Nanofab/Nanofac Models

Neotek Universal Cornucopia

과학사와 경제사 연구자들은 이를 최초의 진정한 자동제작기로 보곤 한다. 이 기계는 화학 원료를 받아 거의 모든 종류의 재래식 소재 제품을 만들어냈으며, 원료와 전력만 공급하면 지속적으로 자체 수리도 할 수 있었다. 195at에 Cornucopia가 출시되기 약 한 세기 전부터 제조 기술의 소형화와 전용 기계가 아닌 범용 기계의 개발이 꾸준히 이어졌다. 20세기 초의 3D 폴리머 프린터, 중반 수십 년의 소분자 합성기, 최근 등장한 범용 프로그래밍 합성 생물은 모두 제조 기술을 크게 발전시켰다. 이 기술들은 마침내 하나의 제품에 통합할 수 있을 만큼 작고 정교해졌다. 네오텍의 첫 번째 Cornucopia 모델은 부피가 약 100세제곱미터, 길이가 12미터였으며, 모서리가 둥글고 한쪽으로 조금 가늘어지는 직육면체 형태였다. 외피는 직조한 듯한 무늬로 마감했다. 좁은 쪽 끝도 평균 성인 남성만큼 높았으며, 그 표면에는 전력과 원료를 공급하는 입력 소켓이 빼곡히 박혀 있었다. 반대쪽은 더 넓었고, 크고 작은 제품을 밀어낼 수 있는 커다란 스마트 물질 막 하나로 이루어져 있었다.
Cornucopia 내부에는 네오텍 엔지니어들이 서로 보완하고 유지하도록 정교하게 균형을 맞춘 여러 이질적인 제조 기술이 결합되어 있었다. 대략적으로 보면, 이 다양한 기계는 좁은 쪽 끝에서 넓은 쪽으로 세 범주로 나뉘었다:

• 재료 제조: 원료 탱크 바로 뒤에는 단순한 원료 화학물질로 다양하고 때로는 복잡한 화학 구조를 조립하는 시스템이 자리했다. 이 구역에는 이를 위한 두 가지 핵심 기술, 즉 화학 합성기와 합성생물 배양조가 배치되어 있었다. 합성기는 여러 기본 화학 반응을 일으키는 다양한 촉매를 갖춘 반응실 배열로 이루어졌다. 합성 중인 소분자 묶음은 마지막 반응실에서 정제될 때까지 탱크 사이를 차례로 이동했다. 합성생물 배양조에는 서로 다른 7가지 기본 합성생물 배양체가 있었다. 각 배양체는 오작동 위험을 줄이면서 쉽게 개조할 수 있도록 최소 게놈(100-200개 유전자)과 단순한 대사를 갖게 설계되었다. 그중 두 기본 유형은 게놈 물질로 핵산을 사용하지 않았다. 서로 근본적으로 다른 환경에서 작동하도록 설계되었지만, 수천 가지 전문형으로 빠르게 유전자 개조할 수 있었다. 제조할 때는 알맞은 집단에서 표본을 채취해 개조한 뒤 적절한 탱크에서 빠르게 배양했다. 공급원료나 합성기에서 나온 관련 화학물질을 도입하면 생물체가 이를 원하는 제품으로 전환했다. 배양조와 합성기는 서로를 보완하며 여러 제조 공정에서 물질을 주고받았다. 대략적으로 말하면 합성기는 잠재적인 소분자 제품의 범위가 더 넓었던 반면, 합성생물 배양조는 더 큰 규모의 분자 구조를 조립하는 데 더 효율적이었다. 두 설비 모두 완제품을 만들었으면 포장해 내보냈고, 더 큰 제품의 일부를 만들고 있었다면 다음 공정으로 넘겼다.

• 부품 제작기. 세 구역 가운데 장비가 가장 다양한 부품 제작 구역은 프린터, 압출기, 증기 증착기, 원자 레이저 등이 촘촘히 얽힌 망으로 이루어졌다. 원료나 앞 공정에서 만든 소재를 받아 거시적 제품 형태로 가공할 수 있었다. 금속 이온은 여과한 뒤 소결하거나 단조하거나 두드려 성형했고, 폴리머는 인쇄했으며, 전자 부품은 식각했다. 각 부품은 "작업 공간"에서 다른 부품과 조립할 위치로 옮길 수 있었다. 덕분에 여러 소재를 빈틈없이 결합한 부품을 매우 효율적으로 생산할 수 있었다. 재료 제조 구역과 마찬가지로, 완성된 부품은 소비자에게 내보내거나 다음 공정으로 넘길 수 있었다.

• 제품 조립기. 제품 조립기는 모듈식 로봇 팔과 공구 헤드 배열로 이루어졌다. 앞선 공정을 거친 개별 부품을 가져와 조이거나 용접하는 등 여러 방식으로 결합했다. 네오텍의 두 번째 Cornucopia 모델은 전면에 반투명 막을 특징으로 하여 사용자가 수천 개의 빽빽하게 포장된 팔이 완성된 제품을 조작하고 조립하는 것을 볼 수 있게 했다. 시장 조사 결과 사용자들이 이 과정을 보고 불안해하는 경우가 많다는 사실이 드러나자, 세 번째 모델에서는 이 기능을 없앴다. 한 악명 높은 리뷰는 "거대한 가재거미 떼로 가득 찬 입이 먹는 과정을 거꾸로 지켜보는 것 같다"고 평했다. 네 번째 모델은 로봇 팔의 움직임을 미세하게 바꿔 생물의 섭식 장면처럼 보이지 않게 하는 소프트웨어 패치와 함께 투명 막을 다시 도입했다.

역사적으로는 중요했지만 네오텍은 상업적으로도 기술적으로도 막다른 길이었다. 조립 시간은 편차가 매우 컸다. 화물 컨테이너만 한 장치가 불과 몇 킬로그램짜리 제품을 완성하는 데도 며칠이 걸리곤 했다. 자가 수리 절차도 비효율적이어서 상당한 에너지를 끊임없이 공급해야 했으며, 고장률도 10년당 50%에 달했다. 수리는 심각하고 끊임없는 문제였다. 평균적으로 Cornucopia 가동 시간의 3분의 2 이상을 마모된 내부 부품을 교체하는 데 써야 했다. 120년대 후반에 5번째 모델이 나올 무렵, 나노 규모 군집을 이용한 최초의 상업용 제작기도 출시되었다. 크기는 비슷했지만 내부 부품의 종류를 크게 줄여 수명과 효율을 높인 장치였다.

ANPO (Atlantis NanoPatent Organization) Nanofac

ANPO Nanofac는 지역 단위 제작기의 역사에서 중요한 설계로 꼽힌다. 완전히 확장되면 작은 건물만 한 크기였다. 내부에서는 베이스라인 지성이 상상할 수 있는 거의 모든 방식으로 재료를 조립할 수 있었고, 서로 다른 제품 수십 개를 동시에 제작했다. 원료는 보통 제작기 외부의 물질 저장 탱크에 보관하거나 공공 공급망을 통해 공급했다. 나노팩에는 방대한 템플릿 라이브러리가 기본으로 딸려 있었고, 네트워크에서 템플릿을 더 받아 추가할 수도 있었다. 초기 ANPO 제작기는 "RTCAC", "Genetic Build", "Universal L" 템플릿 언어만 읽을 수 있었다. 이후 다른 언어용 변환기 애드온도 나왔다.

포켓보이 포켓팹

동명의 포켓보이 포켓팹은 몇 가지 독특한 기능을 가진 손바닥 크기의 나노팹이다. 포켓보이는 노운넷 전역에서 자유롭게 이용할 수 있는 소프트웨어 템플릿이다(나노팹을 더 엄격히 통제하려는 정치체는 제외한다).

클래식 포켓보이는 매끈하고 작으며, 대략 직사각형에 가까운 마름모꼴이다. 표준 인터페이스는 DNI이지만, 표면을 터치와 음성에 반응하는 시각 디스플레이로도 사용할 수 있다. 훈련받지 않은 일반 사용자나 맞춤화를 좋아하는 기술 마니아 모두에게 똑같이 사용하기 쉽다.

그러나 이 이름은 이제 보통명사로 굳어졌다. 포켓보이에 뿌리를 둔 비슷하게 작은 포켓팹들이 있고, 완전히 독립적인 기원을 가진 포켓팹들도 있다. (반쯤 표준화된 용법에 따르면, 포켓보이 템플릿에 기반한 손바닥 크기 나노팹은 "포켓보이"라 하고 다른 제품은 단순히 "포켓팹"이라 한다). 독자적으로 개발된 손바닥 크기 나노팹 가운데 상당수는 좌초된 여행자를 위한 비상 나노팹, 우주복의 구성품, 엔사이클로피디아에브리싱기아나의 당연한 부속품, 또는 이 모두를 겸하도록 만들어졌다. 이런 소형 나노팹은 원조 포켓보이가 워낙 널리 퍼져 있었기 때문에 곧 "포켓팹" 또는 "포켓보이"라 불리게 되었다.

휴대용 나노팹은 엄청나게 유연한 도구이지만 한계가 있다. 모도소폰트 나노기술은 대개 제조기 내부처럼 고도로 통제된 환경에서만 제대로 작동한다. 따라서 손바닥 크기의 제조 장치는 조립할 수 있는 부품의 크기가 제한된다. 손바닥만 한 크기 탓에 물질 저장 공간도 제한되며, 모도소폰트 나노 및 마이크로봇은 필요한 원자재를 찾아 주변 환경을 탐색하는 능력도 매우 제한적이다. 일부 포켓보이 설계는 재료 수집용 신섹트 규모 노이만 시스템을 내장하거나 그 시스템의 중앙 제조 노드로 작동한다. 그러나 이런 장치는 더 크기 때문에 복제 시간과 자원 요구량도 그만큼 늘어난다. 포켓보이의 작은 부피는 내부에 넣을 수 있는 조립 셀의 수를 제한한다. 이 때문에 부피당 생산 속도는 대형 제조기보다 훨씬 느리다. 또한 포켓보이는 서로 다른 종류의 부품을 만들 때 조립 장치를 다시 특화해야 하는 경우가 많다. 이 제약 때문에 복잡한 제품의 제작 시간은 더욱 늘어난다. 마지막으로 전력도 흔히 제약 요인이 된다. 손바닥 크기 장치에는 접이식 태양광 어레이, 배터리, 연료, 기타 전력 시스템을 넣을 공간이 제한적이다. 분자 수준에서 소재를 나노제조하더라도 해당 소재의 생성 엔탈피에 해당하는 에너지는 여전히 필요하다.

원조 포켓보이의 사용자들은 이러한 한계를 도전으로 받아들이고 그 안에서 가능한 가장 복잡하고 유능한 제품을 만들려고 한다. (포켓보이가 생산한 작은 부품의 수작업 조립이 종종 필요하다). 이들은 또한 포켓보이의 기능을 맞춤 설정하고, 표준형 장치 안에서 전력 저장량과 물질 비축량, 제조 부피를 최적화하기를 즐긴다. 표준형의 부피는 100세제곱센티미터다. 원조 포켓보이의 후속 기종 상당수는 이런 핵심 요소의 용량을 늘리거나 줄이려고 장치 내부의 공간 배분만 바꾸어, 보통 10(시계급), 50, 100(포켓급), 250, 425(포켓보이 클래식급), 500, 1000 슬레이트급 세제곱센티미터 크기로 만들어진다. 포켓보이의 속성(전력, 물질 비축, 나노팹 부피) 사이의 균형은 사용 환경에 따라 달라진다. 문명의 중심에 있는 사용자는 풍부한 외부 전력(유선 및 무선)과 물질 공급에 의존할 수 있으므로 나노팹 부피를 강조할 것이다. 외부 전력과 물질 공급을 이용할 수 없는 사용자는 전력과 물질 비축 공간을 확보하기 위해 나노팹 부피를 줄여야 하며, 어떤 원소를 비축해야 할지도 정확히 예측해야 한다.

그러나 포켓보이의 부피 제약 안에서 작업하는 데 관심이 없는 사용자도 있다. 먼 행성에 좌초된 여행자에게는 음식과 피난처, 귀환용 수송 수단이 더 중요하며, 이런 물품은 원조 포켓보이로 만들기에 적합하지 않다. 그 대신 비상 포켓팹은 대개 생산 능력을 빠르게 확장하도록 설계되며, 스스로 복제할 수도 있다. 이것은 여러 가지 방법으로 달성된다. 포켓팹은 대개 내장 전력 용량을 빠르게 넘어설 수 있도록 접이식 태양광 어레이를 갖추고, 초기에는 두 가지 작업에 집중한다: 자원 수집 신섹트를 생산하고 제조 부피를 확장하는 것(자원 수집 신섹트는 모도테크 수준 비상 포켓팹의 표준이다). 제조 부피를 확장할 때는 다음 나노제조실에 들어갈 작은 부품을 만든 뒤 외부에서 하나씩 조립할 수 있다. 포켓팹 사용자는 계속 움직이는 신섹트의 작업을 방해하지 않도록 초기 조립을 직접 해야 할 수도 있다. 다른 설계는 이러한 부품을 직접 통합할 수 있어 포켓팹이 시간이 지남에 따라 더 큰 조립기로 성장할 수 있다. 필요한 자원과 전력을 얼마나 확보할 수 있느냐에 따라, 이 폰 노이만 확장 과정은 몇 주 안에 중간 크기 물품을 제작할 수 있는 나노제조 장치로 발전할 수 있다.

포켓팹(포켓보이 또는 기타)이 템플릿 라이브러리의 한계에 부딪히는 일은 드물지 않다. 얼티밋 칩 저장 용량조차 무한하지 않으며, 이런 칩은 공간도 많이 차지하고 포켓팹 전력도 상당량 소모한다. 비상 포켓팹에는 다양한 환경에서 생존하는 데 최적화된 라이브러리와 여행자를 집으로 데려갈 몇 가지 차량 설계가 들어 있다. 비상 포켓팹은 현지에서 구할 수 있는 자원에 맞춰 같은 부품을 여러 재료로 만드는 변형 설계에 메모리를 주로 할당한다. 반면 포켓보이는 보통 가정용품, 특히 오락용품의 방대한 라이브러리를 담고 있으며, 원료 확보에는 거의 제약이 없다고 전제한다. 일부 사용자, 특히 셈퍼리스트 성향의 사용자는 착용 가능한 컴퓨트로늄 또는 임플란트(DNI 및 나노뼈와 같은)에 더 포괄적인 라이브러리를 다운로드하여 이를 보완한다. 이러한 "가상 포켓보이"에는 표준 포켓 보이가 더 큰 조립기로 성장할 수 있는 방법에 대한 지침도 포함되어 있으며, 일부는 메가스케일 조립기에 관한 세부 정보까지 담고 있지만, 그 단계까지 성장하려면 오랜 시간이 걸린다. 물론 문명화된 지역의 포켓보이는 광범위한 유선 또는 무선 기술을 통해 노운넷에 접속하여 추가 설계와 연산 성능을 확보할 수 있다.

네겐트로픽 하우스 팹

이 나노팹은 네겐트로픽 지역의 표준 팹이다. 나노팹은 보통 1-2 세제곱미터 크기로 집 벽에 내장된다. 생산 속도는 시간당 약 10kg이지만, 특히 큰 물품의 경우 팹이 스스로 성장하여 공정 속도를 높일 수 있다. 나노팹에는 포트가 두 개 있다. 하나는 집 안쪽에, 다른 하나는 바깥쪽에 있어 팹 내부의 "벽장"에 들어가지 않는 가구나 차량 같은 대형 물품도 제작할 수 있다. 원료는 각 커뮤니티 중심부에 있는 중앙 처리소에서 파이프라인을 통해 공급되며, 팹을 가동하기에 충분한 원료가 팹 내에 미리 준비되어 있다. 팹은 이론적으로 무엇이든 만들 수 있지만, 모든 하우스 팹에는 물품이 필요한지 판단하는 내부 AI가 들어 있다. 물품이 불필요하다고 판단되면 생산되지 않는다. 필요성 판단은 쌍방향으로 이루어지므로, 팹 사용자는 근거를 제시해 AI의 판단을 바꿀 수 있다.

네겐트로픽 하우스 팹은 세계마다 다른 이름으로 불린다. 서한(Epistle)에서는 일반적으로 프로바이더(Provider)라고 하고, 산토스와 많은 다른 세계에서는 장소의 정령(Genius Loci)라고 하며, Herabout(바이스타 항성계)에서는 그레이 클로젯(Grey Closet)이라고 부른다.