thumb|right|Una forma simplificada de máquina autorreplicante
Una máquina autorreplicante es una construcción artificial que es teóricamente capaz de fabricar una copia de sí mismo en forma autónoma, usando materias primas tomadas del ambiente que la rodea.
El concepto de máquinas autorreplicantes ha sido propuesto y examinado por Homer Jacobsen, Edward F. Moore, Freeman Dyson, John von Neumann y en tiempos más recientes por K. Eric Drexler en su libro sobre nanotecnología, Motores de la Creación y por Robert Freitas y Ralph Merkle en su artículo Kinematic Self-Replicating Machines (en español: Máquinas autorreplicantes Cinemáticas) que proporcionó el primer análisis comprensivo de todo el espacio de diseño de replicadores. Una máquina autorreplicante es, como el nombre lo sugiere, un sistema autorreplicante artificial que está basado en automatización y tecnología de gran escala convencional.
El desarrollo futuro de tal tecnología ha sido puesta como protagonista y parte integral de varios planes que involucran el minado de lunas y anillos asteroides por minerales y otros materiales, la creación de fábricas lunares e incluso la construcción de satélites de energía solar en el espacio. La posiblemente mal denominada sonda de von Neumann es un ejemplo teórico de tal máquina. Von Neumann también trabajó en lo que él llamaba constructor universal, una máquina autorreplicante que operaría en un ambiente celular autómata.
Ciertos términos idiosincráticos son encontrados ocasionalmente en la literatura. Por ejemplo, el término "replicador ruidoso" lo usó Drexler para distinguir a los sistemas replicantes de macroescala de los nanorrobots microscópicos o "ensambladores" que la nanotecnología pueden hacer posible, pero el término es informal y raramente se usa en las discusiones populares o técnicas. Los replicadores también han sido llamados "máquinas von Neumann" por el autor John von Neumann, quien fue el primero en estudiar rigurosamente la idea. Pero este término es menos específico y también se refiere a una arquitectura computacional completamente diferente propuesta por von Neumann, así que su uso se desaconseja cuando la precisión es importante. El mismo von Neumann usó el término "constructor universal" para describir tales máquinas autorreplicantes.
Los historiadores de las máquinas herramientas, incluso antes de la era del control numérico, algunas veces hablaban figurativamente de las máquinas herramientas como una clase de máquinas que es única debido a su habilidad de "reproducirse a sí mismas",. por lo que ellos querían decir la habilidad de hacer copias de todas sus partes. Sin embargo, implícito en tales discusiones está el hecho de que un ser humano estaría controlando los procesos de corte (o, posteriormente, al menos de la planeación y la programación de ellas) y luego el ensamblaje de estas partes. Lo mismo es verdad acerca de los RepRaps, que son otra clase de máquinas algunas veces mencionadas en referencia a la "autorreplicación" no autónoma. En contraste, las máquinas que son verdaderamente autorreplicantes en forma autónoma son el principal foco de discusión en este artículo.
Concepto básico Una máquina autorreplicante necesitaría tener la capacidad de obtener energía y materia prima, procesar y transformar la materia prima en componentes finales, y luego ensamblarlos en una copia de sí misma. Además, para una autoreplicación completa, debe, partiendo desde cero, producir todas sus partes desde la más pequeña, como por ejemplo, rodamientos, conectores y todos los componentes necesarios no importando lo delicado o complejo. Es poco probable que todo esto pudiera ser contenido en una sola estructura única, pero podría ser posible para un grupo de máquinas cooperando entre sí o de una fábrica autómata que sea capaz de fabricar todas las máquinas que la comprenden.
La fábrica podría producir robots mineros para extraer o recolectar materia prima, robots constructores para ensamblar nuevas máquinas, y robots de reparación para hacer la mantención de sus propios componentes para enfrentar el deterioro y desgaste natural de su funcionamiento, todo esto sin intervención o dirección de seres humanos. La ventaja de este sistema yace en su habilidad para expandir su propia capacidad rápidamente y sin esfuerzo humano adicional. En esencia, la inversión inicial requerida para construir el primer dispositivo autorreplicante tendría una recuperación infinita grande sin ningún costo adicional de mano de obra.
Tales máquinas no violan ningún ley física, y las tecnologías básicas necesarias para algunos de los diseños y propuestas más detallados ya existen.
Historia del concepto El concepto general de las máquinas artificiales capaces de producir copias de sí mismas se remonta hacia al menos centenares de años. Una de las primeras referencias es una anécdota respecto al filósofo René Descartes, quien le sugirió a la reina Cristina de Suecia que el cuerpo humano podría ser considerado una máquina, ella le respondió apuntando a un reloj y le ordenó "vea que produzca hijos". Existen muchas otras variaciones de esta anecdótica respuesta. Varias otras versiones de esta anecdótica respuesta existen. Samuel Butler propuso en su novela Erewhon del año 1872, que las máquinas ya eran capaces de reproducirse a sí mismas pero el hombre era el hacía eso, y agregaba que las "máquinas que reproducían maquinaria no reproducían máquinas de su propia clase".
En 1802 William Paley formuló el primer argumento teleológico conocido presentando máquinas produciendo a otras máquinas, sugiriendo que el argumento de quién originalmente construyó el primer reloj no tenía validez si se podía demostrar que el reloj era capaz de fabricar una copia de sí mismo.; See also: ; El estudio científico de máquinas autorreplicantes fue anticipado por John Bernal tan tempranamente como en el año 1929 y por matemáticos tales como Stephen Kleene quien comenzó a desarrollar la teoría de la recursión en la década de los años 1930. Mucho de su trabajo final fue motivado por el interés en los algoritmos y procesamiento de la información más que en la implementación física de tal sistema.
Modelo cinemático de von Neumann Una propuesta conceptual detallada para un sistema autorreplicante físico no-biológico fue propuesto por primera vez por el matemático John von Neumann en unas charlas realizadas entre 1948 y 1949, cuando él propuso un modelo de un autómata autoreproductor cinemático como un experimento mental. El concepto de una máquina autorreplicante física de Von Neumann solo fue tratado en forma abstracta, con una máquina hipotética usando un "mar" o almacenamiento de repuestos como su fuente de materia prima. La máquina tenía un programa almacenado en una cinta de memoria que la dirigía a recobrar las partes desde este "mar" usando un manipulador, ensamblándolas a continuación en un duplicado de sí misma, para luego copiar los contenidos de su cinta de memoria en la de la máquina recién duplicada. La máquina fue ideada como compuesta por tan poco como ocho tipos diferentes de componentes; cuatro elementos lógicos que enviaban y recibían estímulos y cuatro elementos mecánicos usados para proporcionar un esqueleto estructural y movilidad. Mientras cualitativamente ingenioso, von Neumann estaba evidentemente insatisfecho con este modelo de máquina autorreplicante debido a las dificultades de analizarlo con rigor matemático. Él prosiguió a desarrollar un modelo autorreplicante incluso más abstracto basado en un autómata celular. Su concepto cinemático original permaneció poco conocido hasta que fue popularizado en un número de Scientific American del año 1955.
Plantas vivientes artificiales de Moore En 1956 el matemático Edward F. Moore propuso la primera sugerencia práctica conocida de una máquina autorreplicante real, también publicada en la Scientific American. Las "plantas vivientes artificiales" de Moore fueron propuestas como máquinas capaces de usar aire, agua y suelo como materia prima y obtener su energía de la luz solar por medio de una batería solar o un motor de vapor. Él seleccionó la costa como el hábitat inicial para tales máquinas, dándoles un fácil acceso a los químicos del agua salada, y sugirió que generaciones posteriores de la máquina podrían ser diseñadas para flotar libremente sobre la superficie del océano como una barcazas factorías autorreplicantes o podrían ser colocadas en un terreno baldío desierto que no tuviera utilidad para propósitos industriales. Los autorreplicantes serían "cosechados" por sus partes componentes para ser usados por la humanidad en otras máquinas no autorreplicantes.
Sistemas replicantes de Dyson El siguiente mayor desarrollo del concepto de máquinas autorreplicantes fue una serie de experimentos propuestos por físico Freeman Dyson en su charla Vanuxem de 1970.Freeman J. Dyson, "The twenty-first century," Vanuxem Lecture delivered at Princeton University, 26 February 1970. Él propuso tres aplicaciones a gran escala de máquinas autorreplicantes. La primera era enviar un sistema autorreplicante a la luna Encélado de Saturno, que además de producir copias de sí misma estaría programada para fabricar y lanzar naves espaciales de carga propulsadas por una vela solar. Estas naves espaciales transportarían bloques de hielo de Encélado a Marte, donde ellos serían usados para terraformar el planeta. Su segunda propuesta fue un sistema de fábricas alimentadas por energía solar diseñadas para un ambiente terrestre desértico, y la tercera era un "kit de desarrollo industrial" basado en este replicador que podría ser vendido a países en desarrollo para proporcionarle a estos una capacidad industrial del tipo que desearan. Cuando Dyson revisó y reimprimió su charla de 1979 él agregó propuestas para una versión modificada de las plantas vivientes marinas artificiales que estaba diseñada para destilar y almacenar agua dulce para uso humano y para el "Astrochicken".
Automatización avanzada para misiones espaciales thumb|right|Una concepción artística de una fábrica lunar robótica "auto-desarrollable" En 1980, inspirado por un "Taller de Nuevas Direcciones" de 1980 llevado a cabo en Wood's Hole, la NASA condujo un estudio de verano conjunto con la American Society for Engineering Education, ASEE titulado Automatización Avanzada para Misiones Espaciales para producir una propuesta detallada de fábricas autorreplicantes que desarrollarían los recursos de la Luna sin el requerimiento de lanzamientos adicionales o de trabajadores humanos en terreno. El estudio fue conducido en la Santa Clara University y se desarrolló entre el 23 de junio y el 29 de agosto, con el informe final publicado en 1982. El sistema propuesto tendría que ser capaz de incrementar exponencialmente la capacidad productiva y el diseño podría ser modificado para construir sondas autorreplicantes para explorar la galaxia.
El diseño de referencia incluía pequeños carros eléctricos controlados por computadora desplazándose en rieles al interior de la fábrica, "máquinas pavimentadoras" móviles que usaban grandes espejos parabólicos para enfocar la luz del sol en el regolito lunar para fundirlo y sinterizarlo en una superficie dura capaz de ser usada como base para construir sobre ella, y cargadores frontales robóticos para minería a cielo abierto. El regolito lunar en bruto sería refinado por una variedad de técnicas, principalmente lixiviación con ácido fluorhídrico. Grandes transportes con una variedad de brazos manipuladores y herramientas fueron propuestos con los constructores que juntarían todo en nuevas fábricas de partes y piezas producidos por su "padre".
La energía sería proporcionada por una "cubierta" de celdas solares apoyadas en pilares. La otra maquinaria sería colocada bajo esta cubierta.