第 2.1 章 - 自我提升与种子工厂
在第 2.0 章中，我们研究了自然界和人类历史中扩张、复制和自我提升的过程。这段历史导致了一些当前的问题，我们希望以比以前更好的方式解决这些问题。我们还希望避免未来的问题，并帮助人们为自己创造更好的生活。
像环境恶化这样的问题是全球性的，只有通过大规模行动才能解决。现代技术可以轻松复制存储的信息。添加自我提升、增长和复制自身的物理系统可以为大型问题提供所需的规模。
我们可以通过提前考虑大型复杂系统的整体来避免新的问题和副作用。这包括它们在整个生命周期中与周围世界的所有相互作用，从设计到处置。这类系统中的每个部分都必须从外部输入和输出的角度进行考虑——它们来自哪里，它们去往哪里。我们还必须考虑一个系统中的各个部分如何相互影响。
因此，我们在这些书籍中的基本方法是将变化过程（如扩张、复制、自我提升和进化）与“整体系统思维”结合起来。这样，我们就可以规划和优化这些变化，以避免副作用和新的问题。请注意，小型项目（如为个人使用建造工作台）并不大或复杂到需要系统方法。为材料采购和废物负责任地处理就足够了。
本章 (2.1) 探讨了旨在随着时间的推移而有意地改进、增长和复制的新型系统。特别是，我们将介绍“种子工厂”的概念——一个可以发展成具有所需产出的成熟工厂的初始设置。接下来的章节将介绍此类系统的设计特征，以及开发复杂系统整体的过程。第 5 章到第 8 章以及第二卷提供了一系列使用此方法的设计示例。我们认为，现在就应该开始研究此类系统，因为它们可以解决的现有和未来问题值得解决。开发和完善系统仍然需要时间，但等待开始只会意味着完成需要更长的时间。
我们在第 2.0 章中看到，扩张、复制和工具使用在自然界和我们的祖先中有着悠久的历史。我们今天继续使用它们来种植食物并制作所有文明的产物。使用这些相同的过程、我们的工具以及导致我们当前问题的经济和法律结构似乎是解决这些问题的解决方案的一部分。
- 从生物学中，我们可以借鉴增长、复制、存储和修改指令、进化以及具有能量和物质流的生态系统的思想。
- 从技术上讲，我们可以借鉴已经积累的知识，如何复制和传播知识，以及添加新工具的历史，以及使用现有工具制造更好的工具的历史。
- 智能工具和其他提高生产力的技术可以取代工人及其工作。但我们不应将它们视为需要解决的问题，而应将它们作为解决方案的一部分。
集中所有权和不公平的贸易条件，在政府力量的支持下，是许多经济问题的根本原因。相对贫困、工作不安全和地区发展不足是其中的一些后果。
- 我们可以将所有权结构更改为合作制和会员制方法，以保证参与和公平份额。我们可以建立储备和备用计划，以防范不利情况。我们可以利用我们周围丰富的物质和能源资源来避免未来的问题和风险。
将所有这些想法结合起来，我们可以创造一种新的方法——一种允许人们帮助自己的方法。这种方法即使在未来面对持续的大规模变化也能奏效。
我们从历史中知道，像城市这样的大型建筑可以随着时间的推移而扩张和进化。但这也可以在小规模上发生。例如，一个有家庭作坊和工具的人可以增加他们的房子或建造一个新的建筑来容纳更大的作坊。他们可以建造更多的工作台并添加工具来改进和发展车间。我们试图解决的两个问题是地区发展不足和个人贫困。因此，从小处着手，简单开始，然后随着时间的推移进行升级，是一种解决这些问题的方法。
如果给植物和动物机会，它们可以指数级地复制自己。我们可以使用书籍和计算机等工具多次复制信息。人们的知识和经验可以通过一次对一群人的教学和培训来倍增。但像房屋和机器这样的实物并不那么容易复制。相反，它们是按顺序制造的——一个接一个。我们可以将复制的生物过程应用于非生物，使用机器复制的概念。虽然完全自主的自我复制尚不可行，但我们可以通过使用现有的工具、机器和自动化来复制许多物品。
单个工具的使用范围有限。一个工具箱，或者一个有许多工具的车间，可以完成更多种类的任务。使用不同工具组合步骤序列的方法数量比工具数量增长得快得多。具有预期结果的步骤序列称为过程。使用足够大工具集的过程可以复制它自己的工具之一，或者制造不同的工具添加到工具集中。足够大的工具集可用于复制所有它自己的成员，或者制造我们已掌握知识的任何新工具。
这实际上是文明从石头和棍棒发展到我们今天所拥有的东西的方式。但工具数量和种类的历史增长以及我们可以用它们制造的东西，受到当时知识的限制。我们能够使用的能量和材料也受到我们知识和工具集的限制。今天，我们可以利用我们不断增长的知识，为特定任务开始使用更好的工具集和流程。这些任务之一可以是增长、进化和复制工具集本身。
现代社会很复杂。没有人能够获得所有维持高生活水平所需的知识和技能。购买所有必要的工具和设备以及使用它们所需的时间也不在我们的能力范围内。在网络中以小组合作的方式工作可以使我们过上美好的生活。所需的知识和工具分布在更多的人手中。自己制造许多工具和产品可以大大降低成本。通过人数优势，他们可以完成否则过于复杂或庞大的项目。
普通人无法制造汽车或智能手机之类的复杂设备，但他们当然可以使用它们。同样，如果智能工具设计得当，即使它们很复杂，也应该易于使用。必要时，它们可以附带安装说明和操作教程。专业人士也可以提供培训和支持，就像如今的手机和汽车一样。
我们提出的解决大规模物理问题的方法是将标题 1.0 中的所有想法整合到自我扩展和提升的生产网络中。这些网络由一群拥有者运营商构建，他们从规模更小、更简单的工具起步集开始。他们使用这些工具为自己、彼此制造成品，并向其他人提供产品和服务。他们还使用这些工具制造更好、更大的工具来提升产能。这最终将扩展到包括智能工具，以及为新群体制造新的起步集。
智能工具为所有者工作，因此他们不会面临自身工作不安全或工作流离失所的风险。通过这种方式，我们可以利用创造问题的工具来解决问题。作为所有者，无论他们的工具变得多么先进或自动化，他们仍然可以从工具生产的产品中获益。一个成熟的网络可以满足他们所有基本需求，例如食物、住所和公用事业，以及一些奢侈品。他们在网络中满足的需求越多，他们受到外部经济问题的影响就越小。由于网络制造东西，我们可以称之为“制造商网络”或 **MakerNet**。
整个网络将是自我指导和自我提升的，而不是从上而下进行指导。成员遵循自己的兴趣和能力。他们尽可能地教授、学习和提升自己的技能。他们互相帮助获取新设备，并完成更大的项目。他们在网络内交易产品和服务，并向其他人出售产品和服务，以支付网络无法提供的商品。
一个满足所有基本需求和部分奢侈品的生产网络无法解决我们面临的其他问题。希望通过解决物质匮乏问题，人们将有更多时间处理社会、政治、环境和其他类型的问题。
建立一个网络需要最初的劳动力、知识、资金、工具、材料和能源供应。根据创始成员的资源，他们可能需要时间积累足够多的这些物品。一旦几个网络节点到位，它们的经验、资源和生产能力就可以用来帮助建立额外的节点。
拥有现有工作但资源很少的人可以将其作为一项补充他们现有工作的业余活动。开始的理由包括更好地利用现有资源、爱好兴趣以及在传统工作缺乏时拥有备用工作。失业或就业不足的人有更多可用时间，但资源更少。他们可能出于对基本商品的需求、摆脱贫困或自我提升的需要而参与。最后，还有退休人士和富人，他们不需要自己工作，但如果他们选择，他们仍然可以工作。他们可以提供资金、工作空间和其他资源。这些人可以共同努力，互相帮助，完成更多工作。
并非每个人都将一开始就拥有使用不同工具和设备的技能和经验。他们可以提供基本劳动力或其他资源来开始参与。他们可以通过与其他成员合作，在以后获得技能和经验。网络也可以为那些想要学习新技能的人提供正规培训。人们也可以从公开的资源中自学，然后将这些知识应用于网络项目。
新人可能一开始没有自己的工具或设备。如果他们有足够的资金，他们可以简单地购买它们。如果没有，他们可以借用或使用网络中现有的工具来入门。他们可以通过交易劳动力、在网络内制造或建立所有权份额来积累自己的工具，这使他们能够使用更大的集合。
一开始，网络只能制造有限范围的物品。它无法满足所有成员的基本需求，也没有制造升级工具所需的设备。因此，他们用现有能力和工具生产出他们 **能够** 生产的产品和服务的剩余部分。这些商品被出售或交易以换取升级所需的零件、材料和设备。盈余生产也可以被出售或交易以满足他们的一些个人需求。
在这个阶段，网络可以部分解决工作不确定性问题。当其他工作不可用时，他们可以在网络中雇用自己来弥补损失。随着更多人加入网络，以及他们的技能和设备改进，他们可以为自己做更多的事情，并减少对外部供应的依赖。随着时间的推移，成员可以建造或购买自己的智能工具。这使他们能够非常高效地制造东西，减少所需的劳动力。在这个水平上，他们可以完全取代传统工作。成员可以从为他人工作过渡到为自己工作。
网络中的工作成员以后可能会因为年龄或不幸而处于不利地位，并最终去世。他们通常会有无法工作的家属。这些人无法自己操作工具和设备。他们仍然可以从设备的所有权份额中获益。新人将承担必要的工作，并获得他们自己的一部分网络。使用先进工具的总生产力应该足够高，以支持当前工人以及以前工人的受益者。使用非常先进的工具，机器可以主要自行运行，偶尔进行监督和维护，以换取部分输出。
有些人可能拥有除了满足网络内部的个人需求之外的其他目标。例如，通过在网络中工作，他们可以启动一个独立的企业，而无需自己提供所有启动资金和设备，或寻求外部融资。网络允许他们入门并开始生产，积累这些物品和外部客户，然后在准备好时自行创业。
我们可以通过有意设计具有该目的的设备起步集来更容易地实现这种自我提升网络的增长。我们还可以将它们设计为各个部分相互协作的集成系统，并尽可能避免新的问题和副作用。最后，我们可以规划一条通往成熟生产系统的增长路径，而该系统反过来可以生产新的起步集。这使网络能够根据需要复制到任意多个副本。我们将适合这种自我扩展类型的起步集称为 **种子工厂**，比喻为植物种子生长成成熟植物。
要建立种子工厂，您需要初始的工具和机器供应。但是，简单工具的集合本身无法做任何事情。您还需要其他资源，例如原材料、劳动力和能量来操作它们。还需要知识 - 以计划和说明的形式来构建，以及操作人员的技能和经验，以便他们知道如何开展工作。工具、资源、能量和知识的所有投入都需要形成一个完整的系统，能够自我生长和复制。为了帮助记住这些组件，我们将其称为 **TREK 原则**，以星际迷航宇宙中虚构的复制器命名。
一个年轻的网络将具有有限的内部制造能力。一个更成熟的生产网络可能能够建造新的起步集，但仍然无法内部供应其运行所需的一切。为了持续运营，种子工厂和不断发展的网络通常需要外部供应的能量和材料。他们还需要内部无法制造的零件和机器，以更换磨损的物品或进行扩展。支付这些物品的费用可以来自成员的贡献、产品销售或外部来源。
如果网络节点可以按需完成项目或制造单个物品，我们通常称它们为承包商或工作室。当起步集能够通过协调努力批量生产物品时，它会发展成为工厂。随着现代交通和通信的发展，工具和机器不必都位于同一建筑物中或拥有相同的归属权，就像传统工厂一样。如果拥有者/运营商可以远程控制智能工具，他们甚至不必与设备位于同一地点。物理布置可以更加分散，就像现代互联网一样 - 数据中心集中活动，以及人们家中和工作场所的本地活动。
一个现代 **分布式生产系统** 当这样做效率更高时，可以将多台机器放在同一个地方。但它也可以在家庭或当地工作场所附近安装本地设备，当这是首选时。使整个系统像工厂一样运作的原因是，所有工作都由人和他们的 **信息技术** 协调。结果是在需要的时候交付了正确数量的成品。
种子工厂的共同特点是，它能够自我扩展和升级，可以根据所有者的需求进行扩展，解决他们的经济问题，并最终部分或完全复制初始套装。 在本书和第二卷后面的示例中，我们将对最初使用哪些设备提出建议，但这些建议应根据实际项目的需要进行调整。
初始套装 - 对于理想的初始套装，没有单一的固定设计。 您需要什么取决于许多因素。 其中包括第一个网络成员的经济资源和技能、他们希望开始为自己制作的成品、当地的环境条件以及他们可以获得哪些工具、材料和零件供应。 随着智能工具和其他技术的进步，最佳的起始项目也会发生变化。 例如，3D 打印机在 2010 年左右变得普遍可用，因此在此之前它们不是一种选择，但现在是。
您可以使用少于完整初始套装开始操作。 这可能没有任何生产更好工具的能力，但可以用于简单的产品和服务。 例如，皮卡车和拖车无法用来升级自己。 但是，它们可以用来提供搬运服务。 从中获得的收入可以用来购买其他工具和材料，并将车辆用于将它们运输到将要建造车间的地方。 车间完工后即可开始生产。 最终，生产网络可以制造改进，例如拖车的封闭箱，完成升级周期。
可以用有限的设备提供服务。 对于资源有限的人来说，这可能是更好的入门途径。 更多的人或更多的资金可以通过立即建立一个拥有更先进工具的工作空间来缩短增长路径。 第三種方法是成員首先共同儲蓄，直到他們有足夠的資金開始購買設備。
增长路径 - 无论选择什么起点，它都需要一条有效的增长路径。 一种方法是为初始套装选择灵活的工具。 例如，单个太阳能炉可以用来制造砖块、铸造金属零件或干燥木材，所有这些都可以通过使用合适的附件和配件来实现。 另一种方法是模块化设计，这样扩展可以分更小的步骤进行。 可以一次添加一个结构间隙的生产车间。 通用电动汽车底盘可以逐个添加机器人手臂或农业机械等配件。
我们事先不知道新小组将拥有哪些资源和技能，也不知道他们想先做什么。 处理这种不确定性的一种方法是建立一个增长路径库以及单个项目计划和说明。 然后，他们可以根据需要选择自己的路径。 以前的小组也可以通过提供工具套装、培训和其他帮助来帮助新的小组。
设计方法 - 像家庭车间这样的小型项目不需要第 3 章和第 4 章中描述的完整系统设计方法。 有足够多的参考资源，例如书籍、网站和 YouTube 视频，可以提供指导，而且所有者知道他们拥有什么技能、工具和空间来构建它。 车间也可以逐个建造，并在需要时进行更改和添加。 每一步都足够简单，不需要太多规划和设计。
模块化生产机器人套件旨在在不断增长的生产网络中制造和使用，因此更加复杂。 它将包括机器人手臂、末端工具、固定安装、移动底盘、传感器套件和手动控制等部件。 这些将需要软件、计算机和日期网络才能运行。 所有这些部件都必须适合并协同工作。
设计这样的机器人套件对于刚起步的小型团队来说太难了。 有几种方法可以减轻难度。 首先，系统方法的一部分是将复杂项目分解成可以单独完成的更小的部分。 设计工作也可以通过在构建此类系统的所有团队和网络之间共享新设计和计划，像开源软件一样在个人和团队之间共享。 事实上，对于智能工具来说，设计的一部分将是软件，而开源方法在软件方面有着丰富的经验。
一台新的现代机床（图 2.1-1）的起价可能为 45,000 美元，而工业机器人的起价可能为 30,000 美元。 为了使用最先进的生产方法，您通常需要几台这种价位的机器，再加上一座中型建筑来容纳它们。 对于大多数个人和小组来说，这太贵了。 有几种方法可以将成本降至可接受的范围内。
首先是集中一个更大群体的资源。 农场和电力合作社以及信用社长期以来一直在证明，普通人可以在兼职的基础上共同完成更大的项目。 更昂贵或不太常用的设备的成本可以在网络成员之间以类似的方式分配。 单个设备项目可能由个人拥有，然后借给其他人或提供使用权限，或者由所有者操作并在网络内交易产品。 这样，整个小组都可以从使用中获益。 一些地区设有称为黑客空间或创客空间的社区工作室。 这些工作室已经拥有工具和设备，可以供成员或公众使用。 它们可以作为增长的起点。
其次，大多数工具都存在更小、更简单的版本，其中一些以套件的形式提供，价格更低。 工业级设备专为连续使用而设计。 家庭和爱好者级设备结构更轻巧，使用更便宜的材料，并且电机更小。 这些对于早期的增长阶段可能足够好。 它们可以在升级时进行交易或出售。 第三是购买二手和旧型号而不是新型号。
自举是第三种方法。 第一批工具用于提供产品和服务。 然后用收入购买额外的/更大/更好的工具。 当前的工具集也可以用来直接制造新工具，在一系列计划的扩展和升级中。 在一定程度上，可以制造工具而不是购买工具，它可以通过用团队自己的工作来代替来降低它们的初始成本。
我们知道，通常来说，初始套装是可能的。 整个人类文明都是从更小、更简单的工具套装发展起来的。 新地区的定居者在历史上都会携带一套工具来开始。 他们通常也会在一段时间内进口更多工具，直到他们能够自己制造。 我们的方法重复了这种模式。 现代的宅基地和DIY项目表明，人们可以使用自己的工具部分地制造他们想要的东西。 制造机器人和机床的工厂已经使用自己的产品来制造更多相同类型的产品。 这表明复制复杂工具是可能的。
我们不知道的是，在有限的资源、现代技术、可用的设计或未来可能出现的情况下，要达到特定目标的最佳初始套装和增长路径。 需要做更多工作来确定最佳路径，通过构建可工作的示例来证明它们，并积累使用这种方法的经验。
虽然我们还没有了解到关于自我扩展系统的全部内容，但我们确实有一些信念。 其一是，自我扩展的生产网络无法孤立地运作，除非它们非常先进。 它们将在一定程度上与社会其他部分进行互动和贸易。 我们也不认为自举能有效地由一个人完成，因为这需要多种技能和大量时间。 但这些都是信念，还没有得到证实。
我们注意到，在人们能够有效地提供产品和服务之前，需要初始供应的工具、资源、能源和知识（TREK）。 在美国等发达国家，这些物品的基本供应广泛以低廉的价格提供。 许多家庭已经拥有了一些基本工具，特别是如果他们是房主的话。 如果他们有爱好，他们通常会有更好的或更专业的工具。 在机械和建筑行业工作的人往往拥有更适合他们工作的工具，而从事制造业的人则可以使用更好的工具。
二手工具可以从eBay或Craigslist等在线市场和交易所获得。 它们也可以在当地从旧货店、典当行、跳蚤市场和庭院拍卖中找到。 新工具价格更贵，但可以在当地和网上广泛获得。 即使对于低收入人群来说，获得一些工具来入门也应该是可行的，特别是如果几个人共同集资的话。
原材料和能源的来源也广泛存在，而且价格低廉，尽管许多人没有意识到这一点。 对于大量的资源，典型的一英亩土地（乘以 2.5 等于公顷）在最上面的 10 米处包含 100,000 吨土壤和岩石，按散装采石场的价格计算，价值约一百万美元。 它每年接收约 875 MWh 的净可用太阳能，按批发价计算，价值超过 40,000 美元/年。 在大城市以外，美国的耕地价格在 1,100-15,900 美元/英亩（USDA, 2022），而未开发的土地价格更低。 这远远低于它们的资源价值。 所需要的是一种有效利用这些来源的方法，而自我扩展网络可以提供这种方法。
在发达地区，当然可以购买材料和能源。 但令人惊讶的是，大量的材料是二手、废料或废弃的。 可以免费或低价找到少量木材和金属，例如废弃的家具、树木修剪、废旧金属回收场等等。 自建太阳能发电成本非常低，而且使用免费。
最后，世界上几乎所有的知识现在都可以作为电子书和其他在线资源获取。这除了图书馆和书店提供的印刷资料外。许多人还拥有他们可以与不具备这些技能的人分享的技能和经验。
自力更生方法可能比其他解决当前和未来问题的方案更具优势。它利用的输入范围比基于货币的收入转移计划更广。有能力但未充分就业的人拥有一份自己的劳动储备。这种方法可以充分利用他们可支配的时间。高度自动化的生产可以低成本地将广泛可用的资源转化为有用的物品。
从纯粹的经济角度来看，这种方法可能比传统投资的回报率更高。通过合理的规划，它可以提供更高的经济保障、更高的生活质量以及比现有方法更少的环境影响。它不会改变贸易和私人财产的基本原理，因此可以在现有的经济和法律框架内实施。如果大多数人的基本需求可以通过高度自动化的生产来满足，它也会释放他们的时间去追求他们的兴趣，而不是出于必要而从事他们不喜欢的工作。
我们认为这种方法优于基本收入转移计划等替代方案。当大多数工作被智能工具取代时，这些方案无法扩展，因为将不再有足够的资金来源。政府运营的转移计划容易受到政治干预的影响，因此存在不确定性。总有一些人会因为向他人提供“免费资金”而感到不满。任何为这些计划提供资金的人都有可能提出反对意见，并寻求逃避这些计划的方法。
在普遍接受度、人们自身的动机和心理方面，自力更生和自我所有权更好。社会中的一部分人将永远需要外部帮助，因此对支持计划的需求不会消失。但我们应该考虑将自力更生作为提供这种帮助的方法，而不是传统的现金转移。例如，公共或慈善项目可以借出启动套件或个人工具，直到新的群体或网络能够自给自足。
一些简单的例子可以帮助阐明上面提出的想法。这些书籍的后面部分将提供更详细的例子以及设计这些系统的过程。我们还不知道有关自我扩展和自我改进系统的全部信息。但是，我们认为已经了解了足够的信息，可以开始设计和开发它们。
第一个例子从单个产品或服务类别开始，然后随着时间的推移扩展到其他类别。这更适合规模较小、技能和资源较少的群体。第二个例子从更完整的启动设备套件开始。它更适合规模更大、技能和资源更丰富的群体。
这条路线可以从一个人或一个小群体开始。他们从单个产品或服务类别开始。例如，缝纫、木工/木制品加工或轻型家用搬运服务。这些不需要太多工具，许多人已经拥有一台缝纫机、一些手动和便携式电动工具，或者一辆皮卡车，可以用来开始。
网络外部的销售用于购买他们选择的类别中更好的工具和材料，然后用于随着更多人参与而扩展到其他类别。成员也在网络内部进行交易，并在项目方面相互帮助。人们在以这种方式开始时不太可能完全依靠自己。他们将需要传统的工作或其他外部支持，直到网络发展到足够大的规模。
我们可以根据提供的材料或服务类型列出启动类别及其后续扩展。在每个类别中，他们将从需要最少工具和技能、最接近成品的项目开始。随着工具的积累和技能的提高，他们可以开始向更低成本的材料和更大规模的运营方向发展。
例如，在木工方面，从商店购买成品家具不需要任何技能或工具，但成本最高。一个架子单元套件可能需要组装，但所有部件都已提供。你只需要简单的工具来完成它。用购买的木材制作一套架子需要更多的工具和技能，而塑造和组装更复杂的家具则需要更多的工具和技能。最后，砍伐树木，将产生的原木加工成木材，并对木材进行干燥需要最多的工具和技能，并假设大量的产品。但直接从树木中获取木材的材料成本最低。
加入网络的新人可以追随他们的兴趣。他们可以从其他类别开始，并遵循类似的升级路径。随着更多类别的加入，成员可以开始相互支持。例如，从事混凝土和金属加工的人员可以帮助扩大木材加工店，作为回报，木工可以为其他人提供家具和橱柜。如果一个网络能够发展到涵盖所有主要类别，它就可以提供人们需求的很大一部分，并以有效的方式进一步自我扩展。
启动类别，以及一些第一步和升级，包括
- 基本工具 - 这些包括基本的手动工具，如螺丝刀、锤子、扳手，以及便携式电动工具，如电动钻、圆锯或往复锯。除了家居维护外，基本工具还用于维护其他类型的设备，因此该类别被列在首位。基本工具套装可以通过一次添加一个项目来扩展。清洁、加油和磨削等方法可以修复或维护其他工具。
- 轻工艺 - 这包括小型工艺，如珠宝、蜡烛和肥皂制作以及美术，这些工艺不需要大型设备或工作空间。它们与基本工具的区别在于需要针对特定工艺的专用工具。
- 木工和木制品加工 - 这些使用基本工具，但应用于更大、更复杂的项目。在基本工具的基础上，增加了梯子、绳索、锯架、凿子、路由器、台锯和木工工作台等工具。这些可以购买、找到二手，也可以自己制作，并一次添加一个项目。
- 石材和混凝土 - 这可以从手工铺设找到的石头开始，这只需要很少的工具，并使用袋装预拌混凝土，只需要水和一些工具就可以使用。大型项目可以添加用于塑造石头的工具、便携式搅拌机、使用混凝土模板和砌块模具，以及塑造和放置混凝土钢筋。
- 金属加工 - 基本的手动工具和便携式工具可以塑造和钻孔较薄的金属片。较重的物品需要熔炉加热和软化金属，然后需要锤子、桩头、铁砧或压力机来塑造它。铸造需要更高的温度、坩埚和模具。其中许多可以自己制作。机械加工更先进，需要特殊的工具，这些工具可以逐个添加。
- 玻璃和陶瓷 - 切割玻璃可以用简单的工具完成。塑造玻璃和烧制陶瓷需要高温，从气焊枪和火坑等设备开始，然后发展到更先进的熔炉。
- 聚合物 - 小型塑料制品可以用轻工艺工具模塑，或用木工设备塑造。复杂的物品需要 3D 打印机或激光切割机。这些对于刚开始来说可能很昂贵/复杂，但商业服务或社区制造空间可以用来制造单个物品。
- 电气和电子 - 电气可以从简单的维修开始，例如更换电机和电线，然后发展到更大的布线项目。电子项目可以从连接预制物品开始，例如组装娱乐系统或台式电脑，然后发展到更复杂的项目，这些项目涉及定制电路板和编程。
- 涂料和印刷 - 家庭油漆和家具整理可以用很少的工具和用品开始。更复杂的丝网印刷、喷涂和纸张印刷方法可以稍后添加。
- 纤维和织物 - 手工缝纫几乎不需要投资工具。消费级缝纫机在市场上广泛存在，价格低廉。升级到工业缝纫机，并添加裁剪和缝纫台和其他设备可以是渐进的。使用皮革或纤维增强塑料等其他材料需要特定的工具，这些工具可以稍后添加。
- 组装和施工 - 机械组装和焊接可以在小规模上开始，就像安装他人制造的物品一样，例如橱柜和电器。大型建筑项目将超出木工和混凝土的范围，包括土方工程、公用设施和起重机作业。这些可能需要较大型的设备，但时间较短，因此通常由专业公司提供。如果在较小的项目中使用足够频繁，则可以提供较小型版本的设备类型。
- 农业和林业 - 这可以从不需要太多工具的小规模家庭园艺和动物饲养开始。社区花园和农场需要更多的土地、工具和人们的时间才能开始，但可以逐步扩展。在气候适宜的地区，种植树木可能不需要任何工作，只需让它们生长即可。收获可以从较小的灌木、树苗和树枝开始，不需要很多工具，然后逐渐发展到更大的树木和数量。
- 材料加工 - 大多数人熟悉烹饪食物，它遵循混合和加热等步骤，而且他们已经拥有烹饪设备。其他材料可以通过遵循一系列步骤从原材料转换为成品。这些步骤包括机械、热、化学或电气过程。一个非常简单的例子是将木材从自然状态（太湿）通过风干至足以用于建筑或家具的干燥状态。该类别可以从只需要简单步骤的单一材料开始，并逐个添加新的材料。每个步骤的工具和设备将在需要时获取或制作。
在上述类别中，木材、石头和金属及其各种形式构成了现代文明的核心。从历史上看，我们的祖先首先按照这个顺序使用它们。如果你看看像现代美国房屋这样的东西，它们在重量上占材料的大部分。因此，如果一个网络的目的是提供基本需求，那么它们就是一个良好的起点。
上述每个类别除了工具外，还需要其他资源。这些包括
- 知识 - 这包括学习资料、技能、经验和计划。大多数人从早期的教育中获得了一定的常识。书籍、在线信息、课程、与经验丰富的人一起工作以及执行越来越难的项目可以积累个人知识。对于任何超出最简单项目的项目，如何完成这些项目的计划和说明都非常有帮助。这些可以根据需要找到单个项目。对于较大型或定制项目，需要能够设计和规划一系列步骤，并协调不同人员的工作。
- 工作与存储空间 - 大多数工作都需要一些防风雨措施。即使是像农业这样的户外类别，也使用受保护的区域进行存储和维护。这些区域可以从临时设置开始，在使用之间存放在备用房间、车库或地下室。之后的增加可以包括添加到现有房屋的附属建筑、租赁或购买的商业建筑，或者未开发的土地，然后在上面建造。存储设备可以从小型工具箱、抽屉和货架单元开始，并随着时间的推移而升级。
- 电力与照明 - 这些可以从传统的墙壁插座以及自然和人造照明开始。便携式电源可以从连接到车辆、便携式发电机、电池和专用发动机的设备供电。太阳能和风能可以为专用位置提供更多电力。
- 运输 - 大多数人可以使用某种交通工具，并且可以在网络中共享较大运输的成本。用于移动物品的箱子和集装箱通常可以免费获得，或者根据特定需求自行制作。
- 零件与材料供应 - 这些可以从零售店开始购买，并且通常可以找到二手或免费的。随着活动和工具的增加，网络可以更早地在供应链中获得物品，最终从原材料采购。
一个更大的群体，或者拥有更多资源的群体，可以从更高级和完整的入门套件开始。他们能够立即开始制造原始套件的大部分新的附件和配件，并制造或购买完整的全新工具来升级其能力。入门套件被规划为一个单元，但可以一次添加一个项目。业主可以从部分运营开始，直到完整的套件到位。
此示例适用于通用工业，但它并不唯一。其他入门套件可以设计为满足不同的需求。它包括八种主要设备类型，以及合适的配件和附件。入门套件将包括至少一种每种类型的物品，并随着时间的推移添加更多单元和不同的功能。
- (1) 建筑和支撑设备 - 大多数工具和机器需要一些防风雨措施，尤其是智能工具的电子元件。人们也从有遮蔽的工作和设计区域中受益，这些区域有良好的照明。除了工作空间之外，通常还需要存储区域。
为了适应自我扩展，建筑物可以采用模块化设计。例如，集装箱（图 2.1-2）可以作为基本模块。它们是防风雨的，可以直接用作工作空间。它们后来可以被排列和堆叠起来形成更大建筑的墙壁，然后在它们之间添加一个跨越它们的屋顶。另一种方法是使用更传统的钢包覆工业建筑，其中一端是临时墙。可以一次添加一个额外的结构隔间来延长建筑物，在每个隔间完成后移动临时墙。
- 下面列出的主要工具和机器需要支撑设备来完成研磨、锐化和测量等任务。还需要一些基本的手持工具进行维护。这些项目可以在不同的机器之间共享，因此我们将它们归类到此标题下。
- (2) 模块化机器人 - 这包括固定式和移动式机器人，由电力或液压动力驱动。机器人采用模块化设计，因此它们的配置可以根据不同的需求而改变。固定式版本使用关节臂（图 2.1-3）和末端工具，安装在固定底座或轨道上。移动式版本从一个底盘开始，该底盘的功能类似于农业拖拉机，提供基本的动力和运动。
&esmp;各种附件可以安装在底盘上或拖在底盘后面，例如货车、起重臂和铲斗、关节机械臂以及专用末端工具和工具。移动式版本可以在建筑物内部使用，也可以在室外用于建筑或农业工作。一种附件将是“手动控制模块”，允许人们直接控制机器。这对于编程机器人不值得进行的独特任务很有用。
- (3) 太阳能熔炉 - 动力工具和机器需要能量才能运行，许多过程需要热量。太阳能熔炉可以同时提供这两种。一组镜子安装在一个轴上，以跟踪太阳（图 2.1-4）并将能量集中到一个静止点。可更换的目标可以安装在焦点处，用于制造砖块、熔化金属、产生蒸汽发电，或为其他过程提供较低强度的热量。
聚光型太阳能电池安装在焦点处可以产生电力。电池不是在内部制造的，但它们只占熔炉的一小部分。可以通过将热量引导到隔热的岩石床来储存能量，然后根据需要提取能量。熔炉的多份副本使其模块化，并且可以分配到不同的任务。后面的版本可以比第一个版本更大。
- 太阳能熔炉主要由金属和玻璃部件制成。它可以设计成熔化两种类型的废料来铸造新的零件。因此，它可以从低成本材料中很大程度上自我复制。许多工业过程需要大量的能量，因此这可能是自我扩展系统的关键途径。
- (4) 龙门铣床 - 铣床是一种基本的机床，用于切割或成型金属和其他刚性材料。它们有各种尺寸，从台式机到重达数百吨的机床。它们有两个或多个运动轴来定位工作工具。图 2.1-5 是一台大型水平机器，用于切割扁平材料。在龙门铣床上，水平龙门也可以在固定立柱上垂直移动，而工具架在龙门上水平移动。带滑动工作台的版本移动工作台下方，提供第三个运动轴。
- 在一个高级版本中，可以有四个工具架，两个在龙门的前面，两个在后面。这允许同时安装多达四个机器人臂或各种其他工具。龙门延伸到立柱和工作台之外，到达侧面的换刀器，因此它们可以自动更换。支撑滑动工作台的轨道可以根据需要制作。可以将新的工作台带入，并带有需要加工的新零件。多个工作台可以支撑非常长的工件，根据需要将它们滑到龙门下方。工具架和工作台可以提供额外的旋转或角度运动轴，用于更复杂的零件。
- (5) 水平车床 - 龙门铣床更适合矩形或不规则零件。车床更适合圆形或对称零件，因此我们将其作为第二台基本机床。车床的最简单版本具有一个旋转的主轴和驱动电机（图 2.1-6），以及一个夹头来固定工件的一端。安装在轨道上的尾座支撑工件另一端，长度可变。在工件旋转时应用刀具来生成圆形零件。在已知角度停止旋转并在平面上移动刀具可以生成多面体侧面。
- 在一个高级版本中，车床将有四条轨道，例如Weiler V 系列（pdf 文件）。第二对轨道允许多个带有不同工具的刀架根据需要独立地移动到位。换刀器安装在刀架上方，用于更换不同的工具或更换磨损的工具。
- (6) 液压机 - 液压机可以执行诸如使用模具和模具压制形状、剪切、轧制、弯曲和成型等任务。一个或多个液压缸向下推动上板，而几个立柱使上板与下板平行（图 2.1-7）。上板和下板开有槽，以便接受不同的插入件，并且侧支架可以为剪切、轧制或弯曲提供长物件。薄或软材料可以在室温下压制，而厚金属可以在热状态下压制，称为锻造。在某些情况下，插入件会加热，但它们必须使用比加工件更高的熔化材料。与机床一样，压力机也有各种尺寸和负载能力。
- (7) 加工厂 - 复杂的机器通常需要多种材料。这些材料通常在自然界中不会以需要的形式存在。可以从其他人那里购买，但这会增加成本并使系统难以自我扩展。
- 所有处理流程加在一起，其中一些可能共享步骤，构成一个加工厂。木材的示例流程包括砍伐树木、将原木运送到锯木厂、将原木切割成碎片，并将它们堆叠起来以允许干燥。每个单元操作都需要自己的设备来执行，并且通常需要能量和其他投入。
- 对于通用工业产品，加工厂可能会接收废金属，使用太阳能熔炉将其熔化，铸造基本形状，然后根据需要修剪和研磨，以供给铣床、车床和压力机。加工厂可以模块化和灵活，以便在不同的时间遵循不同的流程。可以一次添加一个部件来增加产品范围和数量。
- (8) 电气车间 - 使用电力的机器和工具，尤其是智能工具，需要各种电气和电子零件。这包括电线、绝缘体、电机、发电机、电池、开关、继电器、变压器、电阻器、电容器、电感器、灯丝、电路板和微电子。一个电气车间将生产和组装尽可能多的这些物品。
- 车间接受工厂其他地方生产的一些零件和材料。一些太复杂或难以在内部制造的物品，例如现代计算机芯片。这些物品是购买的，但它们只占工厂的一小部分。人们已经拥有的二手设备或电子设备可能足以控制工业机器。
前两个例子旨在解决个人和小群体在智能工具日益增多的情况下所面临的问题。它们旨在满足其所有者的个人需求以及更大或更小规模的当地社区的需求，因此我们将其称为个人生产。但像这样的系统，从入门套件开始，然后不断成长和改进自己，达到所需的任何水平，并不局限于解决经济问题。它们可以应用于所有复杂性和规模级别，就像生物从微小的细菌到整个生态系统一样。
与生物学不同，从人及其知识开始的网络可以做的不仅仅是复制自己。人是最初的“智能工具”——他们可以改变和适应。一旦网络走上增长道路，它就可以添加最初计划中没有的新项目，升级到更高的复杂性水平，并扩展到更大的运营规模。如果所有者愿意，网络也可以改变方向，生产出一套完全不同的产品和服务。最后，现有的网络还可以生产出与原始网络目的不同的新设备集，并产生全新的增长模式。
5.1 - 超越个人生产
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除了我们给出的两个个人生产示例之外，还有其他方法可以使用自我改进系统。我们在这里列出其中一些，它们作为示例包含在本系列书籍的后面。我们认为此类系统值得研究，并且天生有趣。但我们认为此类项目尚未准备好让较小的群体跳进去开始建设。我们认为需要更多基础研究和开发，并首先积累小型和简单项目的经验。
规模扩大 - 人员组成的网络可以不断升级和扩展其设备，并添加新成员。这可以将他们带出个人商品和服务的范围，进入小型企业和商业运营规模。这超越了满足他们自己的需求，而是满足了他们直系亲属、朋友和邻居以外的人和企业的需求。较大的网络将倾向于包含多个地点的人员，因此我们将其称为分布式运营。最终的增长步骤是达到工业规模，覆盖更广泛的市场，并在最有效的运营水平上运作。
随着活动规模的扩大，它往往会变得更加专业化。这是因为很难找到足够大或具有所有合适条件的地方来进行多个工业规模的运营。尽管在物理上是分开的，但各个地点仍然可以作为网络的一部分相互支持和供应。仅仅因为网络的一部分发展到更大的规模，并不意味着整个网络都必须如此。它可以包含从小型到大型各种活动的组合。
更艰苦的环境 - 之前的示例假设在已开发地区的适度环境中。这些是大多数人已经居住和工作的地方。但这些地方仅占地球表面约 13%，平均仅在上下很小的范围内。高度自动化和低成本的生产可以使居住和工作在更艰苦的环境中变得负担得起，并使用更多在那里发现的物质和能源资源。
困难的环境包括海洋和湖泊上的开阔水域、非常寒冷或冰雪覆盖的地区、炎热干燥的沙漠地区、潮湿沼泽地区、高海拔地区、水下和地下深处，以及目前过于偏远和未开发而无法使用的地区。所有这些不同的条件都需要不同的入门套件，但它们可以由早期一代自动化工厂在更容易的位置生产。
最难的环境是地球以外的太空。除了地球上遇到的其他困难外，还增加了缺乏重力、呼吸空气和高辐射水平等问题。涉及很大的距离，需要大量的能量来穿越它们。大型太空项目面临的挑战和成本实际上是人们首次考虑从自动化种子工厂启动的想法的原因。但由于此类项目还没有经验，我们认为从地球开始比较合理，地球上的条件更容易，最后再进入太空。
地球上更艰苦的环境和太空地点的入门套件将在现有地点生产，然后运送到需要的地方。因此，从逻辑上讲，更容易的项目应该先进行。一旦入门套件交付到任何这些更艰苦的地点，它们的人口稀少确保了可以利用相对大量的当地能源和原材料。与之前在更容易的地方的网络一样，有些物品在当地太难制造，或者使用了稀有材料。这些将继续从其他地方供应。
更美好的未来 - 未来文明可以沿着乌托邦或反乌托邦的路线发展。我们相信我们最终会去哪里是一个选择，而不是必然性。如果我们明智地使用它们，智能工具和自我扩展系统可以帮助我们建立我们想要居住的未来。首先，通过提供食物、住所和公用事业等基本需求，人们将不再受到我们之前讨论过的经济问题和不确定性的影响。高效的生产将解放人们的时间，让他们去做有趣的事情，而不是去做生存所必需的事情。
低成本生产可以实现高水平的可再生能源和循环利用。这将减少或扭转环境问题。人们将有更多关于在哪里以及如何生活的选择。太空开发将极大地增加可获得的能源和材料。它可以将密集型产业从我们的星球上转移出去，进一步改善环境。这比有些人相信的要乐观得多。
5.2 - 一些最后的思考
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emsp;我们以一些更具哲学意义而不是工程意义的最终想法以及一些需要更多工作的想法来结束本章。
自力更生和人际交往 - 现代人是流动物种。我们起源于非洲，并传播到世界各地气候适宜的地方，甚至是一些不适宜的地方。在我们迁移的过程中，我们必须利用当地资源，并携带或制造工具的入门套件，以便在这些新地方生活。我们也是一种社会性物种。我们依靠自己和我们周围的人际网络来做这些事情。
随着工业化、大城市和大型组织的出现，我们已经不再习惯依靠自己和我们认识的人。我们已经变得依赖遥远的农民和工厂来供应我们的日常商品。我们从未见过的股东拥有我们工作以负担这些商品的公司。这使我们处于超出我们控制范围的力量的控制之下。我们可以被告知“抱歉，我们不再生产这种产品”或“你已经被机器人取代”，对这些决定无能为力。如果你不认识他们，那么把工人当作一次性用品，并且制作他们并不真正需要或想要的东西更容易。回归一定程度的为自己工作以及与我们认识的人打交道将会是一种进步。
人工智能生命 - 智能工具和自我扩展系统的结合可以被认为是一种人工生命形式。原则上，一套足够智能的工具可以通过增加它们的数量来不受辅助地增长，并通过复制原始集合来繁殖。自我增长和繁殖通常与生命相关联的属性。如果智能工具需要人们完成一些任务，我们可以将其视为辅助增长和繁殖。
或者，我们可以将人和他们的工具视为一个更高层次的生态系统，它可以增长并复制自身。那么单个工具和机器类似于真核细胞的细胞器。不受控制的增长和繁殖会导致类似于生物瘟疫和癌症的问题。应该考虑如何避免此类问题以及如何处理它们。