将来的制造业会不会是这样的？一棵树或许是我们的老师。 [复制链接]

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未来的制造：以此为背景的未来世界


如果有一天，技术的发展导致产业链没有那么长了，那么未来将是什么样子？那时候的国际竞争又是什么样子的？特别是工业和交通，这两件事情对一个国家的经济发展和人民的生活质量的影响是决定性的。如果再考虑远一点，再过一百多年呢？依靠想象将这件事情逐步展开，一定是一件非常有趣的事情。

再切换一个场景：在生物体内，比如一棵玉米。它利用太阳的能量把输入的水、二氧化碳、溶于水的其它元素等合成淀粉，蛋白质...并向环境释放氧气等。一个微型的“工厂”（规模），直接从环境获取原材料，而无需上游“工厂”（极短产业链），输出氧气等（环境友好），自我生长（自我构建和自我维护）。而它的产出居然是人类目前基本还做不到的----人工合成淀粉或者蛋白质。这些它是怎么做到的？这里面扮演最重要角色的是谁？是细胞和细胞演化的产物（如纤维）构成的系统。继续刨根问底，我们发现这个过程起最关键作用的是蛋白质，为什么？

首先我们来看一下蛋白质的功能：

蛋白质从功能上来说有：
结构蛋白：
构成生物体组织结构。
功能蛋白：
免疫：如免疫球蛋白等。
输运：如转运蛋白等。
酶：用于催化生物化学反应。
激素：如胰岛素，生长激素等。
能量：
为什么蛋白质能实现这么多的功能? 源于白质结构的复杂性。之前说到，蛋白质其实是氨基酸构成的长链，也就是氨基酸分子内的氨基，和另一个氨基酸分子的羚基。脱水缩合，形成的结构，生化上称为肽键。。这种线状结构，也叫做蛋白质的一级结构。如果再通过空间折叠，螺旋等方式，会构成更复杂的区域结构，这些结构之间又可以通过各种作用力聚合在一起，形成二级，三级甚至四级复杂三维空间结构。因为构成蛋白质的氨基酸多达20种，其组合顺序千变万化，也就因此能够形成各种不同的结构，实现各自不同的生物功能。

楼主你搞半天隔这做搬运工呢

食物的“生产”

一棵树，植根于土壤，并从中获取水分和溶解于其中的矿物质，它的躯干和叶子则置身于大气海洋的底部，获取生长所需的二氧化碳等，在阳光的作用下通过叶绿体这个“工厂”合成“淀粉”等，并向空气中释放“废气”---氧气。植物体内是一个庞大的系统：庞大的“交通网络”输送每个组成单元的所需，并把他们产生的“垃圾”运输到指定的地方。它就像一个巨大的城市甚至是一个国家或者一颗星球。而叶绿体就是这个庞大帝国的“食物”工厂。

从“生物工厂”获得的启示

在叶绿体中，光合作用是最关键的，它的最底层机制人们一直没有真正搞清楚。只是大致确定这个过程涉及到了量子效应，比如“量子叠加效应”，这方面的详细机制目前仍然有待破解。但是这个“工厂”的效率是非常高的，它的原料非常简单，只要是水和二氧化碳。它的产出是碳水化合物：如淀粉之类，这是所有动/植物食物的根源。它的副产品是环境友好的，更是必不可少的氧气。

因为原料简单，可以就地取材，所以就不需要耗时费力的运输过程。复杂的内部结构支撑起了非常强大的“制造”能力，让整个加工过程被打包于一片叶子内部，和外部几乎没有其它的耦合。只要有阳光、空气和水，适宜的温度，它们就能运作很好。

这些都让我们人类目前的生产系统望尘莫及。也为我们的制造能力树立了目标。

“机器”的生成
那么，我们人类的工业生产能否向着这个目标？----越来越接近一棵玉米所能做到的。
如果我们人类的工厂各个环节的“机器”能在自身只有分子级大小，却能完成所处环节的功能，那么工厂的规模就会变小。

分子级别的构建已经侵入了“量子作用”的世界。在那里，量子效应开始主导“游戏”的规则，目前人们只能处理比较简单的量子模型，如果再遇上碳基家族的大分子，能猜测其构造应该是现在我们的认知范畴。至于其复杂的作用过程，弄清楚实属不易，大多数应当还处在我们认识的盲区。
至于在这种级别上构建生物体本身，人们隐约粗略知道DNA规划和参与了这个过程。搞清楚这种分子级别的作用过程，是当下最热门也是最具挑战的领域之一。如果在这方面有根本性的突破，那么人类可以模仿生物去构建自己无比精密的机器吗？

这里存在一个矛盾：
似乎只有碳基分子才有可能在这个尺度构造如此复杂的结构，具体分析可以参考之前的文章：
【生命是什么】关于碳基生物的一些讨论

只有分子级别结构的复杂多样，才能带来这么小体积的庞大系统，分子级别的“制造”才有可能，才能实现我们前文提到的目标。

然而，碳基大分子很难满足人类所期望的“机器”或者“产品”某些严苛的需求：更快的速度，更大的负荷能力，更宽的温度适用范围，更远的传播距离（如电磁波通信）等，这是单纯依靠碳基大分子很难实现：例如你很难想象由碳基大分子购车的火箭或者通信设备。更加精细，环境更友好等反而不是紧迫之需。
产品和机器一样遇到上述问题，这种精细的复杂性和广泛的适应性是不是完全是一对矛盾呢？这非常值得探讨，这也决定了我们上文对未来“制造”的憧憬是否是现实的。

首先，生物的过程也由非碳基高分子的参与，比如骨骼和牙齿的沉淀。碳基大分子参与这种非碳基也非大分子的材料的生成，这似乎是一个很有前途的方向，如果能把这类机制人工实现，且推广到其它材料，那就非常厉害了。这甚至是未来“纳米加工”的一条备选途径。
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，以此扩充大分子材料的家族，以便获得对材料更大的可选择性。对此我谨慎乐观，因为似乎没有在自然界（至少在我们所处的这个环境）观察到如碳基大分子那样的情形出现在硅基分子中。当然，不排除在某些自然环境很难存在的条件下，可以实现这个想法。这非常值得探索。
再就是和今天人类基于半导体（特别是硅元素）技术的结合，让我们的机器或者产品具备电子信息产品的所有能力和特征。这方面的讨论可以大篇幅展开，这绝对非常值得期待。
如果前面的问题得以解决，那么组成这个“工厂”的每个分子级别大小的每个“小机器”如何被组装和维护是个必须解决的问题。首先，这能做到吗？能！怎么做？答案同样来自那棵玉米。复杂多样的精细化必然带来功能的多样化，这当然包含组装和维护的功能。

都是楼主自己的文章的话
那只能膜拜了

接下来我们大致考察一下这种“工厂”能否生产我们当下需要的一些产品，例如交通类的产品，通信类产品，食物，房屋，机器人等。有了上述讨论的基础，我认为这是很有希望，很值得探索的。下面我们就大致考虑一下某些影响的细节和它的原理。
碳基分子构成了极其复杂的生物体，其构建过程中，蛋白质的合成是依靠DNA参与的转录和翻译过程完成的。在转录过程中，DNA 序列 一个基因 被复制到称为信使 RNA (mRNA) 的分子中。这个mRNA 携带 基因信息 从DNA到核糖体，其中 实际合成 蛋白质的合成是在翻译过程中发生的。
有朝一日，我们的机器和产品采用上述过程来实现。从而大大缩短生成这种机器的产业链。当然，要让它更适合人类需求，他需要更快的生产（生长）速度。

极大缩短的产业链将会很大程度消灭生产的盲目性，从而大大降低经济危机的风险。

在未来的行星际移民中，这也是非常重要的一个努力方向。它可以让很小规模的社会系统具备完全独立的产业体系。
大大减少物资的转运，因为很多中间环节的减少让物资的运输主要集中于原材料和成品。这将大大减小城市规模，因为大规模城市没有必要了。地区的不平衡将被最大程度抚平。

大大减少了对环境的破坏，因为精细化让排放和噪音几乎都不存在了，精细化让工厂和居民区不必再做区分。这又减少了交通需求。

地球未来的发展方向会像川陀（《银河帝国》首都所在星球）那样被过度改造吗？还是正好相反，整体回归它原始的状态。
越发智能化的交通工具，对基础设施的要求就会越低。那个时候大规模交通系统的基础设施建设应该主要针对货物的流通，除了人们日常的消费品，更多是制造产品和建造基础设施的原材料。然而，如果实现产业规模的压缩，这种依赖就会成倍减少，最后就失去了对这种大规模的交通系统的需求。
所以，我认为，未来的世界正好和川陀相反，更加回归“大自然”。[size=; font-size: var(--articleFontsize),var(--articleFontsize)]当初，“大规模”的优势

1. 
   大科技项目的攻关
   
2. 
   大规模生产带来的成本优势
3. 
   大基建项目
4. 
   
   

在这种情况下荡然无存。而 “大规模”的劣势，例如：

为了供应川陀居民的口腹之需，每天都有数以万计的太空船队，负责载送来自二十个农业世界的粮食，船队规模比任何一支帝国制造的星际舰队都要庞大…由于川陀依靠其他世界的世界供应粮食，甚至所有的日常用品，这个行星变得越来越容易以包围封锁的手段征服。--- 《银河帝国》

以及不对称造成的不公平，环境和危机等将会被大大改善。

看看也蛮有意思的

努力缩短产业链的发展方向，似乎非常有价值。AI和分子级别的制造似乎是朝着这个方向迈进的。

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弱弱的问一句，你写的这些是科幻还是科普。