How tomake almost anything译文.docx
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Howtomakealmostanything译文
HowtoMakeAlmostAnything
TheDigitalFabricationRevolution
NeilGershenfeld
Volume91•Number6
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HOWTOMAKEALMOSTANYTHING
这是一场数字造物革命
新的数字造物革命正在席卷而来。
像以前一样，同样是在屏幕上写东西，只是这次是为了操控实际世界，而不是虚拟世界。
通过数字造物，个人能够随时随地的设计并生产出实用的物品来。
同时这种技术的传播也会对传统的商业，国际援助和教育带来巨大挑战。
追溯到1952年，一群MIT的科学家将一台早期的电脑安装在一台钻床上，制造出了世界上的第一台数控机床。
通过计算机编程取代了机械师手动操控工件，科学家们可以制造出形状更加复杂的飞机零部件。
从成功的用数字控制数字钻床起，几乎所有种类的工业生产机床都嵌入了计算机数控平台，制造出了一大批新型设备，包括用高速带磨粒的喷射水流可以切断坚硬的材料的水刀，激光可以快速的雕刻出漂亮的形状的激光雕刻机，通电的细长导线可以进行很长很细的切割的线切割机。
今天，数字控制化的机床几乎触及到了所有的商业化生产领域，无论直接或间接。
但是所有基于第一代数控发展而来的现代机床都显示出了一种通病：
他们可以切割，但是无法处理工件的内部结构。
什么意思呢？
举个例子，安装轮子的车轴必须跟轴承分离制造。
在1980年，市场上出现了一种数字控制的有别于传统减材制造的新型制造方式（增材制造）。
正是由于3-D打印的出现，使得同一个机器的车轴和轴承能够同时生产。
大范围的3D打印已经得到应用，如热熔挤压塑料，紫外光固化，粉末粘合，切割和层压和粉末激光烧结。
商业上已经利用3D打印在产品大规模生产前进行快速成型制作模具。
大公司利用这项技术来制造一些形状复杂的物体，例如珠宝，医学植入材料。
研究人员甚至使用3D打印在细胞外建立活体器官。
WiredtoTheEconomist杂志，头版头条曾发布过这样一篇文章“增材制造已经在大范围内被认为是一场革命。
”但是这场革命让人有一些疑惑，因为有关他的新闻报道基本上都是有旁人所发布，而不是它的开创者。
在一间装备齐全的工作室，3D打印大概只用来完成一小部分工作，剩下都由其他机器配合完成。
一个原因是3D打印实在是太慢了。
它要花费好几个小时甚至几天才能制作出一件东西，但其他的数控机器可以更快的制作出精度更高体积更大，更轻或者结构更强的工件。
如今对3D打印大加褒扬的各种文章如同上世纪50年代宣告微波炉将会是厨房的未来的文章一样。
虽然微波炉很方便，但是它并没有取代传统的炊事方式。
这并不是一场与传统减材制造相对抗的革命。
更多的是倾向于数字到实物或者实物到数字。
在一些方面，这有点类似于计算机的发展历史。
1950年，计算机行业迈出一大步，进入是大型机时代。
但是只有大公司，政府和高端研究机构买的起。
1960年，DigitalEquipmentCorporationsPDPfamily公司基于MIT新一代晶体管计算机研究出了miniPC。
这将计算机的价格由几十万美元降低到几万美元。
对于个人来说，这依然很贵。
但是对于普通的研究机构，大学或者小公司来说，这价格确实是可以接受的。
人们用电脑编写出几乎可以干任何事情的程序应用。
比如我们现在用的应用发邮件，写文章，玩游戏，或者听音乐。
继miniPC大受欢迎之后的另一个爆款，一款MIT的Altair8800，在1979年，1000美元整机装配销售或者400美元组件销售。
虽然他的功能很基础，但他改变了最早使用计算机人的生活—-人们可以拥有个人电脑了。
1981年，IBM接着推出一款紧凑，简单好用但又足够便宜的个人电脑，自此电脑走进了平常人的生活。
就像早期的大型机，只有大型机构能够支付起最新版本的电脑。
以及昂贵的数字机床设备。
1980年，由3D-System,Stratasys等公司推出了第一代快速成型的原型机系统。
将以前数十万美元的数控生产系统降到了数万美元。
这是研究机构是一个莫大福音。
现在RepRap，TheMakerBot等公司推出的下一代数字生产机器只卖几千美元或者花几百美元买配件自己组装。
这一次，数字机床设备不像以前只卖给你一个科技黑箱，而且你可以免费获取到黑箱里面的东西。
这样拥有这些设备的人不仅可以使用他们，而且可以根据自己的需求改进他们，或者利用相同的技术再制造一个出来。
相比已经日趋完善的个人电脑，综合型的个人造物机器还没出现，但是也快了！
个人造物，作为科幻小说的主要题材，已经被用了有些年头了。
当星际迷航（ThenextGeneration）飞船船员遇到了情节发展需要的特殊挑战后，他们就用飞船上的复制机复制出需要的东西来解决挑战。
而很多科学家就正在实验室里努力实现这件事情。
他们正在研究如何将单个原子或分子移动到需要的位置来真正的制造出他们想要的东西，结构。
和现在的3D打印不同，这种方式能够一次成型具有完全功能的物品。
根本不需要组装这个环节，这样的目的是为了能够使刚刚打印好的无人机能够直接从打印平台上起飞，而不仅仅只制造无人机的一个部件。
当然，这个目标现在看起来还有点远。
但我们应该也不用等太久。
毕竟我们现在所使用的电脑的大部分功能在miniPC时代都已经被发明。
这可距离个人电脑的流行有一段时间。
同样的，虽然今天的数字造物机器还在初级阶段，但是这已经能够在任何地方几乎造出任何东西，未来的事情更将是未知的，但这一切必将会改变我们的未来。
我第一次欣赏个人编码与个人造物是当我在MIT的CenterForBitsAndAtoms教“HowtomakeAlmostanything”时。
那时，我还是CenterForBitsAndAtoms的主任。
CBA（CenterForBitsAndAtoms）是2001年由国家基础科学基金出资建造。
旨在研究计算机科学与物理科学之间的关系。
这里的设备非常先进，大到一栋建筑小到一个原子的尺寸都可以测量。
我们设计这门课的目的是在于教一小群拥有狂热造物欲望的人使用CBA里面的工具。
最后，课堂上的每个同学都综合自己所学习到的知识制作出了自己的‘期末作品’。
一个同学做的是一个不倒翁闹钟，他的主人必须把它摔倒以显示自己醒来了让闹钟停止叫响。
另一个学生做了一件连衣裙，这可不是一般的连衣裙，他上面带有多种传感器以及一个自动化刺片，能够保证穿着者的私人空间不受侵害，这些学生回答了一个我之前没有回答的问题:
“数字造物有什么好处？
”正如上展示，这些“杀手”级别的数字造物产品就像编程一样是个性化的，能够将市场生产个性化。
受到第一次成功的鼓舞，在国家基础科学基金的支撑下，CBA开始了一个更大的项目，不仅仅局限于介绍工具的工作。
我开始对卖“套件”有点兴趣。
我们组了一个价值50000$的工具包，包含激光雕刻机，3D打印机，小型数铣机床以及价值20000$的材料包，包括模具材料，铸造材料及电子元件。
所有的工具都可链接到一个客户端软件，这就成了一个“fablab”（造物空间），这或许就是传说中的创客空间。
而且这些花费算下来和一个miniPC价格相当（Sam大叔的电脑是有多贵）。
我们还惊奇的发现它俩之间具有着类似的功用，寻找新一代造物狂人（喜欢造物的人自然会主动去寻找这类机器）。
2013年11月开始，和我一个学校的SherryLassiter带领CBA在波士顿中心城区的南方科技园（SouthEndTechnologyCenter）SETC建立了第一个fablab（造物空间）。
SETC是由Melking运营，他可是一位大牛，他是将高新科技向城市宣传的积极分子，包括各种手段，有视频，网络，电视节目。
在他看来数字造物理所应当是下一代的生产方式。
当提到MIT和SETC的时候，他表示，两个地方都有非常强大的活力。
一群女生，用造物空间工具，做一些手工艺品，然后去高新街角卖，兼具了生活体验，又学习到了技术，还赚到了钱。
造物空间周围一些接受自主教育的孩子已经熟练于使用空间的一些设备，已经走上科技事业的道路。
SETC本来就是一个超出计划的计划。
但由于SETC周围Ghanaian社区广大人们的关心和关注，以及国家基础科学基金的支持，还有当地团队的帮助，第二家造物空间在Ghana’s海边，SekondiaTakoradi的一个市区建立。
从那以后，造物空间开始从北美到挪威，从城市到乡村，到处遍布。
在过去几年时间里？
空间数量是每18个月翻一番（摩尔定律）。
如今，已经有超过100家造物空间在运营。
同时，还有更多的正在筹建中。
这些空间所形成的创客风潮给高科技的DIY带来巨大市场。
同时，让人们都有机会去接触现代生产方式并造物。
当地的需求使得造物空间得到推广，虽然有很多的空间建立模板，但他们都有一个共同的核心—capabilities（开放）。
这使得项目能够无障碍的被分享，人们能够自由地来去空间。
同时。
提供线上分享也成为了很多空间的目标。
波士顿造物空间建立一个制作无线电收发设备的项目，这个项目在挪威的造物空间被优化，在南非测试，在阿富汗使用，现在在肯尼亚本土的一个商业公司生产。
这其中，这其中没有哪一个单独的组织，拥有所有的核心技术。
但是通过本地化的文件分享以及组件生产，他们能够在一起工作，分享成果。
信息的全球化，以及随之而来的生产本地化暗示着未来工业革命的发展方向。
工业革命可以追溯到1761年，在英国的曼彻斯特，布里奇沃特大运河开通时，布里奇沃特的公爵被任命将沃斯里煤卖到曼彻斯特。
然后，再将用煤生产出来的产品运往全世界，这是世界上第一条人工运河（说到这儿就不乐意了，把我们国家的京杭大运河放到哪里去了）正是由于新运河的开通，曼彻斯特得以繁荣。
在1783年，这个城市有了第一座纺织厂，到了1853年，拥有了108家。
繁荣过后，便是衰落破产。
为什么呢，是因为运输方式的改变。
这个运河的航运功能被铁路所取代，随后又是卡车，最后是集装箱货轮。
如今，工业生产的竞争就是生产成本的竞争。
制造商不断地将工厂迁移到最低生产成本的地方，以供应全球的需求，同时获取利益。
现在，曼彻斯特拥有了一个参与新工业革命的具有创新性的造物空间。
一个点子通过电子没有任何消耗的传送到世界上任何有需要的地方，这不同于大型机床，是一种人人都可以参与到造物过程中的一种方式。
为什么一个人想拥有一台个人造物机器？
个人造物机器从来都只被当作玩具来看。
因为大工业生产制作出的产品成本总是会低于个人制作出的产品成本。
嗯，这个可以拿个人电脑来对标。
KenOlsenminiPC创始人兼ceo曾在1977年说过这样一句很有名的话：
“根本没有理由让每个人在家都拥有一台电脑”。
而如今他的公司也早已破产。
你现在就很有可能拥有一台电脑。
他不是用来计算仓库存货，也不是用来计算工资清单。
他是为了用来做一些自己的事情。
听音乐，聊天，购物等等。
同样的，个人造物的目的不是为了做一些你能够在商场里买到的东西，而是去实现自己的独特的想法。
想一想在宜家购物，他们利用大数据预测全世界各地对家具的需求，然后加工生产，在运送到最需要的宜家卖场去卖。
也就几千美元，个人就能够拥有一套制作媲美宜家家居的工具套装。
如果用这一套价格相当于几件家具的价格的工具，那么这些花费肯定会得到回报，甚至会更多。
每一个被生产的家具都能够按照客户的个性化需求来定制。
而不用再掏钱雇人在遥远的大工厂去制作。
这样，本地化制作家具的方式将会流行起来。
这最后激起了Barcelona首席工程师VicenteGuallartBarcelona在这个西班牙失业率超过50%的城市建立起城市造物空间的想法。
现在的这一代人对找工作和外出打工的前景都不看好。
在Guallart带领下，城市的人们渐渐的不需要远离城市去购买商品。
作为城市的基础设施，他们在城市中每一个区都建立了造物空间。
这样做另一目的便是使这座城市能够连接到全世界的智慧，同时又可以利用这些智慧自给自足。
当然使得数字造物触手可及并不是他们的最终目的，而是为了能够使Barcelona’s与时俱进。
BITSANDATOMS
总的来说数字造物被认为是起源于1952年MIT的一个新发明---利用电脑控制机床等生产设备来进行生产的造物方式。
但是“数字造物”中的”数字“部分更多的是倾向于控制机器的电脑，倒是使用的材料往往都是很普通的。
目前”数字造物”的一个更深层次的意思便是材料的智能化，数字化。
一大批实验室目前正在研究这种可以用来未来造物的材料。
当然，这个区别不仅仅是语义上的差别，以前的老式电话，通话质量会随着通话距离的增长而降低，因为他们传输的是模拟信号，在这种信号系统中任何的电磁噪音造成的误差累积，从而造成了通话质量的降低。
随后，在1937年，MIT的一位数学家提出了史上可能最牛逼的理论，他证明了闭合的开关，可以通过开关这两种状态完成几乎所有的逻辑运算。
1938年，在贝尔实验室，他将这个理论应用到电话的发明上。
她演示了，将电话语音信息转化为0和1的数字代码能够将信息可靠地在充满噪音和有缺陷的系统中传输。
这项技术的关键之处在于它的容错性，如果一个原本是1的数字，变为了0.9或者1.1，这个系统因而能够很轻松地将它从0里面区分出来。
在MIT，Shannon’s的研究总是因为老式大型机的出错而十分苦恼。
这些大型计算机使用转轮和老式磁盘，随着使用时间的增长，出错率也就越高。
研究人员包括JohnVonNeumann，JackConvvan和SamnelWinograd表示数字处理同样可以应用于计算机。
而且，利用0和1进行运算的计算机更加可靠。
正因为如此，使得在以前能够称得上是超级计算机的设备如今能够放在人们口袋的智能机上。
同样的想法现在被应用到材料上。
为了方便的理解这个过程的区别，我拿小孩玩的乐高积木和3D打印来做一个对比。
首先，乐高积木之间的连接是通过缺口咬合在一起，这种组装的精度要比小孩平时玩耍的电动赛车的精度要高很多。
3D打印机工作过程中，只要有一处出现错误那么后面的工作全都是基于这错误之上进行，所以是一个错误不断累积的过程。
（任何刚刚组装好的3D打印机都需要耗费更多的时间来调试喷头与底板之间的间距）。
第二，乐高零件自身都有啮合结构，所以便可以通过需要来对制作的结构进行放大，缩小。
3D打印机固有的系统尺寸就会限制就会约束喷头的工作范围，从而注定3D打印机不能打印随意的尺寸。
第三，乐高零件何以使用各种类型的材料制造。
然而，3D打印对材料的使用却又严格的要求。
因为喷头只能对仅有的几种材料进行处理。
第四，组装好的乐高玩具当不用时，还可以进行拆分重新进行拼装，但是3D打印好的东西不需要时只能扔掉。
这些或许算是数字系统（乐高玩具）与模拟系统（3D打印）之间的最明显的差别吧。
材料的数字化并不是一件新奇的事情，大概可以追溯到400万年前。
细胞革命时代，核糖体蛋白质制造蛋白质。
人类都是由分子组成的生物机器。
眼睛获取信息，随后驱动肌肉去做相应的动作。
核糖体制作出人体必需的22种组成蛋白质氨基酸。
犹如乐高的积木零件一样，这些氨基酸组装成为蛋白质的信息存储在DNA中，然后DNA将这些编码信息传送给另一种核糖体，信使RNA。
在编码的控制下，不仅仅是复制这些蛋白质，而且会产生出全新的蛋白质。
包括我的在内的大多数造物空间，正在发展一项新的造物技术，3D装配。
这种方式可以像核糖体组装蛋白质一样来进行数字造物。
这种3D装配机既可以在一个独立的部件上添加部件又可以从其上去除某些部分。
我们研发的其中之一的装配机，就可以装配比氨基酸稍大一点的原子团簇，大约10nm（氨基酸大约1nm）。
这个尺寸的原子团簇可以拥有一些氨基酸无法拥有的性能。
如导电性，磁性。
终极目的是为了能够使用纳米装配机制作出具有纳米结构的物品。
例如，3维空间电路。
另一种在研的装配机能够装配微米到毫米级别尺寸的物体。
我们仍打算将他用作制造3维空间电路。
还有厘米级别的装配机也目前在研。
届时，我们可以制作出更大的结构，例如航空器部件，甚至整个航空器。
这样制造出来的飞机将更轻，更结实，也会更加好用。
想象一下，一个超大的喷气式飞机在天空中拍打翅膀飞行的场景是该多么的酷炫。
3D打印机和3维装配技术一个重要的不同是3维装配能够在一次生产过程中生产出一个完整的功能体系。
他能够整合配件，移动机械结构，传感器，执行机构以及电子元件。
更重要的是他不产生垃圾。
在新式概念中，垃圾只不过是在当前制造过程中没有足够的使用信息。
所有的产品都不必在成为废品前扔掉，只需要将其分解，再制造就行。
就像森林中的生态环境一样，所有在森林中的东西都可以循环再利用。
最有趣的事情是3维装配装机可以生产自己。
现在，对它们的要求也不仅仅像是以前工业生产中用相同的材料进行模具快速成型，终极的目标是能够组装生产自身的零部件，这个举动是十分有现实意义的。
去建立一个造物空间，目前最大的挑战不是去盈利，不是去教人们如何使用工具，也不是说是花费太高。
而是受阻于官僚主义，腐败主义的影响。
同时，设备，工具的供应链不能够符合要求的将生产的机器运送到世界各地。
如果拥有3维装配机，那么数字材料的运输将会简单的多，只需将代码邮件出去，那么接受端的3维装配机便可生产出这些东西来。
当然，3维装配机，自我复制的生产效率同样依赖于他们的规模。
拿核糖体举例子，核糖体的生产效率很低，一秒钟才能生产几个氨基酸，但是在人体中数几亿的细胞中都大量含有他们，当有需要时，便可共同工作以满足人体之需。
同样的，要满足星际迷航里的制造速度，那么3维装配机得支持并行工作。
GRAYGOO（灰色地带）
这些创客技术有危险么？
1986年，MIT一位工程师EricDrexler,她当时的研究方向是分子纳米技术。
他写过一篇名为GRAYGOO的文章，里面提到这样一个世界末日的情节。
一种能够自我复制的物体失控。
它不断地消耗全世界各处的资源到处复制。
最终导致了世界的毁灭。
2000年，计算机行业先驱者，在《连线》上提到极端分子制造能够进行自我复制的智能武器进行大规模破坏。
他指出，某些技术，科学家不应该去研究。
2003年，英国皇室查尔斯王子有些担忧的告诉皇家学会，英国一些杰出的科学家在冒险研究纳米技术以及自我复制系统。
虽然受到警告，但是Drexler文章中的描述情节在目前研究的自我组装机上认为是不可能的，因为要进行大规模的复制需要强大的能源供应以及非自然物质的供应。
虽然生物学战争受到严重的关切。
但是它现在不是新东西了。
目前，激烈的竞争促使着人们在生物学方面发现新大陆。
一个更直接的威胁是数字造物工具可以被用来制造单兵手持武器。
或许会被用于恐怖活动。
一名业余的枪械修理工已经使用3D打印制造出了较低射击精度的来复枪AR-15。
这极大的增大了枪弹管控部门的压力。
一名德国黑客利用3D打印造出了受严格管控的警用手铐钥匙。
我的两名学生，WillLandford和MattKeeter制作出了一把万能的钥匙，能够轻易地打开经美国运输安全局认证过的挂锁。
他们利用造物空间的CT机对挂锁进行X光扫描。
然后建立它的三维模型，分析内部的锁芯结构，然后可以利用多种方式将钥匙制造出来，数铣，3D打印，锻模，铸造等等。
这一系列的轶事奇闻引发了人们对3D打印技术进行限制的讨论。
当我在给人工智能分析师和军队领导人作有关数字造物简报时，其中有些人坚定地认为这些技术应该受到管控，有些甚至直接建议说，就应该像对激光彩色打印机一样，起草对数字造物机器管控的法案。
因为当彩印机刚出现的时候，它被用来制造假币。
虽然假币很容易被辨别，但是在1990年美国SecretService仍推出法案要求彩印机制造商改进打印机。
使其在打印时能够打印出肉眼不可见的黄色水印。
包含打印时间，打印序列号，以及资料发送设备的信息。
在2005年，ElectronicFrontierFoundation为捍卫数字权利，破译并公布了打印机中这个系统。
这引发民众对设备制造商侵犯个人隐私的大规模抗议。
人们对这种持续性不被公众知晓和审查的监督行为感到愤慨。
无论是不是有理，同样的方法在3D打印机上都不会适用。
只有那么几家制造商能够制造彩印机所用的激光器，所以只要他们之间达成协议。
便能改变整个行业的规则。
但这招似乎在3D打印机这方面并不奏效。
不像电脑芯片，步进电机这些普通制造商造不出来的东西。
3D打印机所用的可以说是日用百货，制造它所用的零部件在日常生活中会经常见到。
所以，没有一个统一管控的机构，或者说，无法进行有效的控制。
确实有一些部件是3D打印机独有的，比如送丝机，喷头。
但是这些并不难造。
所以3D打印机并不能像彩印机一样被几家大公司所控制。
即使3D打印收到管控，想杀人的人依然可以在这个发达的市场经济条件下得到自己想要的东西，已足够便宜的价格在全世界各地都可以购买到武器（我觉得在这里得说明下，这是美国人在美国环境下写的，所以不要误导了你，在我们国家这个依然是不可能的）CBA在一个冲突地区建造一所造物空间的经验表明这只是给他们的斗争多了一个选择。
虽然在精英群体中不认为技术是一个威胁。
但是，它为他们挑战权威提供了可能。
例如在阿富汗，贾拉拉巴德省的造物空间给当地建造了一个社区无线网。
现在他们在这个基础之上去建造一个能够连接世界的没有任何限制的互联网（没有防火墙的互联网），去了解这整个世界。
最后一个便是有关数字资产保护的问题了，如果一个产品仅仅是通过创意去传递，根据需求而生产。
那么，谁能保证产品的创意不会被窃取，复制。
这曾是音乐和软件行业面临的一个重大困境，他们当时的做法是通过技术手段来防止抄袭，但是最后失败了。
总有那些想作弊想不花钱的人通过技术手段绕过安全机制。
同时这一行为又刺激着广大想使用免费软件的人们。
最后，这些事情便催生出了APP的商店，使得软件和音乐变得更加便捷合法的被获取到。
数字造物的创意也可以通过同样的方法进行交易。
这样也能够使善于发明的小众们的利益得到保障。
专利保护只能适用于有使用门槛的技术，而且即使侵犯事实成立，那也只适用于那些进行大批量生产的制造商，而不是造物空间里那些使用工具自己制造的人，要不然就是你想与整个世界作对。
相反与限制人们去接触，那些流行的软件的，广为人知的软件通常是免费供给人们使用的（比如360），同时为了弥补软件的不足，有些厂商甚至开放了软件源代码，是的用户也能够参与到软件的改进当中。
同样，数字造物工具的传播也算是对开源的一种回应吧。
PLANING INNOVATION（开始发明）
社区不应该排斥和忽视数字造物，一个良好的做事方式能够帮助建立一个的社区。
举个例子，在Detroit有一个造物空间由企业家BlairErans扶持建立，为那些为社会做有风险性工作的年轻人提供支持。
使他们有能力去制造发明自己的想法。
同样，通过造物空间实现其他好处也是可以得。
这有这么几种方式。
一种是自上而下。
005年，南非启动国家造物联网计划，在落实国家高新科技生产的战略，同时鼓励全民创新。
在美国议员BillFoster提议在2010年对造物空间联网方面的工作进行立法。
以此来建立一个全国性的实验室和造物空间的连接网络。
现有的国家实验室有很多先进的昂贵的仪器设备。
但对社区没有太大的直接影响，而Bill的这项提议，便可将实验室带入社区。
另一种便是自
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