La idea de una nave espacial autorreplicante ha sido aplicada, en teoría, a varias tareas muy distintas entre sí. La variante particular de este concepto aplicado a la idea de la exploración espacial es conocida como una sonda von Neumann. Otras variantes incluyen a los Berserker y a una nave sembradora automatizada.
Teoría En teoría, una nave espacial autorreplicante podría ser enviada a sistemas estelares vecinos, donde buscaría materiales en bruto (extraídos desde asteroides, lunas, gigantes gaseosos, etc.) para crear réplicas de sí misma. Luego, estas réplicas serían enviadas a otros sistemas estelares. La sonda madre original podría continuar su misión primaria dentro del sistema estelar. Esta misión podría variar dependiendo de la variante de nave estelar autorreplicante que se proponga.
Dado este patrón, y su similitud al patrón de reproducción de las bacterias, ha sido señalado que las máquinas de von Neumann podrían ser consideradas como una forma de vida. En su relato corto Lungfish (ver ejemplos en ficción más adelante), David Brin toca esta idea, señalando que las máquinas autorreplicantes lanzadas por diferentes especies podrían entrar en competencia con las de otra (en una forma darwinística) por los materiales en bruto, o incluso tener misiones que se confrontan. Dada una suficiente variedad de especies ellas incluso podrían formar un tipo de ecología, o — si ellas también tienen alguna forma de inteligencia artificial — una sociedad. Ellas podrían mutar a través de miles de generaciones.
Los primeros análisis ingenieriles cuantitativos de tal tipo de nave espacial fueron publicados en 1980 por Robert Freitas, en un estudio en el que el diseño no replicante del Proyecto Daedalus fue modificado para incluir todos los subsistemas necesarios para la autorreplicación. La estrategia del diseño era usar a la sonda para instalar una fábrica semilla con una masa aproximada de 443 toneladas en un sitio distante, para luego hacer que esta replicara muchas copias de sí misma, incrementando su capacidad total de producción durante un período de 500 años, para finalmente usar el complejo industrial automatizado resultante para construir más sondas con una única fábrica semilla a bordo.
Ha sido teorizado que una nave espacial autorreplicante utilizando métodos teóricos de viaje interestelar relativamente convencionales (es decir, excluyendo propulsión más rápida que la luz tales como «motores warp», y con velocidades limitadas a una velocidad de crucero promedio de 0.1c) podría dispersarse a través de una galaxia del tamaño de la Vía Láctea en tan poco tiempo como medio millón de años.Comparación de estrategias de sondas espaciales replicantes y no replicantes para la exploración galáctica
Implicaciones para la paradoja de Fermi En 1981, Frank Tipler propuso un argumento acerca de que la inteligencia extraterrestre no existe,"Extraterrestrial Beings Do Not Exist", Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society, vol. 21, number 267 (1981) basado en la ausencia de sondas von Neumann. Dada incluso una moderada tasa de replicación y la historia de la galaxia, tales sondas ya deberían ser comunes en el espacio y, así, nosotros ya deberíamos haberlas encontrado. Debido a que no las hemos encontrado, esto muestra que la inteligencia extraterrestre no existe. De esta forma esto es una resolución de la Paradoja de Fermi —esto es, la pregunta de por qué no hemos encontrado ya inteligencia extraterrestre si esta es un evento común en el universo.
Una respuestaSagan, Carl and Newman, William: "The Solipsist Approach to Extraterrestrial Intelligence", Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society, vol. 24, number 113 (1983) fue propuesta por Carl Sagan y William Newman. La que ahora se conoce como la Respuesta de Sagan, puntualiza que el hecho de que Tipler subestimó la tasa de replicación, y que las sondas de von Neumann ya deberían haber comenzado a consumir la mayor parte de la masa de la galaxia. Por lo tanto en primer lugar cualquier raza inteligente no habría, razonan Sagan y Newman, diseñado sondas von Neumann, y tratarían de destruir cualquier sonda von Neumann encontrada tan pronto como fueran detectadas. Como Robert Freitas ha señalado, la capacidad asumida de las sondas von Neumann descritas por ambas partes del debate son poco probables en la realidad, y sistemas de reproducción más modestos tienen pocas posibilidades de que sus efectos puedan ser observados en nuestro sistema solar y en el resto de la galaxia.
Otra objeción a la prevalencia de las sondas von Neumann es que las civilizaciones del tipo que potencialmente podrían crear tales dispositivos pueden tener una longitud de vida inherentemente corta, y se autodestruirían antes de que una etapa avanzada pudiera ser alcanzada, a través de eventos tales como guerras biológicas o guerras nucleares, nanoterrorismo, agotamiento de recursos, catástrofes ecológicas, pandemias causadas por la resistencia a los antibióticos, etcétera.
Una solución simple para evitar el escenario de sobre-replicación podría ser usando transmisiones de radio u otro medio de comunicación inalámbrico, para que las sondas no se replicaran más allá de cierta densidad (como por ejemplo, cinco sondas por pársec cúbico) u otro límite arbitrario (tal como 10 millones en un siglo). Un problema de esta defensa contra la replicación no controlada es que solo bastaría que una sonda no funcionara correctamente o sufriera un desperfecto e iniciara una reproducción descontrolada para que todo el enfoque fallara —esencialmente un cáncer tecnológico—, a menos que cada sonda tuviese la habilidad de detectar un mal funcionamiento semejante en sus vecinas e implementase un protocolo de búsqueda y destrucción.
Aplicaciones para naves espaciales autorreplicantes Los detalles de las misiones asignadas a naves espaciales autorreplicantes pueden variar ampliamente entre cada propuesta, y el único factor común es la naturaleza autorreplicante de estas.
Sondas Von Neumann Una sonda Von Neumann es una nave espacial autorreplicante diseñada para investigar su sistema objetivo y transmitir la información recolectada a su sistema de origen.Una sonda interestelar autorreplicante El concepto es nombrado por el matemático y físico estadounidense de origen húngaro John von Neumann, quien estudió rigurosamente el concepto de máquinas autorreplicantes, a las que él llamaba Universal Assemblers (en castellano: "Ensambladores Universales", que también a menudo son referidas como máquinas de von Neumann). Mientras que von Neumann nunca aplicó su trabajo a naves espaciales, otros teóricos sí lo han hecho.
Si una sonda autorreplicante encuentra evidencia de vida primitiva (o una cultura primitiva de bajo nivel) puede ser programada para ocultarse, observar silenciosamente, intentar hacer contacto (esta variante se conoce como una sonda Bracewell), o incluso interferir con o guiar en algún grado la evolución de la vida.
El físico Paul Davies de la Universidad Estatal de Arizona incluso ha sugerido la posibilidad de una sonda oculta en nuestra propia Luna, habiendo llegado en algún momento de la prehistoria de la Tierra y permaneciendo para monitorizar nuestro planeta (ver sonda Bracewell).
Una variación de la idea de la sonda von Neumann es una denominada Astrochicken (en castellano: Gallina Estelar), propuesta por Freeman Dyson. Mientras comparten las características de autorreplicación, exploración y comunicación con su hogar base, Dyson concibió el Astrochicken para explorar y operar dentro de nuestro sistema planetario y no el espacio interestelar.
El filósofo de Oxford Nick Bostrom discute la idea acerca de que una poderosa futura superinteligencia creará sondas von Neumann interestelares y para viajes espaciales eficientes y costo-efectivas.Nick Bostrom 2003 Ethical Issues in Advanced Artificial Intelligence — section 2
Vida sintética autónoma Similar a una sonda von Neumann, los únicos seres inteligentes capaces de viajar a través de las enormes distancias del espacio son formas de vida sintéticas y autorreplicante. Estas formas de vida no son sondas individuales, sino que son grupos de formas de vida que reúnen para lograr sus metas en el espacio.
Berserkers
Una variante de la nave espacial autorreplicante es el Berserker. A diferencia del concepto de sonda benigna, los Berserker están programados para buscar y exterminar formas de vida y exoplanetas capaces de sustentar la vida conforme son detectados.
El nombre se deriva de una serie de novelas escritas por Fred Saberhagen que se ambientan en una guerra entre la humanidad y máquinas de este tipo. Saberhagen explica, a través de uno de sus personajes, que las naves de guerra Berserker en sus novelas no son máquinas von Neumann propiamente dichas, pero que el complejo mayor de las máquinas Berserker, incluyendo los astilleros automatizados, constituyen una máquina von Neumann. Esto presenta el concepto de una ecología de máquinas von Neumann, o incluso de una entidad tipo colmena von Neumann.
Se especula que los Berserker pudieron ser creados y lanzados por una civilización xenofóbica (ver Anvil of Stars, en castellano titulado El yunque de las estrellas, de Greg Bear) o teóricamente podrían haber mutado desde una sonda de propósito más benigno. Por ejemplo, una nave von Neumann diseñada para procesos de terraformación — minar la superficie de un planeta y ajustar su atmósfera a unas condiciones más propicias para la vida humana — podría echarse a perder y atacar planetas habitados, matando a sus habitantes en el proceso de cambiar el ambiente del planeta, y autorreplicándose y despachando más naves para atacar a otros planetas.
Berserkers relativos, no es necesario que una nave von Neumann degenere para convertirse en berserker, cualquier nave von Neumann diseñada para procesos de terraformación podría ser considerada berserker por parte de la civilización del planeta al que llegara si las condiciones que esta necesitara para vivir difirieran de las de la civilización de origen de la nave.
Naves sembradoras replicantes Otra variante de la idea de naves estelares autorreplicantes es la de una nave sembradora. Tales naves podrían almacenar los patrones genéticos de formas de vida de su mundo natal, quizás incluso de la especie que la creó. Al encontrar un exoplaneta habitable, o incluso uno que pudiera ser terraformado, trataría de replicar tales formas de vida — ya sea de embriones almacenados (ver: colonización espacial usando embriones) o a partir de información almacenada usando nanotecnología molecular para construir cigotos con información genética diferente a partir de materiales en bruto locales.
Tales naves podrían ser vehículos terraformadores, preparando mundos colonizables para ser poblados más tarde por otras naves, o podrían ser programadas para recrear, criar y educar a individuos de la especie que los creó, autorreplicando a los colonizadores propiamente tales.
Como una nota final, este patrón de terraformación y colonización no necesita ser automatizado. Naves coloniales interestelares tripuladas podrían seguir un patrón similar, pudiendo, así, en ser consideradas una clase de naves von Neumann/semillas combinadas, en que la replicación puede ser llevada a cabo por seres vivos.
Algunos proponentes de hábitat espaciales sugieren que los planetas serían completamente innecesarios para una civilización que use este concepto. Llevado a su extremo, este podría combinar naves hábitat autorreplicantes, con tecnologías tales como realidad virtual, cerebros en cubetas y regeneración de tejidos para transformar en forma eficiente los recursos cósmicos en sujetos significantes vivos libres de sufrimiento.
Ejemplos en trabajos de ficción Sondas Von Neumann