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黑科技4D打印將如何重構未來社會

黑科技4D打印將如何重構未來社會

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  文/陳根(微信公眾平台:陳述根本)

  “3D打印堪稱一項顛覆性的技術。”日前,李克強總理在主持國務院專題討論的時候強調:中國要加快3D打印、工業機器人等新技術、新裝備的運用和製造,實現中國製造水準的躍升。雖然“人”始終是最活躍的因素,但生產工具的變革往往能起到關鍵作用。

  李總理吹向“新打印技術”的風,不僅將掀起3D打印技術熱,也將為4D打印技術的發展添柴加薪。那麼,在3D打印基礎上增加可自變維度的4D打印,又是一種怎樣狀況呢?

  而關於4D我們需要一些基本的了解,在我們最為熟知的概念中普遍認知是2D,也就是在平面上打印,比如打印個文檔、文件、圖紙、照片之類,也就是X、Y的構成維度。而到了3D打印,通俗的理解就是在X、Y維度的基礎上增加一個Z的維度,就構成了三維立體。但到了4D打印,所增加的維度不再是X、Y、Z所構成的立體維度,而是在這些維度之外所增加的時間維度。簡單的理解,所謂4D打印就是在一個立體的維度基礎上,目前所公認的增加維度,就是時間。

  2D、3D、4D,看起來像個等數列,實際上就是每一級增加了一個D,即打印出來的物體增加了一個維度(dimension)。如果說2D是X、Y;3D是X、Y、Z;那麼4D則是X、Y、Z的基礎上增加了T。這就意味着4D打印融入了時間,也就是表示4D打印就是打印出可以隨時間變化而改變的物體,而這種改變我們可以理解為自我組裝。

  目前國際上對於4D打印的理解主要是基於麻省理工大學一個叫NervousSystem的工作室所開發的一套4D打印系統Kinematics的試驗為基礎,那些3D打印出來的鉸鏈式三角小模塊,在一定的外在介質下,可以在特定的時間實現自我組裝成各種不同結構的物體。美國麻省理工學院4D打印項目研發負責人斯凱拉·蒂比茨表示,“這就像把智慧植入到了材料當中。”而這種“智慧”更專業的理解為一種增加了時間維度的自變形要素,這種直接將設計內置到物料當中的4D打印,簡化了從“設計理念”到“實物”的造物過程,即物品在經過基礎打印之後,便不再需要連接任何複雜的機電設備就可以自行變幻成所預設的產品模樣,實現猶如金剛般“自動”創造。

  從科幻世界走入現實生活的4D打印,將給我們的生活帶來哪些改變?又將給包括工業、農業、商業等人類社會的各領域發展帶來怎樣的深遠影響?

  1、4D打印實現工業製造集約化

  “促進中國製造上水平,既要在改造傳統製造上‘補課’,同時還要瞄準世界產業技術發展前沿,加快3D打印等新技術新裝備的運用和製造。”李總理已經對中國製造水平升級提出了明確的要求,我們可以通過工業4.0或3D打印,將產品由批量化生產向定製化製造轉移;而在此基礎上發展出來的4D打印,則可以在更高層次上解決產品自組裝的問題,並且增加產品自行創意變化的環節。

  3D打印技術的出現,對於幫助解決一些複雜結構的設計有了更為直接的幫助,包括讓一些結構部件變得更輕盈、更結實,但無法實現應對於外力環境變化而自我驅動變化。4D打印技術的運用,將可以滿足不同環境的變化。比如運用4D打印技術的飛機,在面臨特定環境變化時可以實現自我分解,以最為理想的狀態給乘客提供保護;在航天方面也是如此,我們不再需要帶着組裝好的龐大設備進入太空,只要帶上材料和4D打印機,或是打印好的材料進入太空即可。因為等物品到了太空之後,只要在特定的介質觸發下,太空站、太空服或其他的操作設備都可以自行組裝完成。這將為人類更深入地探索宇宙奧秘提供更大的便利。

  同樣,對於日常的工業領域而言,4D打印技術將徹底改變當前製造與商業的業態形式;同時還將簡化工業製造中的多餘繁瑣環節,將浪費降到最低,實現能源利用最大化。

  2、4D打印為人體派駐癌症疫苗

  藉助於3D打印技術進行一些器官、肢體打印並與患者有效匹配,已經在醫學領域被證實應用的可行性。尤其對於一些相對骨質的肢體,應用3D打印技術更是不在話下;當然,目前對於一些軟組織器官,3D打印技術的應用也在不斷嘗試中。

  在3D打印技術發展的基礎上,4D打印將進一步升級腦洞思維、開闊視野格局。甚至,人類對於4D打印的最具顛覆性技術應用,將不是局限於器官、肢體的打印,而是人體細胞的打印。通過打印這些納米級與人體細胞類似的藥物細胞,將相對應的癌細胞病毒設置為介質觸發源,然後將其注射到人體內環境。那麼,當這些4D打印的“人體衛士”細胞在體內巡邏時,一旦遇到癌細胞就能觸發形變,實現點對點的藥物釋放,從而將癌細胞病毒消滅,並隨人體代謝排出體外。

  4D打印在該方面的應用,或許將成為人類戰勝癌症的一條有效技術通道。由此以後,人類體內將常駐“人體衛士”——癌症疫苗,時刻監測着體內環境的癌細胞變化,徹底杜絕癌症病變的機會。同樣,對於人類所接觸的一些未知病毒,也可以藉助於4D打印技術以疫苗的形式注射進人體進行預防。

  3、推動私人訂製向私人工廠邁進

  在3D打印技術以前,私人個性化訂製幾乎不太可能,我們所有的消費只能基於工業批量化生產而進行。對於製造商而言,他們需要通過對不同零部件及其供應鏈的整合,從而進行大規模的工業化、標準化、自動化生產來降低成本,提升企業效益,因此很難滿足個性化需求。但到了3D打印時代,滿足消費者的個性化需求將成為生產製造的基本要求,甚至根據用戶的喜好進行私人訂製也不再是什麼問題。

  4D打印出現后,其所改變的將不再只是私人訂製的問題,而是讓每個消費者都可以實現自定義工廠、自主化生產。也就是說,未來我們要選用冰箱,將不再是直接購買一台龐大的冰箱回家,而只需要購買核心的關鍵部件,甚至連關鍵部件都可以自己定義到4D打印機上進行打印,通過不同種材料的打印之後,讓其在我們需要的時候,進行自動連接並組裝成為我們所設想和需要的那台冰箱。當然,在我們的需求出現變化的時候,也就是說我們需要更大的冷凍空間,或要將閑置的保鮮空間縮小,那麼冰箱將會自動為我們觸發組裝,並自我調整空間大小以適應我們的需求。

  這與私人訂製存在的最大區別是,我們不僅可以表達自己的想法,構建自己的生活,還可以藉助於4D打印技術在家裡定義屬於自己的創新“工廠”。

  4、創新速度將被進一步驅動

  傳統工業製造所面臨的一個問題,就是從產品立項到開發到上市銷售,通常需要經歷一個漫長的周期,短則半年,長的甚至還有好幾年的。因為這中間牽涉到批量製造的穩定性、模具的製造與壽命等,而這些問題都在不同程度上制約了產品創新的時間周期。

  4D打印技術的出現與運用,不僅可以讓我們的想法將被快速打印,而且可以將多種可能的修正要素預設在打印的材料方案中。由此在物品初打印成型之後,我們可以根據自己的想法驅動它實現自我變形、完善、修正,這對於追求創新、個性、差異化的人群而言無疑是一件極具意義且妙不可言的事情。

  而且,這些個人想法的快速實現將大大縮短創新的時間長度;對於傳統的工業化企業而言也是如此。或許在不久的將來,因為4D打印技術的運用,傳統工廠所出售的將不再是產品,而是多年沉澱的技術與服務。用戶通過購買其技術能力與製造經驗,以協助自己根據想法創新產品。

  5、4D打印將顛覆傳統商業模式

  隨着4D打印技術的到來、成熟與普及,我們現在以整體物件銷售為主的模式將得到顛覆,一些關鍵零部件都將以配件的方式存在於各種商超之中。用戶所購買的也將不再是已有的產品固態,而是根據自己的想法購買相應的關鍵部件,然後將其與所打印的部件進行連接,有效實現“獨一無二”的創意需求。

  由此所帶來的商業模式改變將會是巨大的。一方面,當前以銷售整體產品為主的商超,未來或將以提供4D訂製打印服務與技術支持服務為主,不再以實際整體產品的銷售形式存在;另一方面,一些從事於創意工作的人群,將通過為消費者提供創意設計,並為其提供4D打印服務而獲得商業價值;此外,還會催生出以零部件供應為主的各種小型連鎖商超。同時,基於4D打印技術運用而帶來的新商業模式,還會對宜家這種以創意設計銷售為主,尚需要用戶自行組裝完成產品的商業模式來說,也將會是一種顛覆,因為4D打印出來的產品將不再需要組裝。

  6、知識產權的監管備受挑戰

  4D打印的發展,如同3D打印的應用一樣,也在存在着“雙刃劍”的問題。比如,4D打印可以輕而易舉地打印出槍支器械、毒品、藥品等諸多原本難以想象的物品;甚至DIY的藥物生產,還將打破製作藥物和化合物相對統一和一致的配方,它容許人們設計和生產自己的藥物和強力化學品。這無疑將成為監管部門的噩夢。

  此外,就如果現在3D打印面臨著的爭議一樣,如何鑒定4D打印在複製擁有版權的產品設計時的知識產權問題。當用戶看到一些中意的創意設計時,隨手一拍,回家將照片通過軟件自動生成三維模型后,將模型輸入到4D打印機上進行打印,此時對於知識產權原創的保護將變得尤其困難。尤其,4D打印的產品還能自我變化,也就進一步增加了取證的難度。

  關於4D打印的知識產權,或許我們可以打一個這樣的比方,它就好比小朋友玩積木,搭出來什麼東西就是什麼東西。但是在這樣的情況下,又有誰能說自己搭出來的東西是專利,具有知識產權,而別人就不可以也搭出同樣或者差不多的東西呢?或許這時候,關於專利、知識產權的話題,可以順勢轉移到積木上,而非積木的搭法。同樣的道理,關於4D打印的知識產權問題,是否也可能會通過關注物的轉移而打開一片新的書面呢?我們拭目以待。

  4D打印目前在軍事、醫療等領域已經展開了探索,包括美國軍方在內的機構對於4D打印在軍事領域中的應用投入了專門的預算費用,相信不久的將來4D打印將如當前的3D打印一樣走入我們的生活。關於4D打印方面更多的一些探討與思考,歡迎關注《4D打印改變未來商業生態》一書。

黑科技4D打印將如何重構未來社會

(聲明:本文僅代表作者觀點,不代表新浪網立場。)

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