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將來(lái)的制造業(yè)會(huì)不會(huì)是這樣的,?一棵樹(shù)或許是我們的老師,。 [復(fù)制鏈接]

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未來(lái)的制造:以此為背景的未來(lái)世界


如果有一天,技術(shù)的發(fā)展導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)鏈沒(méi)有那么長(zhǎng)了,,那么未來(lái)將是什么樣子,?那時(shí)候的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)又是什么樣子的?特別是工業(yè)和交通,,這兩件事情對(duì)一個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民的生活質(zhì)量的影響是決定性的,。如果再考慮遠(yuǎn)一點(diǎn),再過(guò)一百多年呢,?依靠想象將這件事情逐步展開(kāi),,一定是一件非常有趣的事情。
大自然的創(chuàng)造

再切換一個(gè)場(chǎng)景:在生物體內(nèi),,比如一棵玉米,。它利用太陽(yáng)的能量把輸入的水、二氧化碳,、溶于水的其它元素等合成淀粉,,蛋白質(zhì)...并向環(huán)境釋放氧氣等。一個(gè)微型的“工廠”(規(guī)模),,直接從環(huán)境獲取原材料,,而無(wú)需上游“工廠”(極短產(chǎn)業(yè)鏈),輸出氧氣等(環(huán)境友好),,自我生長(zhǎng)(自我構(gòu)建和自我維護(hù)),。而它的產(chǎn)出居然是人類目前基本還做不到的----人工合成淀粉或者蛋白質(zhì)。這些它是怎么做到的,?這里面扮演最重要角色的是誰(shuí),?是細(xì)胞和細(xì)胞演化的產(chǎn)物(如纖維)構(gòu)成的系統(tǒng)。繼續(xù)刨根問(wèn)底,,我們發(fā)現(xiàn)這個(gè)過(guò)程起最關(guān)鍵作用的是蛋白質(zhì),,為什么,?

首先我們來(lái)看一下蛋白質(zhì)的功能:
蛋白質(zhì)從功能上來(lái)說(shuō)有:
結(jié)構(gòu)蛋白:
構(gòu)成生物體組織結(jié)構(gòu)。
功能蛋白:
免疫:如免疫球蛋白等,。
輸運(yùn):如轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白等,。
酶:用于催化生物化學(xué)反應(yīng)。
激素:如胰島素,,生長(zhǎng)激素等,。
能量:
為什么蛋白質(zhì)能實(shí)現(xiàn)這么多的功能? 源于白質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。之前說(shuō)到,,蛋白質(zhì)其實(shí)是氨基酸構(gòu)成的長(zhǎng)鏈,,也就是氨基酸分子內(nèi)的氨基,和另一個(gè)氨基酸分子的羚基,。脫水縮合,,形成的結(jié)構(gòu),生化上稱為肽鍵,。,。這種線狀結(jié)構(gòu),也叫做蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu),。如果再通過(guò)空間折疊,,螺旋等方式,會(huì)構(gòu)成更復(fù)雜的區(qū)域結(jié)構(gòu),,這些結(jié)構(gòu)之間又可以通過(guò)各種作用力聚合在一起,,形成二級(jí),三級(jí)甚至四級(jí)復(fù)雜三維空間結(jié)構(gòu),。因?yàn)闃?gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸多達(dá)20種,,其組合順序千變?nèi)f化,也就因此能夠形成各種不同的結(jié)構(gòu),,實(shí)現(xiàn)各自不同的生物功能,。


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食物的“生產(chǎn)”

一棵樹(shù),,植根于土壤,并從中獲取水分和溶解于其中的礦物質(zhì),,它的軀干和葉子則置身于大氣海洋的底部,,獲取生長(zhǎng)所需的二氧化碳等,在陽(yáng)光的作用下通過(guò)葉綠體這個(gè)“工廠”合成“淀粉”等,,并向空氣中釋放“廢氣”---氧氣,。植物體內(nèi)是一個(gè)龐大的系統(tǒng):龐大的“交通網(wǎng)絡(luò)”輸送每個(gè)組成單元的所需,并把他們產(chǎn)生的“垃圾”運(yùn)輸?shù)街付ǖ牡胤�,。它就像一個(gè)巨大的城市甚至是一個(gè)國(guó)家或者一顆星球,。而葉綠體就是這個(gè)龐大帝國(guó)的“食物”工廠。

從“生物工廠”獲得的啟示

在葉綠體中,,光合作用是最關(guān)鍵的,,它的最底層機(jī)制人們一直沒(méi)有真正搞清楚。只是大致確定這個(gè)過(guò)程涉及到了量子效應(yīng),,比如“量子疊加效應(yīng)”,,這方面的詳細(xì)機(jī)制目前仍然有待破解。但是這個(gè)“工廠”的效率是非常高的,,它的原料非常簡(jiǎn)單,,只要是水和二氧化碳。它的產(chǎn)出是碳水化合物:如淀粉之類,,這是所有動(dòng)/植物食物的根源,。它的副產(chǎn)品是環(huán)境友好的,,更是必不可少的氧氣。

因?yàn)樵虾?jiǎn)單,,可以就地取材,,所以就不需要耗時(shí)費(fèi)力的運(yùn)輸過(guò)程。復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)支撐起了非常強(qiáng)大的“制造”能力,,讓整個(gè)加工過(guò)程被打包于一片葉子內(nèi)部,,和外部幾乎沒(méi)有其它的耦合。只要有陽(yáng)光,、空氣和水,,適宜的溫度,它們就能運(yùn)作很好,。

這些都讓我們?nèi)祟惸壳暗纳a(chǎn)系統(tǒng)望塵莫及,。也為我們的制造能力樹(shù)立了目標(biāo)。
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“機(jī)器”的生成
那么,,我們?nèi)祟惖墓I(yè)生產(chǎn)能否向著這個(gè)目標(biāo),?----越來(lái)越接近一棵玉米所能做到的。
如果我們?nèi)祟惖墓S各個(gè)環(huán)節(jié)的“機(jī)器”能在自身只有分子級(jí)大小,,卻能完成所處環(huán)節(jié)的功能,,那么工廠的規(guī)模就會(huì)變小。

分子級(jí)別的構(gòu)建已經(jīng)侵入了“量子作用”的世界,。在那里,,量子效應(yīng)開(kāi)始主導(dǎo)“游戲”的規(guī)則,目前人們只能處理比較簡(jiǎn)單的量子模型,,如果再遇上碳基家族的大分子,,能猜測(cè)其構(gòu)造應(yīng)該是現(xiàn)在我們的認(rèn)知范疇。至于其復(fù)雜的作用過(guò)程,,弄清楚實(shí)屬不易,,大多數(shù)應(yīng)當(dāng)還處在我們認(rèn)識(shí)的盲區(qū)。
至于在這種級(jí)別上構(gòu)建生物體本身,,人們隱約粗略知道DNA規(guī)劃和參與了這個(gè)過(guò)程,。搞清楚這種分子級(jí)別的作用過(guò)程,是當(dāng)下最熱門也是最具挑戰(zhàn)的領(lǐng)域之一,。如果在這方面有根本性的突破,,那么人類可以模仿生物去構(gòu)建自己無(wú)比精密的機(jī)器嗎,?

這里存在一個(gè)矛盾:
似乎只有碳基分子才有可能在這個(gè)尺度構(gòu)造如此復(fù)雜的結(jié)構(gòu),,具體分析可以參考之前的文章:
【生命是什么】關(guān)于碳基生物的一些討論

只有分子級(jí)別結(jié)構(gòu)的復(fù)雜多樣,,才能帶來(lái)這么小體積的龐大系統(tǒng),分子級(jí)別的“制造”才有可能,,才能實(shí)現(xiàn)我們前文提到的目標(biāo),。

然而,碳基大分子很難滿足人類所期望的“機(jī)器”或者“產(chǎn)品”某些嚴(yán)苛的需求:更快的速度,,更大的負(fù)荷能力,,更寬的溫度適用范圍,更遠(yuǎn)的傳播距離(如電磁波通信)等,,這是單純依靠碳基大分子很難實(shí)現(xiàn):例如你很難想象由碳基大分子購(gòu)車的火箭或者通信設(shè)備,。更加精細(xì),環(huán)境更友好等反而不是緊迫之需,。
“產(chǎn)品”的生產(chǎn)

產(chǎn)品和機(jī)器一樣遇到上述問(wèn)題,,這種精細(xì)的復(fù)雜性和廣泛的適應(yīng)性是不是完全是一對(duì)矛盾呢?這非常值得探討,,這也決定了我們上文對(duì)未來(lái)“制造”的憧憬是否是現(xiàn)實(shí)的,。

首先,生物的過(guò)程也由非碳基高分子的參與,,比如骨骼和牙齒的沉淀,。碳基大分子參與這種非碳基也非大分子的材料的生成,這似乎是一個(gè)很有前途的方向,,如果能把這類機(jī)制人工實(shí)現(xiàn),,且推廣到其它材料,那就非常厲害了,。這甚至是未來(lái)“納米加工”的一條備選途徑,。
其次,能否在碳元素在元素周期表的同一列里找到可以生成大分子的元素,,比如硅元素,,以此擴(kuò)充大分子材料的家族,以便獲得對(duì)材料更大的可選擇性,。對(duì)此我謹(jǐn)慎樂(lè)觀,,因?yàn)樗坪鯖](méi)有在自然界(至少在我們所處的這個(gè)環(huán)境)觀察到如碳基大分子那樣的情形出現(xiàn)在硅基分子中。當(dāng)然,,不排除在某些自然環(huán)境很難存在的條件下,,可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)想法。這非常值得探索,。
再就是和今天人類基于半導(dǎo)體(特別是硅元素)技術(shù)的結(jié)合,,讓我們的機(jī)器或者產(chǎn)品具備電子信息產(chǎn)品的所有能力和特征。這方面的討論可以大篇幅展開(kāi),這絕對(duì)非常值得期待,。
“機(jī)器”的組裝和維護(hù)

如果前面的問(wèn)題得以解決,,那么組成這個(gè)“工廠”的每個(gè)分子級(jí)別大小的每個(gè)“小機(jī)器”如何被組裝和維護(hù)是個(gè)必須解決的問(wèn)題。首先,,這能做到嗎,?能!怎么做,?答案同樣來(lái)自那棵玉米,。復(fù)雜多樣的精細(xì)化必然帶來(lái)功能的多樣化,這當(dāng)然包含組裝和維護(hù)的功能,。

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改變產(chǎn)業(yè)方式

接下來(lái)我們大致考察一下這種“工廠”能否生產(chǎn)我們當(dāng)下需要的一些產(chǎn)品,,例如交通類的產(chǎn)品,,通信類產(chǎn)品,食物,,房屋,,機(jī)器人等。有了上述討論的基礎(chǔ),,我認(rèn)為這是很有希望,,很值得探索的。下面我們就大致考慮一下某些影響的細(xì)節(jié)和它的原理,。
碳基分子構(gòu)成了極其復(fù)雜的生物體,,其構(gòu)建過(guò)程中,蛋白質(zhì)的合成是依靠DNA參與的轉(zhuǎn)錄和翻譯過(guò)程完成的,。在轉(zhuǎn)錄過(guò)程中,,DNA 序列 一個(gè)基因 被復(fù)制到稱為信使 RNA (mRNA) 的分子中。這個(gè)mRNA 攜帶 基因信息 從DNA到核糖體,,其中 實(shí)際合成 蛋白質(zhì)的合成是在翻譯過(guò)程中發(fā)生的,。
有朝一日,我們的機(jī)器和產(chǎn)品采用上述過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn),。從而大大縮短生成這種機(jī)器的產(chǎn)業(yè)鏈,。當(dāng)然,,要讓它更適合人類需求,他需要更快的生產(chǎn)(生長(zhǎng))速度,。
1. 被極度縮短的產(chǎn)業(yè)鏈


極大縮短的產(chǎn)業(yè)鏈將會(huì)很大程度消滅生產(chǎn)的盲目性,,從而大大降低經(jīng)濟(jì)危機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)。

在未來(lái)的行星際移民中,,這也是非常重要的一個(gè)努力方向。它可以讓很小規(guī)模的社會(huì)系統(tǒng)具備完全獨(dú)立的產(chǎn)業(yè)體系,。
大大減少物資的轉(zhuǎn)運(yùn),,因?yàn)楹芏嘀虚g環(huán)節(jié)的減少讓物資的運(yùn)輸主要集中于原材料和成品。這將大大減小城市規(guī)模,,因?yàn)榇笠?guī)模城市沒(méi)有必要了,。地區(qū)的不平衡將被最大程度撫平。

大大減少了對(duì)環(huán)境的破壞,,因?yàn)榫?xì)化讓排放和噪音幾乎都不存在了,,精細(xì)化讓工廠和居民區(qū)不必再做區(qū)分。這又減少了交通需求,。

2. 未來(lái)世界的形態(tài)

地球未來(lái)的發(fā)展方向會(huì)像川陀(《銀河帝國(guó)》首都所在星球)那樣被過(guò)度改造嗎,?還是正好相反,整體回歸它原始的狀態(tài),。
越發(fā)智能化的交通工具,,對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施的要求就會(huì)越低。那個(gè)時(shí)候大規(guī)模交通系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)應(yīng)該主要針對(duì)貨物的流通,,除了人們?nèi)粘5南M(fèi)品,,更多是制造產(chǎn)品和建造基礎(chǔ)設(shè)施的原材料。然而,,如果實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)規(guī)模的壓縮,,這種依賴就會(huì)成倍減少,最后就失去了對(duì)這種大規(guī)模的交通系統(tǒng)的需求,。
所以,,我認(rèn)為,未來(lái)的世界正好和川陀相反,,更加回歸“大自然”,。[size=; font-size: var(--articleFontsize),var(--articleFontsize)]當(dāng)初,“大規(guī)�,!钡膬�(yōu)勢(shì)

  1. 大科技項(xiàng)目的攻關(guān)

  2. 大規(guī)模生產(chǎn)帶來(lái)的成本優(yōu)勢(shì)

  3. 大基建項(xiàng)目



在這種情況下蕩然無(wú)存,。而 “大規(guī)模”的劣勢(shì),,例如:
為了供應(yīng)川陀居民的口腹之需,,每天都有數(shù)以萬(wàn)計(jì)的太空船隊(duì),負(fù)責(zé)載送來(lái)自二十個(gè)農(nóng)業(yè)世界的糧食,船隊(duì)規(guī)模比任何一支帝國(guó)制造的星際艦隊(duì)都要龐大…由于川陀依靠其他世界的世界供應(yīng)糧食,,甚至所有的日常用品,,這個(gè)行星變得越來(lái)越容易以包圍封鎖的手段征服。--- 《銀河帝國(guó)》

以及不對(duì)稱造成的不公平,,環(huán)境和危機(jī)等將會(huì)被大大改善,。


[ 此帖被kevinzu在2025-01-15 16:58重新編輯 ]
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努力縮短產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展方向,,似乎非常有價(jià)值。AI和分子級(jí)別的制造似乎是朝著這個(gè)方向邁進(jìn)的,。
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弱弱的問(wèn)一句,,你寫的這些是科幻還是科普,。

樓主留言:

不是科幻,也不是科普,,是對(duì)未來(lái)的一個(gè)可能性的展望

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