2016年7月專題: 3D立體打印


立體(3D)打印早在1980年代就已經開發,目前其技術發展正掀起全球產業界革命,商業生態將呈現出無法想像的全新局面——這個時代的科技發展,正在以超越我們有限認知的速度行進,但科技進步能保證我們的生活更快樂幸福嗎?

專題策劃及撰稿: 胡德明、馮兆雄、方思潔、馬日恆、區雯慧、陸思齊、陸志光、張春曉、林珊一、蕭樹偉

專題: (社論) 人工智能無法取代的
專題: 能印出房子的打印機!
專題: 立體打印用途廣泛
專題: 創造者的打印法
專題: 前途無量隱患亦多


專題: (社論) 人工智能無法取代的

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最近,在資料搜索中發現一篇研究未來的文章,頗為有趣。文中談及:由於科技進步,未來部分職業將被「人工智能(Artificial Intelligence)」的角色替代;短期內,如巴士司機、火車司機、繪圖員、大廈管理員、文字處理員等等;到了本世紀中,機械人科技進一步改善,甚至可以替代護士、侍應、保安員、消防員、軍人、外科醫生……文中並沒有提及老師、牧師、律師、政客及電台節目主持人,我不禁大舒了一口氣!

人工智能不能取代情感,這是鐵一般的事實。很多科幻電影的情節,提及機械人的感情事宜時,往往就是故事的高潮。今年3月,全球的熱點是被譽為「人機世紀之戰」的圍棋大賽:Google旗下人工智能公司的「AlphaGo」,與南韓九段棋手、十八度榮獲世界棋王銜頭的李世石對戰。首場,李世石在3小時30分左右投降;「人機對弈」五局,李世石以總比分1:4負於AlphaGo。全球幾十萬人在線觀看了直播。李世石接受記者訪問時,有喜、有愁、有悔、有恨、有尷尬,AlphaGo也有這些感受嗎?

也有人預測,將來心理輔導員都可以由電腦智能代替,但人人皆知,輔導員必須能感受到被輔導者的喜怒哀樂。當你發現電子輔導員的悲喜,原來是早被編寫出來的程式,會有何感覺?「愛」,是人工智能絕不可能取代的!

專家的預測或許真有一天夢想成真,就像立體打印技術,正在深入我們的生活,但能打印出來的物品,也只局限於看得見、摸得著的物質,而許多東西卻是看不見也摸不著的,但人人都不能否定其存在,比如人與人之間的愛、親情、靈魂等,這些東西不可以複製,也幸好不能被複製!讓我們從本質上去追尋它們的最原始根源。

中國央視著名主持人白岩松,在他的著作《幸福了嗎》裡,引用過這樣的一段話:「人這一輩子要解決三個順序,這三個順序不能錯的。先要解決人和物之間的關係,解決人和人之間的關係,最後一定要解決人和內心之間的關係。」他解釋說:「人生是一條單行線,終點是不可逆轉的,你已經隱約地看到終點會出現一些問題,這個時候你思考人生究竟是怎麼回事,我究竟做的是不是有意義。財富積累的太多,如果無從消化的話,我積累的意義又在哪裡?出現的困惑太多,人必須要解決自己與內心之間的挑戰……」

的的確確,看得見摸得著的東西,比如科技成果和物質享受,最最容易吸引和陶醉人,但卻永遠不可能真真正正地安慰內心無止境的追求與惶恐,因為只有不可複製的,才是最難得也最需要的慰藉!

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專題: 能印出房子的打印機!

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專題--能印出房子的打印機!能否「打印」出一個可以煮食的廚房或可住人的房子呢?這聽起來像是天方夜譚,但3D打印機做得到——中國的「卓達」公司,就打印出了一座真的防水防火房,裡面客廳、廚房和廁所一應俱全,隨時待用!

◎平面打印

我們對平面(2D)打印都很熟悉,用噴墨或鐳射打印方式,在紙上組印文字或圖畫;我們幾乎每天都用它打印工作報告、文件,孩子的功課、資料,或者照片。這也是現時我們所理解的「打印」:將文字或圖片複製到紙上,目的是將資訊存放到可供大量流傳的媒體上,打破距離和時空之限。在電台、電視,甚至互聯網誕生之前,資訊皆以文字紙張流傳。各種典籍,都以某種形式的印刷品得以流傳。

◎立體打印

新科技把打印和製造結合起來,誕生出立體(3D)打印:用特殊的打印機,印出立體物件,即使是非常複雜的物件,也可在短時間內被打印出來。

有趣的是,立體打印機所使用的「墨」是「特殊的墨」:可以是塑膠、砂粒或金屬物料。打印機有數個噴墨嘴,在印的過程中從不同角度噴「墨」,每個噴墨嘴也可按情況而獨立調較噴出的「墨」量。打印時從底層開始,一層接一層地往上印,直至印出立體物件來,因此立體打印也被稱為「積層製造」。

或許「積層製造」是更形象的名字,因為「打印」過程其實跟製造更有關,但立體打印比我們所了解的「製造」包含更深廣的意義。

◎未來前景

電腦、電子、鐳射及物料科學的急劇發展,把人類從平面打印帶進立體打印的世紀。雖然立體打印目前還無法取代工業上的傳統製造法,批量立體打印汽車零件的成本依然過高,需時也太長;哈佛大學的研究人員估計,打印出臨床認可的人體器官,相信還要10-20年以上,但畢竟立體打印已在改變各物品研發及製造的過程。

科技一日千里,互聯網已不再局限於人與人的溝通網絡,而變為人跟物件,甚至物件與物件之間的通訊媒介——「物聯網」。立體打印也必將隨著技術的不斷改進,使成本變得更便宜,應用範圍更廣泛,而進一步模糊文字印刷、物件,甚至人類器官製造的分界,為人類社會開闢無數的新產品和新服務。

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專題: 立體打印用途廣泛

專題--立體打印用途廣泛2

打印腎臟

打印腎臟

立體打印已成市場最熱門話題,將對人類生活形成深刻影響:過去依賴傳統方法製造的物品,只要通過一台立體打印機,就能輕易地製造模型;從最普通的生活消費品,如餐具、鑰匙、工藝品等,到工業用途產品,如汽車零件、醫療機械、寶石模型、建築模型等,能打印的產品不勝枚舉、應有盡有!

◎衣物

造鞋公司J&S Enterprises推出立體針織鞋,以輕身、環保、完全無縫、合腳為賣點(有些人左右腳呎吋不一)。款式方面,消費者更可選擇左右不同顏色。JS鞋採用CAD軟件設計立體圖,然後使用立體針織技術,價格約$80-100一雙。

◎家俱

法國和比利時的IKEA(宜家傢俬),使用立體打印機維修舊家具,翻新後再次出售。顧客將舊家具帶回IKEA,就能換取家具券購買新家俱。IKEA表示,未來幾年將陸續推出立體打印的零部件,讓丟失或破損的家具更易修復,從而增加耐用度,減少浪費、有助環保。

◎攝影

香港的立體照相館,利用立體打印技術和從日本引入的「三維照相打印技術(3DPhoto)」應用模式,掃描實體立體圖像數據,再打印出實體模型。立體照相打印過程,與平常在照相館拍攝大同小異,只是拍攝出來的不再是平平凡凡的照片,而是與實物或真人酷似的立體模型。

◎樂器

2013年已經出現利用立體打印吉他的Americana,現在幾乎整個樂隊的樂器都能立體打印出來,不過大部分樂器還只是立體打印外殼,以裝飾為主,發音配件則用傳統的居多。

新西蘭克蘭梅西大學機電一體化設計工程師兼教授奧拉夫,就用SLS立體打印機,以尼龍材料將整支薩克斯風(Saxophone)的41個部件打印並組裝出來(除了彈簧和螺絲),立體打印的薩克斯重量僅為575克,是正常薩克斯風重量的四分之一。

◎醫學

這項新科技也應用於醫療上,成果令人振奮:運用合適的生物學物料,可以迅速地立體打印出為用戶量身訂造的牙齒、整形外科手術導標或助聽器等。若病人的情況改變,也可把新資料輸入打印機,立刻再造合用的物料。

最令人驚訝的,是已可打印出人體組織,甚至整個器官。2011年,哈佛大學的外科醫生Anthony Atala,在2011年的TED年度大會上表示,立體打印是再生醫學的新趨勢,並即場示範如何「印」出一枚「腎臟」;2014年,悉尼及哈佛大學的研究員攜手達成另一項突破——打印出器官移植不可或缺的毛細血管。立體生物打印的概念源自於器官培養,主要是為解決器官捐贈不足的問題。立體生物打印機,使用病人自己的幹細胞,或是從病人身上取得後再培養的細胞,作為「生物墨水」。打印前,先用電腦斷層掃描真器官,之後轉換為立體模板,輸入電腦,再驅動「打印機」,將「墨水」噴在一張張可被生物分解的材料上;再利用水膠或黏著劑使細胞附著在特定位置,並將許多張平面材料堆疊起來;待這些平面材料分解後,所留下的細胞就能形成具有立體結構的器官。

除了人體器官,骨頭也是立體打印的範圍之一。美國一名病人,植入立體打印的頭骨。打印出來的頭骨,基本原料為聚醚,上面留有的小洞用以刺激新細胞和骨骼生長。另一名美國17歲少年,在一次交通意外中面容受損,外科整形醫生利用立體打印,為其重塑損壞了的面孔;在接受了四次手術後,雖然疤痕隱約可見,但基本上復原了舊時的面貌。

◎航天航空

美國國家航空航天局的下一代探測車,將採用立體打印零件,以支援人類對未知領域如小行星和火星等的探索。航天工程師利用高性能熱塑塑膠,立體印製夾具、固定裝置、檢測計和最終用途飛行器部件。第一款立體打印的全比例渦輪推進飛行器引擎模型,已構造成功。

立體打印,也被應用於汽車及航空工業。勞斯萊斯就將立體打印的引擎,放在飛機上測試。每次打印時,打印機會將所需含量的材料熔化後使用,大大減少了原料浪費,這對零件材料非常昂貴的航空業而言非常有益。傳統的切割材料方法常造成浪費,特別是特殊形狀和結構,而立體打印的結構更顯著。

◎學術研究

倫敦大學皇家獸醫學院,使用3D掃描和3D打印,重建史前動物西瓦鹿(Sivatherium Giganteum)。研究員把倫敦自然歷史博物館(Natural History Museum)內,屬於西瓦鹿的26塊骨頭,用3D Scanner掃描成數碼檔案,然後利用數據分析一千多張世界各地的西瓦鹿化石照片,再使用3D打印出已經絕種的史前動物模型。

◎建築

在這方方面,中國獲得舉世觸目的進展:「卓達」公司,已可打印出整間設備俱全的房子。除了比傳統方法節省成本和時間外,也運用了更為環保的物料,使所建房屋有更佳的保溫隔熱效能,從而可延長房子的壽命。該公司甚至聲稱,他們所用的建築物料,能定時釋放出負離子,讓住客更健康!

◎食物

在食物行業,研究人員已可打印出牛排;市民大概在不久的將來,就可在餐廳的菜單上看到「立體打印牛排」了!立體打印,大幅度地加快了樣品成形的速度,降低生產成本,被媒體譽為新一波工業革命。

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專題: 創造者的打印法

文/羽翌

專題--創造者的打印法2

專題--創造者的打印法1

2014年,我有很多機會到中國的大學講學,題目是我最感興趣的「電動馬達」。

◎最初的刻畫者

幾乎每堂課的頭10分鐘,都是這樣的開場白:「電動馬達是由偉大的特斯拉(Nicola Tesla)在大約130年前發明,自那時起被廣泛應用,如:風扇、空調以及最新的電動汽車,都採用不同形式的馬達。事實上,現在最有名的電動車就取名為『特斯拉』。」

接著我會說:「你們是否知道,自然界中其實也有類似的設計?河流、湖泊,甚至人體,都有類似馬達的設計,被稱為『鞭毛馬達(Flagella Motor)』,一直在自然界運作著。它的效率是百分之百的,是迄今發明的所有馬達都無法達到的。雖然科學家很早就發現了它的存在,但卻要等到上世紀80年代,藉精密的電子顯微鏡誕生,才得知它的結構和運作原理。」

講到這裡,我會在投影片上展示鞭毛馬達和人造馬達的模型,並告訴學生:「有趣的是,兩個馬達的相似度高得驚人,所有部件都非常相似,都具有定子和轉子,連軸的組織方式也非常類似。當人類在130年前首次發明馬達時,完全不知道鞭毛馬達的結構和運作是怎樣的。這是湊巧嗎?人類設計的馬達竟跟自然界的馬達如此相似!」

很多學生神情專注,有些用智能手機把投影片上的照片拍下來。我把話題擱在這裡,回到課堂的其餘部分。

◎大自然的打印

自然界的創造方法非常耐人尋味。鞭毛馬達是從單細胞而來,然後反覆分裂、倍增,創建成整體。這是自然界的創造方式——從小到大。這就是為什麼有些人說,與傳統的製造法相比,3D打印更接近自然界創造的方式。

事實上,3D打印最初一直被稱為「積層製造」,而「3D打印」這個術語也是最近才流行。傳統的製造方法稱為「消減製造(Subtractive Manufacturing)」,即在製造過程中,把物料逐漸切割,最終成為設計的形狀;積層製造的原理則相反,是把小片的材料逐漸相加,以形成設計中的最後形狀。

科技發展的速度超越了我們的想像力。幾年前,英國廣播公司報導,美國麻薩諸塞州一所大學的研究人員,創建了世界上體積最小的電動馬達,只有一個分子,甚至比鞭毛馬達更小。這種人造的馬達可以通過電流,把藥物在控管下輸送到人體特定部位,因而對其他器官的副作用微乎其微,治療更有效。

然而,3D打印一座房子與鞭毛馬達形成,還是存在著根本的差異。人造的單分子馬達,可說是人類一大傑作,但仍然比不上自然界奧妙的鞭毛馬達。大自然的「打印」方式,依然是人類的3D打印無法比擬的。

下課後,偶爾有些學生會留下來,問些一般性問題或鞭毛馬達。解釋後,我總要問一個問題才讓他們離開教室:「你覺得人類跟那位創造了鞭毛馬達的,有什麼共同點嗎?」我在心裡默禱,他們能回答:「或許有一位神(上帝),在最初就把祂自己的形象刻印在人的心裡?」願福音的種子撒在他們心中,有一天萌芽成長。

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專題: 前途無量隱患亦多

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美國《時代》週刊將立體打印產業,列為「美國十大增長最快工業」。英國《經濟學人》雜誌認為,立體打印與其他數字化生產模式結合,將推動實現人類歷史上的第三次工業革命。

◎發展前景

立體打印在建築設計、食品製作、納米模型、零配件、趣味模型等領域已有一定應用,材料以泥沙、食物、樹脂等可塑性材料居多,但仍無法實現金屬、木質、石頭等可塑性不太高的物品加工。待新技術、新材料研發後,立體打印必將廣泛應用於各行各業,可以預見的發展前景包括:

1)改變日用品市場模式

將來,立體打印將從工業領域進入消費者領域,走進普通家庭,消費者無需為選購某產品、零配件而「踏破鐵鞋」,只需通過互聯網尋覓合適的模具圖紙,下載後調整設計,量身訂製,然後將產品打印出籠。人類的生活、工作、思維方式,都將因3D打印技術發生顛覆性改變。

2)引發創意設計大革命

立體打印的原型為電腦設置,為創意性探索提供無限潛力。生產廠家只需提供設計的模型軟件,客戶下載後就可在電腦上隨意創作,自由發揮,個性化產品將成為潮流,給各行各業的產品零售、營銷、競爭帶來根本性轉變,甚至有科學家預測,以後大部分廠家都將成為足不出戶的軟件公司,零售店也將成為各種特色的「打印店」。

3)4D技術拭目以待

4D技術進一步提升3D的時間緯度,添加產品的智能元素。例如:通過軟件,設定產品模型和時間,變形材料在設定的時間內變形為所需形狀。產品不僅快速成型,而且「隨機應變」,根據時間環境改變形狀大小、功能設置,一物多用。

◎造福社會

立體打印技術開發後,不只工業界受益,恰當運用也能幫助改善社會環境。2015年,香港資訊科技教育領袖和浸信會天虹小學,合辦柬埔寨飲用水污染項目,51所學校的914名學生發揮創意,通過立體設計及打印製作水杯、過濾器等,並透過香港理工大學學生,向柬埔寨村莊贈送兩部立體打印機和千款設計產品,不但解決了當地的飲水問題,同時讓學生明白創意可改善環境的道理。

另一項立體打印的壯舉,是幫助殘疾人製造假肢。在一般情況下,假肢需要花費幾千美元,並且要等待幾週時間。立體打印技術,提供了便宜及快速的解決方案,節省了大量的人力和時間。

有人曾大膽預測,將來立體打印技術不斷躍進,打印出來的產品不再只是模型,而是真正可以讓消費者使用的,如:別具個人風格的智能手機、手提包、平板電腦、汽車等等,甚至可以打印臉具、假髮等供人使用。

事實上,據美國宇航局NASA的官方網站報導,他們正在研發以3D打印機製造食物,解決宇航員在太空中的食物問題。據說,已經成功研發一台「立體披薩打印機」!英國,也成功以立體打印機製造水果。

◎關注隱患

立體打印技術雖然前景一片光明,潛力無量,但與其他任何技術革新一樣,在造福人類的同時,也勢必帶來法律、道德、社會等各方面的新難題,已經引起關注的隱患包括:

1)知識產權的法律監督、管制將更為複雜艱鉅

立體打印,只需通過互聯網用軟件下載方式傳遞,如何保護產權、版權及定義創意設計等,都將成為法律的新問題。

2)監控風險類產品已成為社會輿論焦點

互聯網上,恐怖宣傳、色情暴力無孔不入,難以想像在不久的將來,消費者輕輕一按下載鍵,就可打印槍支、毒品,給社會帶來種種惡果。

3)資源、能源消耗浪費

表面看,提高生產效率、節能節材、減少運輸費用,確是立體打印的優勢,但同時高效率的生產模式可令失業率上升,人力資源荒廢,增加社會動蕩。此外,目前平面打印導致紙張浪費,立體打印也可能因便捷而導致資源浪費,增加環境污染。

立體打印技術可謂兩刃利劍,亦福亦禍,有賴道德良心制約及法律監控。

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2016年7月內容

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