Το ενδιαφέρον για τη δυνατότητα των μηχανών να «γεννούν» πανομοιότυπες μηχανές πηγάζει από το γεγονός ότι η ικανότητα αναπαραγωγής είναι ένα από τα καθοριστικά χαρακτηριστικά της έμβιας ύλης και η απάντηση σ' αυτό θα βοηθούσε στην απάντηση του μεγαλύτερου ερωτήματος για την προέλευση της ζωής. Τα βιολογικά όντα πραγματοποιούν τη διαδικασία της αναπαραγωγής - αντιγραφής τους με τρόπο τόσο φυσικό και δεδομένο, που αυτή η μεγαλειώδης διαδικασία δεν προκαλεί στους ανθρώπους την εντύπωση που της αξίζει. Αντίθετα, δύσκολα θα βρισκόταν άνθρωπος να μην κοιτάξει με το στόμα ανοιχτό μια μηχανή να «γεννά» τον απόγονό της.

Το πρόβλημα της αυτοαντιγραφής των μηχανών πέρασε από τη σφαίρα της φιλοσοφίας στη σφαίρα της επιστήμης στα τέλη της δεκαετίας του 1940, με το έργο του διακεκριμένου μαθηματικού και φυσικού Τζον φον Νόιμαν. Για τη μελέτη της ο Νόιμαν κατασκεύασε ένα νοητικό εργαλείο που ονομάστηκε: δισδιάστατα κυτταρικά αυτόματα.

Υλοποιημένα σε ηλεκτρονικούς υπολογιστές τα κυτταρικά αυτόματα μπορούν να προσομοιώσουν ένα πλήθος διαφορετικών τύπων αυτοαντιγραφέων. Τα μοντέλα αυτά απελευθερώνουν τους επιστήμονες από τα πρακτικά προβλήματα υλοποίησής τους στον πραγματικό κόσμο και τους δίνουν τη δυνατότητα να πειραματιστούν με τα θεμελιώδη ζητήματα: Πώς ένα ζωντανό ον μπορεί να αυτοαντιγράφεται χωρίς βοήθεια, όταν τα μηχανικά αντικείμενα πρέπει να κατασκευάζονται από ανθρώπους; Πώς σε επίπεδο ενός οργανισμού εμφανίζεται η αντιγραφή σαν αποτέλεσμα των αμέτρητων αλληλεπιδράσεων ανάμεσα σε ιστούς, κύτταρα και μόρια; Πώς η δαρβινική εξέλιξη οδήγησε στη δημιουργία αυτοαναπαραγόμενων οργανισμών;

Οι απαντήσεις που προκύπτουν από τις μελέτες αυτές έχουν οδηγήσει στην ανάπτυξη αυτοεπισκευαζόμενων ολοκληρωμένων κυκλωμάτων πυριτίου και αυτοκαταλυόμενων μορίων. Κι αυτό φαίνεται να είναι μόνο η αρχή. Ερευνητές στον τομέα της νανοτεχνολογίας υποστηρίζουν εδώ και καιρό ότι η αυτοαντιγραφή θα είναι καθοριστικό ορόσημο για την κατασκευή μοριακού επιπέδου μηχανών. Από τη μεριά τους, οι οπαδοί της εξερεύνησης του Διαστήματος οραματίζονται μια μακροσκοπική έκδοση της διαδικασίας αυτοαντιγραφής σαν μεθόδου για την αποίκιση πλανητών χρησιμοποιώντας τα υλικά που βρίσκονται σ' αυτούς.

Πρόσφατες επιστημονικές πρόοδοι έδωσαν αξιοπιστία σε αυτές τις φουτουριστικές ιδέες. Παράλληλα, οι ερευνητές του τομέα αντιμετωπίζουν τη διπλή πρόκληση όχι μόνο να κατασκευάσουν αυτοαντιγραφόμενες μηχανές, αλλά και να αποφύγουν το ενδεχόμενο οι μηχανές αυτές να βγουν εκτός ελέγχου και είτε να εκτοπίσουν την ανθρωπότητα, είτε αυτοαντιγραφόμενες συνεχώς να καταστρέψουν τη ζωή στον πλανήτη. Φυσικά το δεύτερο σκέλος της πρόκλησης αυτής δεν αφορά μόνο τους επιστήμονες...

Οι ιστορίες επιστημονικής φαντασίας εμφανίζουν συχνά την κυβερνητική αυτοαντιγραφή σαν φυσική εξέλιξη της σημερινής τεχνολογίας, αλλά υποβαθμίζουν το θεμελιώδες πρόβλημα που θέτει: την άπειρη αναδρομή. Ενα σύστημα θα πρέπει να χρησιμοποιήσει τα σχέδια με τα οποία φτιάχτηκε το ίδιο για να μπορέσει να κατασκευάσει ένα αντίγραφό του. Η αυτοπεριγραφή θα πρέπει να είναι ενσωματωμένη σ' αυτό. Αλλά τότε, τι περιγράφει την περιγραφή; Η αυτοαντιγραφή στην περίπτωση αυτή θα ήταν σα να ζητούσαμε από έναν αρχιτέκτονα να κάνει ένα ακριβές σχέδιο του γραφείου του, πάνω στο οποίο θα έπρεπε να υπάρχει το σχέδιο του γραφείου, ώστε να εμπεριέχεται και στο αντίγραφο, για να είναι δυνατή μια νέα αντιγραφή, αλλά τότε και στο μικροσκοπικό σχέδιο θα έπρεπε να απεικονίζεται ένα άλλο ακόμα πιο μικρό σχέδιο κ.ο.κ. Αν δεν υπήρχε η εικόνα του σχεδίου μέσα στο σχέδιο, τότε το αντίγραφο που θα έκανε ο αρχιτέκτονας δε θα ήταν απολύτως ακριβές, θα ήταν λευκό στο σημείο εκείνο.

Η διορατικότητα του φον Νόιμαν έδωσε διέξοδο από αυτόν τον φαύλο κύκλο. Συνειδητοποίησε ότι η αυτοπεριγραφή θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί με δύο διαφορετικούς τρόπους: πρώτα σαν οι οδηγίες που η ερμηνεία τους θα οδηγούσε στην κατασκευή ενός αυθεντικού αντιγράφου της συσκευής και μετά σαν δεδομένα που θα έπρεπε να αντιγραφτούν (χωρίς να ερμηνευτούν) και να προσαρτηθούν στο νεοδημιουργημένο αντίγραφο, ώστε να έχει και αυτό τη δυνατότητα να αυτοαντιγράφεται. Με αυτή τη μεθοδολογία η αυτοπεριγραφή δε χρειάζεται να περιέχει μια περιγραφή του εαυτού της. Στο παράδειγμα με τον αρχιτέκτονα, το σχέδιο θα περιλάμβανε τα σχέδια για την κατασκευή ενός φωτοτυπικού. Μόλις κατασκευαζόταν το νέο γραφείο και το φωτοτυπικό, το συνεργείο κατασκευής θα έπρεπε απλώς να βγάλει ένα αντίγραφο των σχεδίων του γραφείου και να το τοποθετήσει πάνω στο νέο γραφείο.

Για να αποδείξει τις ιδέες του, ο Νόιμαν και ο μαθηματικός Στάνισλαβ Ούλαμ σκέφτηκαν την ιδέα των κυτταρικών αυτομάτων. Μια προσομοίωση με κυτταρικά αυτόματα περιλαμβάνει ένα πλέγμα με τετράγωνα ή κύτταρα (σαν σκακιέρα) καθένα από τα οποία είτε είναι άδειο, είτε καταλαμβάνεται από ένα συστατικό. Σε τακτά διαστήματα το κάθε κύτταρο επισκοπεί τον εαυτό του και τους γείτονές του και αποφασίζει αν πρέπει να μεταμορφωθεί σε κάποιο άλλο συστατικό. Για να καταλήξει στην απόφασή του, το κύτταρο ακολουθεί κάποιους απλούς κανόνες, που είναι ίδιοι για όλα τα κύτταρα του πλέγματος. Αυτοί οι κανόνες αποτελούν τους βασικούς φυσικούς νόμους του κόσμου αυτού κυτταρικών αυτομάτων. Ολες οι αποφάσεις παίρνονται τοπικά, τα κύτταρα δεν ξέρουν τι συμβαίνει πέρα από την άμεση γειτονιά τους.

Αυτοί οι φαινομενικά απλοϊκοί κόσμοι οδηγούν μετά από μερικές «γενιές» κυττάρων σε σύνθετες συμπεριφορές και σχέδια. Μάλιστα, είναι αποδεδειγμένα αδύνατο να προβλέψει κανείς ορισμένα χαρακτηριστικά αυτών των συμπεριφορών και σχεδίων και μόνος τρόπος είναι να «τρέξει» το σύστημα στον υπολογιστή παρατηρώντας τι προκύπτει. Ενα διάσημο παράδειγμα κυτταρικών αυτόματων είναι το «παιχνίδι της ζωής» («game of Life») του Τζον Κόνγουεϊ. Μέσα στα κυτταρικά αυτόματα η αυτοαντιγραφή εμφανίζεται όταν μια ομάδα συστατικών - μια «μηχανή» - ακολουθεί μετασχηματισμούς που οδηγούν τελικά στη δημιουργία ενός αντιγράφου της στο γειτονικό σε αυτήν χώρο.

Πριν από δεκαεφτά χρόνια οι επιστήμονες χρησιμοποιώντας πολλή επινοητικότητα και τη μέθοδο δοκιμής και σφάλματος κατασκεύασαν τα πρώτα αυτοαντιγραφόμενα κυτταρικά αυτόματα από μικρό αριθμό συστατικών και κυττάρων (7 συστατικά και 86 κύτταρα). Μια δεκαετία μετά άλλοι ερευνητές δοκίμασαν τι θα έβγαινε αν γέμιζαν το πλέγμα των κυτταρικών αυτόματων με μια «πρωτόγονη σούπα» τυχαία επιλεγμένων συστατικών που αλληλεπιδρούσαν με διάφορους απλούς τρόπους και άφηναν το σύστημα να εξελιχτεί. Το 1997 διαπίστωσαν ότι αν η αρχική πυκνότητα των ελεύθερων συστατικών ήταν πάνω από ένα όριο, τότε με επαναλήψιμο τρόπο εμφανίζονταν αυτοαντιγραφόμενοι δακτύλιοι.

Αν και οι δακτύλιοι αυτοί αντιμετωπίζονται σαν αφηρημένες μηχανές και όχι σαν ομοιώματα κάποιου βιολογικού στοιχείου είναι γεγονός ότι μοιάζουν με τους δακτυλίους DNA που συναντώνται στα βακτήρια. Σε ακόμα πιο πρόσφατα πειράματα, που χρησιμοποίησαν σταθερό αριθμό συστατικών και διάφορους κανόνες αλληλεπίδρασης μεταξύ τους, που εξελίχτηκαν με τον αλγόριθμο του γενετικού προγραμματισμού, διαπιστώθηκε η εμφάνιση ενός άλλου τύπου αυτοαντιγραφόμενων «μηχανών». Αυτές σε αντίθεση με τους κατά βάση στατικούς δακτυλίους, κινούνται συνεχώς και στο πέρασμά τους αφήνουν αντίγραφα του εαυτού τους. Επιπλέον, αυτού του είδους οι αυτοαντιγραφείς δε φαίνεται να έχουν κάποιου είδους «γενετικό κώδικα», μια προσδιορίσιμη περιγραφή. Η ικανότητα αυτοαντιγραφής χωρίς μια αυτοπεριγραφή ίσως είναι σχετική με τα ερωτήματα του πώς προέκυψαν οι πρώτοι βιολογικοί αντιγραφείς. Υπό μία έννοια, οι ερευνητές διαπίστωσαν τη συνέχεια ανάμεσα στις μη ζωντανές και τις ζωντανές δομές.