, viele verschiedene funktionelle Eigenschaften haben, und mit vielen verschiedenen Typen der chemischen Arten vereinigt werden konnten.

Für eine Diskussion anderer chemischer Basen für hypothetische Selbstwiederholen-Systeme, sieh alternative Biochemie.

Industriezusammenbau

Siehe auch

• Künstliches Leben
• Astrochicken
• Autopoiesis
• Kompliziertes System
• DNA-Erwiderung
• Leben
• Roboter
• RepRap
• Das Selbstwiederholen der Maschine
• das Selbstwiederholen des Raumfahrzeugs
• Raum, der verfertigt
• Universaler Konstrukteur
• Virus
• Maschine von Von Neumann
• Selbst wiederkonfigurierbarer
• Anthropic Endgrundsatz
• Positives Feed-Back
• Harmonischer

• von Neumann, J., 1966, Die Theorie von sich Selbstvermehrenden Automaten, A. Burks, Hrsg., Univ. der Presse von Illinois, Urbana, Illinois
• Online-Version des Buches von von Neumann

• eine 1980-Studie von NASA, die von Robert Freitas editiert ist
• Kinematische Selbstwiederholen-Maschinen zuerst umfassender Überblick über das komplette Feld 2004 durch Robert Freitas und Ralph Merkle
• Das Institut von NASA für die Fortschritt-Konzeptstudie durch die Allgemeine Dynamik - hat beschlossen, dass die Kompliziertheit der Entwicklung diesem eines Pentiums 4 gleich war, und ein auf Zellautomaten gestütztes Design gefördert hat.
• Gödel, Escher, Junggeselle durch Douglas Hofstadter (ausführlich berichtete Diskussion und viele Beispiele)
• Kenyon, R., tilings Selbstwiederholend, in: Symbolische Dynamik und Anwendungen (P. Walters, Hrsg.) Zeitgenössische Mathematik. vol. 135 (1992), 239-264.
• http://www.cs.bgu.ac.il/~sipper/selfrep/ die künstliche Selbsterwiderungsseite