Máquina de Turing
En 1936 Turing concibió su propio autómata imaginario. La ‘máquina de Turing’, como se le llegó a conocer, sin embargo, no hizo intento alguno para unirse a la sociedad de las criaturas vivas. Podría visualizársele más como un tocacintas muy sofisticado con una cinta arbitrariamente infinita... La cinta se marcó en secciones, de tal suerte que en cada sección residía un bit de información. La cabeza de la cinta, un artefacto que se movía sobre la cinta, era capaz, tanto de leer esos bits como, en caso necesario, de escribir o borrar lo que se encontrara en un cuadrado. También contaba con un mecanismo de control colocado en la cabeza de la cinta, que informaba qué acciones tomar dependiendo de la lectura de cada bit de información. Sus características y conducta la calificaron como lo que se le llegó a conocer. una Máquina de Estados Finitos (MEF). También se le podría concebir como un Autómata Finito.
Este artefacto asombrosamente simple separaba toda la información en dos elementos: el que se derivaba del estado interno de un objeto, y el que se originaba desde el exterior. También asumía que nuestro universo es granular; es decir, que se mueve en pasos discretos de tiempo, aunque éstos pudieran ser imaginados tan pequeños como se quisiera, incluso en miles de millonésimas de segundo. Durante cualquiera de esas instancias, una MEF se encontraría en un cierto estado describible. La descripción podría ser extremadamente intrincada o sumamente simple; la única limitación consistía en que debería encontrarse necesariamente dentro uno de un conjunto finito de estados posibles. (Ese número podría ser muy elevado, pero no infinito). Entre el instante inicial y el siguiente paso de tiempo discreto, la MEF, usando cualquier tipo de información sensorial que cualquier máquina particular pudiera tener disponible, tomaría nota del mundo externo. Acto seguido, refiriéndose a la 'tabla de reglas' que controla la conducta, la MEF consideraría tanto la información sensorial como su propio estado interno para determinar tanto la conducta que la máquina debería exhibir como el estado interno que debería asumir en ese instante. En la Máquina de Turing, la cabeza de la MEF trabajaría de la siguiente manera: Cuando la cabeza de la cinta estuviera en al estado A, debería situarse en la parte de la cinta que contuviera el dígito 1. Antes del paso siguiente debería leer esta información y consultar la 'tabla de reglas' para la confluencia de esas dos circunstancias. El resultado podría ser algo parecido a lo siguiente: reemplaza el '1' por el '0', mueve la cabeza de la cinta un espacio hacia la izquierda y cambia al estado B. Este proceso se repetiría indefinidamente a medida que la cabeza de la cinta leyera la información del espacio al cuál se acabara de mover.
En última instancia, la máquina de Turing sería capaz de leer cualquier conjunto de reglas de la cinta. En efecto, Turing probó que una máquina tal, la máquina universal de Turing, sería también una computadora universal. (Se realizó una prueba matemática específica que determinó esta cualidad). Esto significa que, dado el tiempo suficiente, podría emular cualquier máquina cuya conducta fuera susceptible de ser descrita de esta suerte. Turing y su colaborador, el filósofo Alonzo Church, presentaron posteriormente la ‘Hipótesis Física Church-Turing’, donde planteaban que tal máquina podría duplicar no sólo las funciones de las máquinas matemáticas, sino también las funciones de la naturaleza.
La ‘Hipótesis Física Church-Turing’ se podría aplicar también a la mente humana. Si uno concediera que el número de estados posibles de la mente fuera finito (algunos no hacen esta concesión) resultaría algo razonable aunque perturbador. En cualquier instante una mente se encontraría a sí misma en uno de esos posibles estados. Antes del instante siguiente, en el momento en que la información sensorial arribara, la información del ambiente en combinación con el estado inicial determinarían tanto la conducta de la persona como el siguiente estado mental. La afirmación de Turing fue que la mente, en tanto que máquina de estados finitos, siguió simplemente un protocolo lógico -esencialmente, habría seguido una 'tabla de reglas' determinada por fuerzas físicas y biológicas- antes de alcanzar el estado siguiente."
Como en el campo de la lógica se comprobó que todas las computadoras digitales eran el equivalente de la máquina de Turing, se les calificó entonces como computadoras universales. (cf. Levy, págs. 22-23)
Red infinita de Stanislaw Ulam
A finales de los años cuarenta, cuando se confrontó con el problema planteado por el número excesivo de cajas negras del autómata cinemático de von Newmann, Ulam sugirió olvidar la metáfora de la criatura nadando en un lago. En su lugar, desarrolló a partir del fenómeno del crecimiento del cristal, un medio ambiente diferente: una red infinita, desplegada como un tablero de damas. Cada cuadrado de la red podría ser visto como una 'célula'. Cada célula de la red podría ser, esencialmente, una máquina separada de estados finitos que actuaría de acuerdo con un conjunto compartido de reglas. La configuración de la red cambiaría a medida que ocurrieran los pasos de tiempo discretos. Cada célula contendría información que podría ser conocida como su estado y, a cada paso temporal, miraría a las células de sus alrededores al tiempo que consultaría la 'tabla de reglas' para determinar su estado en los momentos siguientes. Una colección de células dentro de una red como la planteada se podría entender como un organismo... El organismo viviente en este espacio-red sería una criatura de lógica pura. (cf. Levy, págs. 42-43)
Fábricas vivas flotantes de Edward F. Moore
Planeadas a principios de los años sesenta, las creaciones imaginarias de Moore consistieron en fábricas flotantes, inmensas barcazas impulsadas mediante energía de retropropulsión por extremidades tipo calamar.
Su operación lógica fue precisamente la delineada por von Newmann. Una vez alcanzada una costa, la planta viviente artificial trabajaría con la materia prima extraída del mar, de la playa y del aire, operando como lo hace una planta botánica para mantenerse a sí misma en funcionamiento. Esa energía se canalizaba purificando los materiales con el propósito de hacer partes manufacturadas. 'A partir de esos elementos', escribió Moore, 'la máquina podría hacer alambre, solenoides, engranes, tornillos, delays, tubería, tanques y otras partes, para después ensamblarlos en máquinas similares a ella, las cuales podrían a su vez hacer más copias'." (cf. Levy, p. 32)
Autómata autorreproductor de Freeman Dyson
Después de los viajes del hombre a la luna, Dyson volteó su imaginación al cosmos y propuso un autómata autorreproductor para ser enviado a Enceladus, la luna cubierta de nieve de Saturno. En su visión, esta máquina particular extraería del distante sol la energía necesaria para crear fábricas que produjeran una larga cadena de naves de vela impulsadas por energía solar, llevando cada una de ellas un bloque de hielo. Las naves de vela se dirigirían hacia Marte donde la ruda caída dentro de la atmósfera marciana deshelaría los bloques de hielo. Dyson imaginaba que la humedad acumulada podría calentar la atmósfera del cuarto planeta del Sol, transformándola en una atmósfera adecuada para las formas de vida y la agricultura. (cf. Levy, p. 33)
Autómata autorreproductor de von Newmann o 'Modelo Cinemático'
El primer autómata autoreproductor que imaginó von Newmann fue una especie de computadora compuesta de switches, delays y otras partes, para el procesamiento de la información. No obstante, no estaba pensado para ser un constructo de información sino para construirse como una masa sólida que existiera en el mundo real. Más allá de sus elementos computacionales, el autómata también contaba con otros cinco componentes:
1. Un elemento de manipulación (como una mano), que aceptaba las órdenes de la parte computacional (o control) de la máquina.
2. Un elemento de corte, capaz de desconectar dos elementos a petición de la computadora.
3. Un elemento de fusión que podría conectar dos partes.
4. Un elemento sensorial que podría reconocer cualquiera de las partes y conducir esa información a la computadora.
5. Vigas que actuaban como elementos estructurales y proporcionaban tanto el chasis para la criatura, como el aparato para el almacenamiento de información.
La bestia tenía también un hábitat. Su medio ambiente fue un gigantesco depósito -un lago sin límites que contenía la misma clase de elementos que eran parte de la bestia"... A: fábrica, B: duplicador, C: aparato de control, la computadora, D: las instrucciones desplegadas en una larga cadena..."
Al leer las instrucciones de la cinta, la fábrica remaba hacia el vasto lago evaluando las diferentes partes a su paso. Su propósito consistía en buscar una parte determinada con la cual empezar a construir su descendencia. Cuando percibía una posible, tomaba la parte con su mano, conservándola hasta que encontraba la parte siguiente. Entonces unía la segunda parte a la primera. Cuando se terminaba la construcción, el autómata construía una segunda fábrica, un duplicador y una computadora. Sin embargo, faltaba un paso crucial, y fue este el que establecía la extraordinaria brillantez del experimento pensado de von Newmann. Esto ocurría cuando la larga viga-cinta, el componente D, que se encontraba almacenado en el duplicador pariente, se insertaba en la nueva descendencia. Al transmitir a la nueva criatura una copia de las instrucciones de reproducción, la nueva criatura sería 'fértil', es decir, capaz de repetir el proceso.
En otras palabras, no sólo se reproducían esos autómatas en la misma forma que nosotros, sino que al pasar el tiempo tenían la capacidad de evolucionar en algo más complejo que su estado original. Ahora bien, si uno viera las criaturas imaginarias de von Newmann como una hipótesis, entonces el trabajo de Watson y Crick, así como de sus sucesores, sería su validación empírica.
Este primer autómata auto-reproductor llegó a ser conocido como el modelo cinemático. Tenía una falla fatal. Aunque su proceso para crear progenie fue lógicamente coherente, el modelo cinemático sufría de una debilidad de constitución más general. El problema residía en sus elementos: demasiadas 'cajas negras'." (cf. Levy, págs. 26-29)
Autómata celular de von Newmann
A partir de la sugerencia planteada en la Red Infinita de Stanislaw Ulam, von Newmann hizo un replanteamiento de su Autómata Autorreproductor o Modelo Cinemático en el concepto que sería conocido como el Primer Autómata Celular (AC). (El nombre pudo venir de Arthur Burks, quien editó los documentos de von Newmann sobre el fenómeno...).
El modelo celular de von Newmann para un autómata autorreproductor comenzaba con un tablero de damas infinito, estando cada cuadrado, o célula, en un estado apacible o inactivo: una tela negra. Luego von Newmann dibujaba figurativamente un monstruo que cubría doscientas mil células sobre la tela. En el espíritu de un paisaje pintado-a-colores, los detalles de la criatura fueron representados por diferentes 'colores' en varias células sólo que, en lugar de colores literales, se trataba de 29 diferentes estados posibles de la célula. La precisa combinación de esas células en sus estados determinados decía a la criatura cómo comportarse y, en efecto, la definían. Su forma era como la de una caja con una cola, con una cola muy larga. La caja, de cerca de ochenta células de largo por cuatrocientas de ancho, contenía suborganismos que replicaban las funciones de los Componentes A, B y C (la fábrica, el duplicador y la computadora) del modelo cinemático. Estas últimas tomaban solamente una cuarta parte del número de células de la criatura. El resto de los cuadrados se encontraban en la cola, el blueprint, que consistía en un único archivo en forma de serpiente de 150,000 células. En lugar de nadar y recolectar, la metáfora de este proceso de reproducción de la máquina era reclamar y transformar el territorio. "Una vez embebido en el vasto tablero de damas del Autómata Celular, el autómata autorreproductor de von Newmann seguiría las reglas. Más propiamente, cada célula individual, como una Máquina de Estados Finitos (MEF), comienza a cumplir la regla que se le aplica. El efecto de esas conductas locales ocasionaban una conducta global emergente: la estructura autorreproductora interactuaba con las células vecinas y cambiaba algunos de sus estados. Los transformaba en los materiales -en términos de estados celulares- que constituían el organismo original...
Eventualmente, siguiendo las reglas de transición que von Newmann postuló, el organismo lograba hacer un duplicado de su cuerpo principal. La información pasaba a través de una especie de cordón umbilical, de la madre a la hija. El último paso en el proceso era la duplicación de la cola y la separación el cordón umbilical. Dos criaturas idénticas, ambas capaces de autorreproducción, se encontraban ahora en el tablero de damas infinito.
Von Newmann nunca completó su prueba escrita del autómata celular. (cf. Levy, págs. 42-45)
Fábricas lunares autorreproductoras de la NASA
El líder de este grupo, conocido como el Self-Replicating Systems (SRS) Concept Team, fue Richard Laing.
En 1980 el grupo del SRS tendió a demostrar que 'la máquina de autorreproducción y crecimiento era, fundamentalmente, una meta alcanzable'. El Grupo Mission IV sugirió que los sistemas autorreproductores deberían desplegar cinco formas de conducta mecánica: producción, reproducción, desarrollo, evolución y auto-reparación. El grupo presentó dos diseños detallados... El primero fue 'una fábrica autoreproductora de propósito general y totalmente autónoma que sería desplegada sobre la superficie de lunas o cuerpos planetarios'. La deuda hacia von Newmann fue total: esta era la realización de su autómata cinemático. En lugar de tratarse del territorio de la mente: un lago infinito milagrosamente lleno con partes, tomó sus materiales del paisaje virgen de cualquier planeta o luna despoblados. Conseguía los materiales crudos por minería. Controlados por radio desde el centro de comando, excavadoras, cargadores y vehículos de transporte eran, en efecto, las extremidades de la criatura. Los elementos excavados eran analizados, ordenados y enviados al depósito de materiales. De allí, se enviaban a la planta de producción de partes, que hacía componentes a partir tanto del producto de salida (esto podría ser cualquier cosa que quisiéramos que una fábrica produjese, cualquier cosa: desde lingotes de platino hasta reproductores de discos compactos) como de los productos resultantes. Estos componentes se enviaban al depósito de partes y participaban en el proceso de producción.
El segundo diseño propuso un 'Growing Lunar Manufacturing Facility' (LMF), (ver figura). En lugar de empezar con la gallina... empezaba con el huevo. Específicamente con una semilla esférica de 100 toneladas. En su interior se encontraba una camada de robots con tareas específicas. Una vez plantada en el nido lunar adecuado, el huevo se abría y su cargamento de robots emergía.
Había robots para la minería, la recolección y otros procesos materiales. Estos ocupados trabajadores construían primero una pequeña planta de energía solar para proporcionar energía para el inicio de los trabajos. Después, robots exploradores determinaban la mejor ubicación para construir la fábrica. Otros robots construían y calibraban una red de transponders para establecer un sistema de control. Posteriormente los robots mineros nivelaban la superficie, mientras los robots albañiles construían los cimientos para la fábrica. Cuando el espacio se encontraba listo, la computadora central se trasladaba a un mástil en el centro de la fábrica. Los trabajos se iniciaban en un gigantesco dosel solar para proporcionar energía para los siguientes frutos de la semilla -los procesos químicos, y los sectores de fabricación, de ensamblaje y de control. En un año, aproximadamente, este embrión incipiente alcanzaba la madurez, y una fábrica se encontraba lista y en línea para producir cualquier cosa que su programa de control le ordenara.
Sin embargo, esos organismos von Newmann no estarían limitados al sistema solar. Dado que las semillas no llevaban una carga de mortales, los extraordinariamente largos períodos requeridos para cubrir las vastas distancias interestelares serían irrelevantes. El grupo Mission IV anotaba con toda calma que 'las pruebas reproductivas pueden permitir la investigación directa del millón de estrellas más cercanas en aproximadamente 10,000 años, y de la totalidad de la galaxia de la Vía Láctea en menos de 10,000,000 años, todo ello iniciado por la humanidad con sólo una inversión total de una simple nave exploratoria autorreproductora'. Con buena suerte, el Self-Replicating Systems Concept Team propuso un plan que no sería completado hasta antes de 10 veces el lapso de la historia conocida, sin tomar en cuenta, por supuesto, las demoras inesperadas. Pensando en este marco temporal, uno se imagina material inerte pasando centurias para recorrer los rincones vacíos del espacio. No obstante, a pesar de los obvios peligros de tal propuesta no-convencional, el SRS Concept Team enfatizaba que esos constructos deberían ser vistos no simplemente como una clase especial de fábricas, sino también como organismos vivos. (cf. Levy, págs. 35-39)