第 2.1 章 - 自我提升與種子工廠
在第 2.0 章中，我們研究了自然界和人類歷史中擴張、複製和自我提升的過程。這段歷史導致了一些當前的問題，我們希望以比以前更好的方式解決這些問題。我們還希望避免未來的問題，並幫助人們為自己創造更好的生活。
像環境惡化這樣的問題是全球性的，只有透過大規模行動才能解決。現代技術可以輕鬆複製儲存的資訊。新增自我提升、增長和複製自身的物理系統可以為大型問題提供所需的規模。
我們可以透過提前考慮大型複雜系統的整體來避免新的問題和副作用。這包括它們在整個生命週期中與周圍世界的所有相互作用，從設計到處置。這類系統中的每個部分都必須從外部輸入和輸出的角度進行考慮——它們來自哪裡，它們去往哪裡。我們還必須考慮一個系統中的各個部分如何相互影響。
因此，我們在這些書籍中的基本方法是將變化過程（如擴張、複製、自我提升和進化）與“整體系統思維”結合起來。這樣，我們就可以規劃和最佳化這些變化，以避免副作用和新的問題。請注意，小型專案（如為個人使用建造工作臺）並不大或複雜到需要系統方法。為材料採購和廢物負責任地處理就足夠了。
本章 (2.1) 探討了旨在隨著時間的推移而有意地改進、增長和複製的新型系統。特別是，我們將介紹“種子工廠”的概念——一個可以發展成具有所需產出的成熟工廠的初始設定。接下來的章節將介紹此類系統的設計特徵，以及開發複雜系統整體的過程。第 5 章到第 8 章以及第二卷提供了一系列使用此方法的設計示例。我們認為，現在就應該開始研究此類系統，因為它們可以解決的現有和未來問題值得解決。開發和完善系統仍然需要時間，但等待開始只會意味著完成需要更長的時間。
我們在第 2.0 章中看到，擴張、複製和工具使用在自然界和我們的祖先中有著悠久的歷史。我們今天繼續使用它們來種植食物並製作所有文明的產物。使用這些相同的過程、我們的工具以及導致我們當前問題的經濟和法律結構似乎是解決這些問題的解決方案的一部分。
- 從生物學中，我們可以借鑑增長、複製、儲存和修改指令、進化以及具有能量和物質流的生態系統的思想。
- 從技術上講，我們可以借鑑已經積累的知識，如何複製和傳播知識，以及新增新工具的歷史，以及使用現有工具製造更好的工具的歷史。
- 智慧工具和其他提高生產力的技術可以取代工人及其工作。但我們不應將它們視為需要解決的問題，而應將它們作為解決方案的一部分。
集中所有權和不公平的貿易條件，在政府力量的支援下，是許多經濟問題的根本原因。相對貧困、工作不安全和地區發展不足是其中的一些後果。
- 我們可以將所有權結構更改為合作制和會員制方法，以保證參與和公平份額。我們可以建立儲備和備用計劃，以防範不利情況。我們可以利用我們周圍豐富的物質和能源資源來避免未來的問題和風險。
將所有這些想法結合起來，我們可以創造一種新的方法——一種允許人們幫助自己的方法。這種方法即使在未來面對持續的大規模變化也能奏效。
我們從歷史中知道，像城市這樣的大型建築可以隨著時間的推移而擴張和進化。但這也可以在小規模上發生。例如，一個有家庭作坊和工具的人可以增加他們的房子或建造一個新的建築來容納更大的作坊。他們可以建造更多的工作臺並新增工具來改進和發展車間。我們試圖解決的兩個問題是地區發展不足和個人貧困。因此，從小處著手，簡單開始，然後隨著時間的推移進行升級，是一種解決這些問題的方法。
如果給植物和動物機會，它們可以指數級地複製自己。我們可以使用書籍和計算機等工具多次複製資訊。人們的知識和經驗可以透過一次對一群人的教學和培訓來倍增。但像房屋和機器這樣的實物並不那麼容易複製。相反，它們是按順序製造的——一個接一個。我們可以將複製的生物過程應用於非生物，使用機器複製的概念。雖然完全自主的自我複製尚不可行，但我們可以透過使用現有的工具、機器和自動化來複制許多物品。
單個工具的使用範圍有限。一個工具箱，或者一個有許多工具的車間，可以完成更多種類的任務。使用不同工具組合步驟序列的方法數量比工具數量增長得快得多。具有預期結果的步驟序列稱為過程。使用足夠大工具集的過程可以複製它自己的工具之一，或者製造不同的工具新增到工具集中。足夠大的工具集可用於複製所有它自己的成員，或者製造我們已掌握知識的任何新工具。
這實際上是文明從石頭和棍棒發展到我們今天所擁有的東西的方式。但工具數量和種類的歷史增長以及我們可以用它們製造的東西，受到當時知識的限制。我們能夠使用的能量和材料也受到我們知識和工具集的限制。今天，我們可以利用我們不斷增長的知識，為特定任務開始使用更好的工具集和流程。這些任務之一可以是增長、進化和複製工具集本身。
現代社會很複雜。沒有人能夠獲得所有維持高生活水平所需的知識和技能。購買所有必要的工具和裝置以及使用它們所需的時間也不在我們的能力範圍內。在網路中以小組合作的方式工作可以使我們過上美好的生活。所需的知識和工具分佈在更多的人手中。自己製造許多工具和產品可以大大降低成本。透過人數優勢，他們可以完成否則過於複雜或龐大的專案。
普通人無法制造汽車或智慧手機之類的複雜裝置，但他們當然可以使用它們。同樣，如果智慧工具設計得當，即使它們很複雜，也應該易於使用。必要時，它們可以附帶安裝說明和操作教程。專業人士也可以提供培訓和支援，就像如今的手機和汽車一樣。
我們提出的解決大規模物理問題的方法是將標題 1.0 中的所有想法整合到自我擴充套件和提升的生產網路中。這些網路由一群擁有者運營商構建，他們從規模更小、更簡單的工具起步集開始。他們使用這些工具為自己、彼此製造成品，並向其他人提供產品和服務。他們還使用這些工具製造更好、更大的工具來提升產能。這最終將擴充套件到包括智慧工具，以及為新群體制造新的起步集。
智慧工具為所有者工作，因此他們不會面臨自身工作不安全或工作流離失所的風險。透過這種方式，我們可以利用創造問題的工具來解決問題。作為所有者，無論他們的工具變得多麼先進或自動化，他們仍然可以從工具生產的產品中獲益。一個成熟的網路可以滿足他們所有基本需求，例如食物、住所和公用事業，以及一些奢侈品。他們在網路中滿足的需求越多，他們受到外部經濟問題的影響就越小。由於網路製造東西，我們可以稱之為“製造商網路”或 **MakerNet**。
整個網路將是自我指導和自我提升的，而不是從上而下進行指導。成員遵循自己的興趣和能力。他們儘可能地教授、學習和提升自己的技能。他們互相幫助獲取新裝置，並完成更大的專案。他們在網路內交易產品和服務，並向其他人出售產品和服務，以支付網路無法提供的商品。
一個滿足所有基本需求和部分奢侈品的生產網路無法解決我們面臨的其他問題。希望透過解決物質匱乏問題，人們將有更多時間處理社會、政治、環境和其他型別的問題。
建立一個網路需要最初的勞動力、知識、資金、工具、材料和能源供應。根據創始成員的資源，他們可能需要時間積累足夠多的這些物品。一旦幾個網路節點到位，它們的經驗、資源和生產能力就可以用來幫助建立額外的節點。
擁有現有工作但資源很少的人可以將其作為一項補充他們現有工作的業餘活動。開始的理由包括更好地利用現有資源、愛好興趣以及在傳統工作缺乏時擁有備用工作。失業或就業不足的人有更多可用時間，但資源更少。他們可能出於對基本商品的需求、擺脫貧困或自我提升的需要而參與。最後，還有退休人士和富人，他們不需要自己工作，但如果他們選擇，他們仍然可以工作。他們可以提供資金、工作空間和其他資源。這些人可以共同努力，互相幫助，完成更多工作。
並非每個人都將一開始就擁有使用不同工具和裝置的技能和經驗。他們可以提供基本勞動力或其他資源來開始參與。他們可以透過與其他成員合作，在以後獲得技能和經驗。網路也可以為那些想要學習新技能的人提供正規培訓。人們也可以從公開的資源中自學，然後將這些知識應用於網路專案。
新人可能一開始沒有自己的工具或裝置。如果他們有足夠的資金，他們可以簡單地購買它們。如果沒有，他們可以借用或使用網路中現有的工具來入門。他們可以透過交易勞動力、在網路內製造或建立所有權份額來積累自己的工具，這使他們能夠使用更大的集合。
一開始，網路只能製造有限範圍的物品。它無法滿足所有成員的基本需求，也沒有製造升級工具所需的裝置。因此，他們用現有能力和工具生產出他們 **能夠** 生產的產品和服務的剩餘部分。這些商品被出售或交易以換取升級所需的零件、材料和裝置。盈餘生產也可以被出售或交易以滿足他們的一些個人需求。
在這個階段，網路可以部分解決工作不確定性問題。當其他工作不可用時，他們可以在網路中僱用自己來彌補損失。隨著更多人加入網路，以及他們的技能和裝置改進，他們可以為自己做更多的事情，並減少對外部供應的依賴。隨著時間的推移，成員可以建造或購買自己的智慧工具。這使他們能夠非常高效地製造東西，減少所需的勞動力。在這個水平上，他們可以完全取代傳統工作。成員可以從為他人工作過渡到為自己工作。
網路中的工作成員以後可能會因為年齡或不幸而處於不利地位，並最終去世。他們通常會有無法工作的家屬。這些人無法自己操作工具和裝置。他們仍然可以從裝置的所有權份額中獲益。新人將承擔必要的工作，並獲得他們自己的一部分網路。使用先進工具的總生產力應該足夠高，以支援當前工人以及以前工人的受益者。使用非常先進的工具，機器可以主要自行執行，偶爾進行監督和維護，以換取部分輸出。
有些人可能擁有除了滿足網路內部的個人需求之外的其他目標。例如，透過在網路中工作，他們可以啟動一個獨立的企業，而無需自己提供所有啟動資金和裝置，或尋求外部融資。網路允許他們入門並開始生產，積累這些物品和外部客戶，然後在準備好時自行創業。
我們可以透過有意設計具有該目的的裝置起步集來更容易地實現這種自我提升網路的增長。我們還可以將它們設計為各個部分相互協作的整合系統，並儘可能避免新的問題和副作用。最後，我們可以規劃一條通往成熟生產系統的增長路徑，而該系統反過來可以生產新的起步集。這使網路能夠根據需要複製到任意多個副本。我們將適合這種自我擴充套件型別的起步集稱為 **種子工廠**，比喻為植物種子生長成成熟植物。
要建立種子工廠，您需要初始的工具和機器供應。但是，簡單工具的集合本身無法做任何事情。您還需要其他資源，例如原材料、勞動力和能量來操作它們。還需要知識 - 以計劃和說明的形式來構建，以及操作人員的技能和經驗，以便他們知道如何開展工作。工具、資源、能量和知識的所有投入都需要形成一個完整的系統，能夠自我生長和複製。為了幫助記住這些元件，我們將其稱為 **TREK 原則**，以星際迷航宇宙中虛構的複製器命名。
一個年輕的網路將具有有限的內部製造能力。一個更成熟的生產網路可能能夠建造新的起步集，但仍然無法內部供應其執行所需的一切。為了持續運營，種子工廠和不斷發展的網路通常需要外部供應的能量和材料。他們還需要內部無法制造的零件和機器，以更換磨損的物品或進行擴充套件。支付這些物品的費用可以來自成員的貢獻、產品銷售或外部來源。
如果網路節點可以按需完成專案或製造單個物品，我們通常稱它們為承包商或工作室。當起步集能夠透過協調努力批次生產物品時，它會發展成為工廠。隨著現代交通和通訊的發展，工具和機器不必都位於同一建築物中或擁有相同的歸屬權，就像傳統工廠一樣。如果擁有者/運營商可以遠端控制智慧工具，他們甚至不必與裝置位於同一地點。物理佈置可以更加分散，就像現代網際網路一樣 - 資料中心集中活動，以及人們家中和工作場所的本地活動。
一個現代 **分散式生產系統** 當這樣做效率更高時，可以將多臺機器放在同一個地方。但它也可以在家庭或當地工作場所附近安裝本地裝置，當這是首選時。使整個系統像工廠一樣運作的原因是，所有工作都由人和他們的 **資訊科技** 協調。結果是在需要的時候交付了正確數量的成品。
種子工廠的共同特點是，它能夠自我擴充套件和升級，可以根據所有者的需求進行擴充套件，解決他們的經濟問題，並最終部分或完全複製初始套裝。 在本書和第二卷後面的示例中，我們將對最初使用哪些裝置提出建議，但這些建議應根據實際專案的需要進行調整。
初始套裝 - 對於理想的初始套裝，沒有單一的固定設計。 您需要什麼取決於許多因素。 其中包括第一個網路成員的經濟資源和技能、他們希望開始為自己製作的成品、當地的環境條件以及他們可以獲得哪些工具、材料和零件供應。 隨著智慧工具和其他技術的進步，最佳的起始專案也會發生變化。 例如，3D 印表機在 2010 年左右變得普遍可用，因此在此之前它們不是一種選擇，但現在是。
您可以使用少於完整初始套裝開始操作。 這可能沒有任何生產更好工具的能力，但可以用於簡單的產品和服務。 例如，皮卡車和拖車無法用來升級自己。 但是，它們可以用來提供搬運服務。 從中獲得的收入可以用來購買其他工具和材料，並將車輛用於將它們運輸到將要建造車間的地方。 車間完工後即可開始生產。 最終，生產網路可以製造改進，例如拖車的封閉箱，完成升級週期。
可以用有限的裝置提供服務。 對於資源有限的人來說，這可能是更好的入門途徑。 更多的人或更多的資金可以透過立即建立一個擁有更先進工具的工作空間來縮短增長路徑。 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裝置。
增長路徑 - 無論選擇什麼起點，它都需要一條有效的增長路徑。 一種方法是為初始套裝選擇靈活的工具。 例如，單個太陽能爐可以用來製造磚塊、鑄造金屬零件或乾燥木材，所有這些都可以透過使用合適的附件和配件來實現。 另一種方法是模組化設計，這樣擴充套件可以分更小的步驟進行。 可以一次新增一個結構間隙的生產車間。 通用電動汽車底盤可以逐個新增機器人手臂或農業機械等配件。
我們事先不知道新小組將擁有哪些資源和技能，也不知道他們想先做什麼。 處理這種不確定性的一種方法是建立一個增長路徑庫以及單個專案計劃和說明。 然後，他們可以根據需要選擇自己的路徑。 以前的小組也可以透過提供工具套裝、培訓和其他幫助來幫助新的小組。
設計方法 - 像家庭車間這樣的小型專案不需要第 3 章和第 4 章中描述的完整系統設計方法。 有足夠多的參考資源，例如書籍、網站和 YouTube 影片，可以提供指導，而且所有者知道他們擁有什麼技能、工具和空間來構建它。 車間也可以逐個建造，並在需要時進行更改和新增。 每一步都足夠簡單，不需要太多規劃和設計。
模組化生產機器人套件旨在在不斷增長的生產網路中製造和使用，因此更加複雜。 它將包括機器人手臂、末端工具、固定安裝、移動底盤、感測器套件和手動控制等部件。 這些將需要軟體、計算機和日期網路才能執行。 所有這些部件都必須適合並協同工作。
設計這樣的機器人套件對於剛起步的小型團隊來說太難了。 有幾種方法可以減輕難度。 首先，系統方法的一部分是將複雜專案分解成可以單獨完成的更小的部分。 設計工作也可以透過在構建此類系統的所有團隊和網路之間共享新設計和計劃，像開源軟體一樣在個人和團隊之間共享。 事實上，對於智慧工具來說，設計的一部分將是軟體，而開源方法在軟體方面有著豐富的經驗。
一臺新的現代機床（圖 2.1-1）的起價可能為 45,000 美元，而工業機器人的起價可能為 30,000 美元。 為了使用最先進的生產方法，您通常需要幾臺這種價位的機器，再加上一座中型建築來容納它們。 對於大多數個人和小組來說，這太貴了。 有幾種方法可以將成本降至可接受的範圍內。
首先是集中一個更大群體的資源。 農場和電力合作社以及信用社長期以來一直在證明，普通人可以在兼職的基礎上共同完成更大的專案。 更昂貴或不太常用的裝置的成本可以在網路成員之間以類似的方式分配。 單個裝置專案可能由個人擁有，然後借給其他人或提供使用許可權，或者由所有者操作並在網路內交易產品。 這樣，整個小組都可以從使用中獲益。 一些地區設有稱為駭客空間或創客空間的社群工作室。 這些工作室已經擁有工具和裝置，可以供成員或公眾使用。 它們可以作為增長的起點。
其次，大多數工具都存在更小、更簡單的版本，其中一些以套件的形式提供，價格更低。 工業級裝置專為連續使用而設計。 家庭和愛好者級裝置結構更輕巧，使用更便宜的材料，並且電機更小。 這些對於早期的增長階段可能足夠好。 它們可以在升級時進行交易或出售。 第三是購買二手和舊型號而不是新型號。
自舉是第三種方法。 第一批工具用於提供產品和服務。 然後用收入購買額外的/更大/更好的工具。 當前的工具集也可以用來直接製造新工具，在一系列計劃的擴充套件和升級中。 在一定程度上，可以製造工具而不是購買工具，它可以透過用團隊自己的工作來代替來降低它們的初始成本。
我們知道，通常來說，初始套裝是可能的。 整個人類文明都是從更小、更簡單的工具套裝發展起來的。 新地區的定居者在歷史上都會攜帶一套工具來開始。 他們通常也會在一段時間內進口更多工具，直到他們能夠自己製造。 我們的方法重複了這種模式。 現代的宅基地和DIY專案表明，人們可以使用自己的工具部分地製造他們想要的東西。 製造機器人和機床的工廠已經使用自己的產品來製造更多相同型別的產品。 這表明複製複雜工具是可能的。
我們不知道的是，在有限的資源、現代技術、可用的設計或未來可能出現的情況下，要達到特定目標的最佳初始套裝和增長路徑。 需要做更多工作來確定最佳路徑，透過構建可工作的示例來證明它們，並積累使用這種方法的經驗。
雖然我們還沒有了解到關於自我擴充套件系統的全部內容，但我們確實有一些信念。 其一是，自我擴充套件的生產網路無法孤立地運作，除非它們非常先進。 它們將在一定程度上與社會其他部分進行互動和貿易。 我們也不認為自舉能有效地由一個人完成，因為這需要多種技能和大量時間。 但這些都是信念，還沒有得到證實。
我們注意到，在人們能夠有效地提供產品和服務之前，需要初始供應的工具、資源、能源和知識（TREK）。 在美國等發達國家，這些物品的基本供應廣泛以低廉的價格提供。 許多家庭已經擁有了一些基本工具，特別是如果他們是房主的話。 如果他們有愛好，他們通常會有更好的或更專業的工具。 在機械和建築行業工作的人往往擁有更適合他們工作的工具，而從事製造業的人則可以使用更好的工具。
二手工具可以從eBay或Craigslist等線上市場和交易所獲得。 它們也可以在當地從舊貨店、典當行、跳蚤市場和庭院拍賣中找到。 新工具價格更貴，但可以在當地和網上廣泛獲得。 即使對於低收入人群來說，獲得一些工具來入門也應該是可行的，特別是如果幾個人共同集資的話。
原材料和能源的來源也廣泛存在，而且價格低廉，儘管許多人沒有意識到這一點。 對於大量的資源，典型的一英畝土地（乘以 2.5 等於公頃）在最上面的 10 米處包含 100,000 噸土壤和岩石，按散裝採石場的價格計算，價值約一百萬美元。 它每年接收約 875 MWh 的淨可用太陽能，按批發價計算，價值超過 40,000 美元/年。 在大城市以外，美國的耕地價格在 1,100-15,900 美元/英畝（USDA, 2022），而未開發的土地價格更低。 這遠遠低於它們的資源價值。 所需要的是一種有效利用這些來源的方法，而自我擴充套件網路可以提供這種方法。
在發達地區，當然可以購買材料和能源。 但令人驚訝的是，大量的材料是二手、廢料或廢棄的。 可以免費或低價找到少量木材和金屬，例如廢棄的傢俱、樹木修剪、廢舊金屬回收場等等。 自建太陽能發電成本非常低，而且使用免費。
最後，世界上幾乎所有的知識現在都可以作為電子書和其他線上資源獲取。這除了圖書館和書店提供的印刷資料外。許多人還擁有他們可以與不具備這些技能的人分享的技能和經驗。
自力更生方法可能比其他解決當前和未來問題的方案更具優勢。它利用的輸入範圍比基於貨幣的收入轉移計劃更廣。有能力但未充分就業的人擁有一份自己的勞動儲備。這種方法可以充分利用他們可支配的時間。高度自動化的生產可以低成本地將廣泛可用的資源轉化為有用的物品。
從純粹的經濟角度來看，這種方法可能比傳統投資的回報率更高。透過合理的規劃，它可以提供更高的經濟保障、更高的生活質量以及比現有方法更少的環境影響。它不會改變貿易和私人財產的基本原理，因此可以在現有的經濟和法律框架內實施。如果大多數人的基本需求可以透過高度自動化的生產來滿足，它也會釋放他們的時間去追求他們的興趣，而不是出於必要而從事他們不喜歡的工作。
我們認為這種方法優於基本收入轉移計劃等替代方案。當大多數工作被智慧工具取代時，這些方案無法擴充套件，因為將不再有足夠的資金來源。政府運營的轉移計劃容易受到政治干預的影響，因此存在不確定性。總有一些人會因為向他人提供“免費資金”而感到不滿。任何為這些計劃提供資金的人都有可能提出反對意見，並尋求逃避這些計劃的方法。
在普遍接受度、人們自身的動機和心理方面，自力更生和自我所有權更好。社會中的一部分人將永遠需要外部幫助，因此對支援計劃的需求不會消失。但我們應該考慮將自力更生作為提供這種幫助的方法，而不是傳統的現金轉移。例如，公共或慈善專案可以借出啟動套件或個人工具，直到新的群體或網路能夠自給自足。
一些簡單的例子可以幫助闡明上面提出的想法。這些書籍的後面部分將提供更詳細的例子以及設計這些系統的過程。我們還不知道有關自我擴充套件和自我改進系統的全部資訊。但是，我們認為已經瞭解了足夠的資訊，可以開始設計和開發它們。
第一個例子從單個產品或服務類別開始，然後隨著時間的推移擴充套件到其他類別。這更適合規模較小、技能和資源較少的群體。第二個例子從更完整的啟動裝置套件開始。它更適合規模更大、技能和資源更豐富的群體。
這條路線可以從一個人或一個小群體開始。他們從單個產品或服務類別開始。例如，縫紉、木工/木製品加工或輕型家用搬運服務。這些不需要太多工具，許多人已經擁有一臺縫紉機、一些手動和行動式電動工具，或者一輛皮卡車，可以用來開始。
網路外部的銷售用於購買他們選擇的類別中更好的工具和材料，然後用於隨著更多人參與而擴充套件到其他類別。成員也在網路內部進行交易，並在專案方面相互幫助。人們在以這種方式開始時不太可能完全依靠自己。他們將需要傳統的工作或其他外部支援，直到網路發展到足夠大的規模。
我們可以根據提供的材料或服務型別列出啟動類別及其後續擴充套件。在每個類別中，他們將從需要最少工具和技能、最接近成品的專案開始。隨著工具的積累和技能的提高，他們可以開始向更低成本的材料和更大規模的運營方向發展。
例如，在木工方面，從商店購買成品傢俱不需要任何技能或工具，但成本最高。一個架子單元套件可能需要組裝，但所有部件都已提供。你只需要簡單的工具來完成它。用購買的木材製作一套架子需要更多的工具和技能，而塑造和組裝更復雜的傢俱則需要更多的工具和技能。最後，砍伐樹木，將產生的原木加工成木材，並對木材進行乾燥需要最多的工具和技能，並假設大量的產品。但直接從樹木中獲取木材的材料成本最低。
加入網路的新人可以追隨他們的興趣。他們可以從其他類別開始，並遵循類似的升級路徑。隨著更多類別的加入，成員可以開始相互支援。例如，從事混凝土和金屬加工的人員可以幫助擴大木材加工店，作為回報，木工可以為其他人提供傢俱和櫥櫃。如果一個網路能夠發展到涵蓋所有主要類別，它就可以提供人們需求的很大一部分，並以有效的方式進一步自我擴充套件。
啟動類別，以及一些第一步和升級，包括
- 基本工具 - 這些包括基本的手動工具，如螺絲刀、錘子、扳手，以及行動式電動工具，如電動鑽、圓鋸或往復鋸。除了家居維護外，基本工具還用於維護其他型別的裝置，因此該類別被列在首位。基本工具套裝可以透過一次新增一個專案來擴充套件。清潔、加油和磨削等方法可以修復或維護其他工具。
- 輕工藝 - 這包括小型工藝，如珠寶、蠟燭和肥皂製作以及美術，這些工藝不需要大型裝置或工作空間。它們與基本工具的區別在於需要針對特定工藝的專用工具。
- 木工和木製品加工 - 這些使用基本工具，但應用於更大、更復雜的專案。在基本工具的基礎上，增加了梯子、繩索、鋸架、鑿子、路由器、臺鋸和木工工作臺等工具。這些可以購買、找到二手，也可以自己製作，並一次新增一個專案。
- 石材和混凝土 - 這可以從手工鋪設找到的石頭開始，這隻需要很少的工具，並使用袋裝預拌混凝土，只需要水和一些工具就可以使用。大型專案可以新增用於塑造石頭的工具、行動式攪拌機、使用混凝土模板和砌塊模具，以及塑造和放置混凝土鋼筋。
- 金屬加工 - 基本的手動工具和行動式工具可以塑造和鑽孔較薄的金屬片。較重的物品需要熔爐加熱和軟化金屬，然後需要錘子、樁頭、鐵砧或壓力機來塑造它。鑄造需要更高的溫度、坩堝和模具。其中許多可以自己製作。機械加工更先進，需要特殊的工具，這些工具可以逐個新增。
- 玻璃和陶瓷 - 切割玻璃可以用簡單的工具完成。塑造玻璃和燒製陶瓷需要高溫，從氣焊槍和火坑等裝置開始，然後發展到更先進的熔爐。
- 聚合物 - 小型塑膠製品可以用輕工藝工具模塑，或用木工裝置塑造。複雜的物品需要 3D 印表機或雷射切割機。這些對於剛開始來說可能很昂貴/複雜，但商業服務或社群製造空間可以用來製造單個物品。
- 電氣和電子 - 電氣可以從簡單的維修開始，例如更換電機和電線，然後發展到更大的佈線專案。電子專案可以從連線預製物品開始，例如組裝娛樂系統或臺式電腦，然後發展到更復雜的專案，這些專案涉及定製電路板和程式設計。
- 塗料和印刷 - 家庭油漆和傢俱整理可以用很少的工具和用品開始。更復雜的絲網印刷、噴塗和紙張印刷方法可以稍後新增。
- 纖維和織物 - 手工縫紉幾乎不需要投資工具。消費級縫紉機在市場上廣泛存在，價格低廉。升級到工業縫紉機，並新增裁剪和縫紉臺和其他裝置可以是漸進的。使用皮革或纖維增強塑膠等其他材料需要特定的工具，這些工具可以稍後新增。
- 組裝和施工 - 機械組裝和焊接可以在小規模上開始，就像安裝他人制造的物品一樣，例如櫥櫃和電器。大型建築專案將超出木工和混凝土的範圍，包括土方工程、公用設施和起重機作業。這些可能需要較大型的裝置，但時間較短，因此通常由專業公司提供。如果在較小的專案中使用足夠頻繁，則可以提供較小型版本的裝置型別。
- 農業和林業 - 這可以從不需要太多工具的小規模家庭園藝和動物飼養開始。社群花園和農場需要更多的土地、工具和人們的時間才能開始，但可以逐步擴充套件。在氣候適宜的地區，種植樹木可能不需要任何工作，只需讓它們生長即可。收穫可以從較小的灌木、樹苗和樹枝開始，不需要很多工具，然後逐漸發展到更大的樹木和數量。
- 材料加工 - 大多數人熟悉烹飪食物，它遵循混合和加熱等步驟，而且他們已經擁有烹飪裝置。其他材料可以透過遵循一系列步驟從原材料轉換為成品。這些步驟包括機械、熱、化學或電氣過程。一個非常簡單的例子是將木材從自然狀態（太溼）透過風乾至足以用於建築或傢俱的乾燥狀態。該類別可以從只需要簡單步驟的單一材料開始，並逐個新增新的材料。每個步驟的工具和裝置將在需要時獲取或製作。
在上述類別中，木材、石頭和金屬及其各種形式構成了現代文明的核心。從歷史上看，我們的祖先首先按照這個順序使用它們。如果你看看像現代美國房屋這樣的東西，它們在重量上佔材料的大部分。因此，如果一個網路的目的是提供基本需求，那麼它們就是一個良好的起點。
上述每個類別除了工具外，還需要其他資源。這些包括
- 知識 - 這包括學習資料、技能、經驗和計劃。大多數人從早期的教育中獲得了一定的常識。書籍、線上資訊、課程、與經驗豐富的人一起工作以及執行越來越難的專案可以積累個人知識。對於任何超出最簡單專案的專案，如何完成這些專案的計劃和說明都非常有幫助。這些可以根據需要找到單個專案。對於較大型或定製專案，需要能夠設計和規劃一系列步驟，並協調不同人員的工作。
- 工作與儲存空間 - 大多數工作都需要一些防風雨措施。即使是像農業這樣的戶外類別，也使用受保護的區域進行儲存和維護。這些區域可以從臨時設定開始，在使用之間存放在備用房間、車庫或地下室。之後的增加可以包括新增到現有房屋的附屬建築、租賃或購買的商業建築，或者未開發的土地，然後在上面建造。儲存裝置可以從小型工具箱、抽屜和貨架單元開始，並隨著時間的推移而升級。
- 電力與照明 - 這些可以從傳統的牆壁插座以及自然和人造照明開始。行動式電源可以從連線到車輛、行動式發電機、電池和專用發動機的裝置供電。太陽能和風能可以為專用位置提供更多電力。
- 運輸 - 大多數人可以使用某種交通工具，並且可以在網路中共享較大運輸的成本。用於移動物品的箱子和集裝箱通常可以免費獲得，或者根據特定需求自行製作。
- 零件與材料供應 - 這些可以從零售店開始購買，並且通常可以找到二手或免費的。隨著活動和工具的增加，網路可以更早地在供應鏈中獲得物品，最終從原材料採購。
一個更大的群體，或者擁有更多資源的群體，可以從更高階和完整的入門套件開始。他們能夠立即開始製造原始套件的大部分新的附件和配件，並製造或購買完整的全新工具來升級其能力。入門套件被規劃為一個單元，但可以一次新增一個專案。業主可以從部分運營開始，直到完整的套件到位。
此示例適用於通用工業，但它並不唯一。其他入門套件可以設計為滿足不同的需求。它包括八種主要裝置型別，以及合適的配件和附件。入門套件將包括至少一種每種型別的物品，並隨著時間的推移新增更多單元和不同的功能。
- (1) 建築和支撐裝置 - 大多數工具和機器需要一些防風雨措施，尤其是智慧工具的電子元件。人們也從有遮蔽的工作和設計區域中受益，這些區域有良好的照明。除了工作空間之外，通常還需要儲存區域。
為了適應自我擴充套件，建築物可以採用模組化設計。例如，集裝箱（圖 2.1-2）可以作為基本模組。它們是防風雨的，可以直接用作工作空間。它們後來可以被排列和堆疊起來形成更大建築的牆壁，然後在它們之間新增一個跨越它們的屋頂。另一種方法是使用更傳統的鋼包覆工業建築，其中一端是臨時牆。可以一次新增一個額外的結構隔間來延長建築物，在每個隔間完成後移動臨時牆。
- 下面列出的主要工具和機器需要支撐裝置來完成研磨、銳化和測量等任務。還需要一些基本的手持工具進行維護。這些專案可以在不同的機器之間共享，因此我們將它們歸類到此標題下。
- (2) 模組化機器人 - 這包括固定式和移動式機器人，由電力或液壓動力驅動。機器人採用模組化設計，因此它們的配置可以根據不同的需求而改變。固定式版本使用關節臂（圖 2.1-3）和末端工具，安裝在固定底座或軌道上。移動式版本從一個底盤開始，該底盤的功能類似於農業拖拉機，提供基本的動力和運動。
&esmp;各種附件可以安裝在底盤上或拖在底盤後面，例如貨車、起重臂和剷鬥、關節機械臂以及專用末端工具和工具。移動式版本可以在建築物內部使用，也可以在室外用於建築或農業工作。一種附件將是“手動控制模組”，允許人們直接控制機器。這對於程式設計機器人不值得進行的獨特任務很有用。
- (3) 太陽能熔爐 - 動力工具和機器需要能量才能執行，許多過程需要熱量。太陽能熔爐可以同時提供這兩種。一組鏡子安裝在一個軸上，以跟蹤太陽（圖 2.1-4）並將能量集中到一個靜止點。可更換的目標可以安裝在焦點處，用於製造磚塊、熔化金屬、產生蒸汽發電，或為其他過程提供較低強度的熱量。
聚光型太陽能電池安裝在焦點處可以產生電力。電池不是在內部製造的，但它們只佔熔爐的一小部分。可以透過將熱量引導到隔熱的岩石床來儲存能量，然後根據需要提取能量。熔爐的多份副本使其模組化，並且可以分配到不同的任務。後面的版本可以比第一個版本更大。
- 太陽能熔爐主要由金屬和玻璃部件製成。它可以設計成熔化兩種型別的廢料來鑄造新的零件。因此，它可以從低成本材料中很大程度上自我複製。許多工業過程需要大量的能量，因此這可能是自我擴充套件系統的關鍵途徑。
- (4) 龍門銑床 - 銑床是一種基本的機床，用於切割或成型金屬和其他剛性材料。它們有各種尺寸，從桌上型電腦到重達數百噸的機床。它們有兩個或多個運動軸來定位工作工具。圖 2.1-5 是一臺大型水平機器，用於切割扁平材料。在龍門銑床上，水平龍門也可以在固定立柱上垂直移動，而工具架在龍門上水平移動。帶滑動工作臺的版本移動工作臺下方，提供第三個運動軸。
- 在一個高階版本中，可以有四個工具架，兩個在龍門的前面，兩個在後面。這允許同時安裝多達四個機器人臂或各種其他工具。龍門延伸到立柱和工作臺之外，到達側面的換刀器，因此它們可以自動更換。支撐滑動工作臺的軌道可以根據需要製作。可以將新的工作臺帶入，並帶有需要加工的新零件。多個工作臺可以支撐非常長的工件，根據需要將它們滑到龍門下方。工具架和工作臺可以提供額外的旋轉或角度運動軸，用於更復雜的零件。
- (5) 水平車床 - 龍門銑床更適合矩形或不規則零件。車床更適合圓形或對稱零件，因此我們將其作為第二臺基本機床。車床的最簡單版本具有一個旋轉的主軸和驅動電機（圖 2.1-6），以及一個夾頭來固定工件的一端。安裝在軌道上的尾座支撐工件另一端，長度可變。在工件旋轉時應用刀具來生成圓形零件。在已知角度停止旋轉並在平面上移動刀具可以生成多面體側面。
- 在一個高階版本中，車床將有四條軌道，例如Weiler V 系列（pdf 檔案）。第二對軌道允許多個帶有不同工具的刀架根據需要獨立地移動到位。換刀器安裝在刀架上方，用於更換不同的工具或更換磨損的工具。
- (6) 液壓機 - 液壓機可以執行諸如使用模具和模具壓制形狀、剪下、軋製、彎曲和成型等任務。一個或多個液壓缸向下推動上板，而幾個立柱使上板與下板平行（圖 2.1-7）。上板和下板開有槽，以便接受不同的插入件，並且側支架可以為剪下、軋製或彎曲提供長物件。薄或軟材料可以在室溫下壓制，而厚金屬可以在熱狀態下壓制，稱為鍛造。在某些情況下，插入件會加熱，但它們必須使用比加工件更高的熔化材料。與機床一樣，壓力機也有各種尺寸和負載能力。
- (7) 加工廠 - 複雜的機器通常需要多種材料。這些材料通常在自然界中不會以需要的形式存在。可以從其他人那裡購買，但這會增加成本並使系統難以自我擴充套件。
- 所有處理流程加在一起，其中一些可能共享步驟，構成一個加工廠。木材的示例流程包括砍伐樹木、將原木運送到鋸木廠、將原木切割成碎片，並將它們堆疊起來以允許乾燥。每個單元操作都需要自己的裝置來執行，並且通常需要能量和其他投入。
- 對於通用工業產品，加工廠可能會接收廢金屬，使用太陽能熔爐將其熔化，鑄造基本形狀，然後根據需要修剪和研磨，以供給銑床、車床和壓力機。加工廠可以模組化和靈活，以便在不同的時間遵循不同的流程。可以一次新增一個部件來增加產品範圍和數量。
- (8) 電氣車間 - 使用電力的機器和工具，尤其是智慧工具，需要各種電氣和電子零件。這包括電線、絕緣體、電機、發電機、電池、開關、繼電器、變壓器、電阻器、電容器、電感器、燈絲、電路板和微電子。一個電氣車間將生產和組裝儘可能多的這些物品。
- 車間接受工廠其他地方生產的一些零件和材料。一些太複雜或難以在內部製造的物品，例如現代計算機晶片。這些物品是購買的，但它們只佔工廠的一小部分。人們已經擁有的二手裝置或電子裝置可能足以控制工業機器。
前兩個例子旨在解決個人和小群體在智慧工具日益增多的情況下所面臨的問題。它們旨在滿足其所有者的個人需求以及更大或更小規模的當地社群的需求，因此我們將其稱為個人生產。但像這樣的系統，從入門套件開始，然後不斷成長和改進自己，達到所需的任何水平，並不侷限於解決經濟問題。它們可以應用於所有複雜性和規模級別，就像生物從微小的細菌到整個生態系統一樣。
與生物學不同，從人及其知識開始的網路可以做的不僅僅是複製自己。人是最初的“智慧工具”——他們可以改變和適應。一旦網路走上增長道路，它就可以新增最初計劃中沒有的新專案，升級到更高的複雜性水平，並擴充套件到更大的運營規模。如果所有者願意，網路也可以改變方向，生產出一套完全不同的產品和服務。最後，現有的網路還可以生產出與原始網路目的不同的新裝置集，併產生全新的增長模式。
5.1 - 超越個人生產
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除了我們給出的兩個個人生產示例之外，還有其他方法可以使用自我改進系統。我們在這裡列出其中一些，它們作為示例包含在本系列書籍的後面。我們認為此類系統值得研究，並且天生有趣。但我們認為此類專案尚未準備好讓較小的群體跳進去開始建設。我們認為需要更多基礎研究和開發，並首先積累小型和簡單專案的經驗。
規模擴大 - 人員組成的網路可以不斷升級和擴充套件其裝置，並新增新成員。這可以將他們帶出個人商品和服務的範圍，進入小型企業和商業運營規模。這超越了滿足他們自己的需求，而是滿足了他們直系親屬、朋友和鄰居以外的人和企業的需求。較大的網路將傾向於包含多個地點的人員，因此我們將其稱為分散式運營。最終的增長步驟是達到工業規模，覆蓋更廣泛的市場，並在最有效的運營水平上運作。
隨著活動規模的擴大，它往往會變得更加專業化。這是因為很難找到足夠大或具有所有合適條件的地方來進行多個工業規模的運營。儘管在物理上是分開的，但各個地點仍然可以作為網路的一部分相互支援和供應。僅僅因為網路的一部分發展到更大的規模，並不意味著整個網路都必須如此。它可以包含從小型到大型各種活動的組合。
更艱苦的環境 - 之前的示例假設在已開發地區的適度環境中。這些是大多數人已經居住和工作的地方。但這些地方僅佔地球表面約 13%，平均僅在上下很小的範圍內。高度自動化和低成本的生產可以使居住和工作在更艱苦的環境中變得負擔得起，並使用更多在那裡發現的物質和能源資源。
困難的環境包括海洋和湖泊上的開闊水域、非常寒冷或冰雪覆蓋的地區、炎熱乾燥的沙漠地區、潮溼沼澤地區、高海拔地區、水下和地下深處，以及目前過於偏遠和未開發而無法使用的地區。所有這些不同的條件都需要不同的入門套件，但它們可以由早期一代自動化工廠在更容易的位置生產。
最難的環境是地球以外的太空。除了地球上遇到的其他困難外，還增加了缺乏重力、呼吸空氣和高輻射水平等問題。涉及很大的距離，需要大量的能量來穿越它們。大型太空專案面臨的挑戰和成本實際上是人們首次考慮從自動化種子工廠啟動的想法的原因。但由於此類專案還沒有經驗，我們認為從地球開始比較合理，地球上的條件更容易，最後再進入太空。
地球上更艱苦的環境和太空地點的入門套件將在現有地點生產，然後運送到需要的地方。因此，從邏輯上講，更容易的專案應該先進行。一旦入門套件交付到任何這些更艱苦的地點，它們的人口稀少確保了可以利用相對大量的當地能源和原材料。與之前在更容易的地方的網路一樣，有些物品在當地太難製造，或者使用了稀有材料。這些將繼續從其他地方供應。
更美好的未來 - 未來文明可以沿著烏托邦或反烏托邦的路線發展。我們相信我們最終會去哪裡是一個選擇，而不是必然性。如果我們明智地使用它們，智慧工具和自我擴充套件系統可以幫助我們建立我們想要居住的未來。首先，透過提供食物、住所和公用事業等基本需求，人們將不再受到我們之前討論過的經濟問題和不確定性的影響。高效的生產將解放人們的時間，讓他們去做有趣的事情，而不是去做生存所必需的事情。
低成本生產可以實現高水平的可再生能源和迴圈利用。這將減少或扭轉環境問題。人們將有更多關於在哪裡以及如何生活的選擇。太空開發將極大地增加可獲得的能源和材料。它可以將密集型產業從我們的星球上轉移出去，進一步改善環境。這比有些人相信的要樂觀得多。
5.2 - 一些最後的思考
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emsp;我們以一些更具哲學意義而不是工程意義的最終想法以及一些需要更多工作的想法來結束本章。
自力更生和人際交往 - 現代人是流動物種。我們起源於非洲，並傳播到世界各地氣候適宜的地方，甚至是一些不適宜的地方。在我們遷移的過程中，我們必須利用當地資源，並攜帶或製造工具的入門套件，以便在這些新地方生活。我們也是一種社會性物種。我們依靠自己和我們周圍的人際網路來做這些事情。
隨著工業化、大城市和大型組織的出現，我們已經不再習慣依靠自己和我們認識的人。我們已經變得依賴遙遠的農民和工廠來供應我們的日常商品。我們從未見過的股東擁有我們工作以負擔這些商品的公司。這使我們處於超出我們控制範圍的力量的控制之下。我們可以被告知“抱歉，我們不再生產這種產品”或“你已經被機器人取代”，對這些決定無能為力。如果你不認識他們，那麼把工人當作一次性用品，並且製作他們並不真正需要或想要的東西更容易。迴歸一定程度的為自己工作以及與我們認識的人打交道將會是一種進步。
人工智慧生命 - 智慧工具和自我擴充套件系統的結合可以被認為是一種人工生命形式。原則上，一套足夠智慧的工具可以透過增加它們的數量來不受輔助地增長，並透過複製原始集合來繁殖。自我增長和繁殖通常與生命相關聯的屬性。如果智慧工具需要人們完成一些任務，我們可以將其視為輔助增長和繁殖。
或者，我們可以將人和他們的工具視為一個更高層次的生態系統，它可以增長並複製自身。那麼單個工具和機器類似於真核細胞的細胞器。不受控制的增長和繁殖會導致類似於生物瘟疫和癌症的問題。應該考慮如何避免此類問題以及如何處理它們。