Приближается новая цифровая революция, на этот раз в производстве. Она опирается на те же идеи, которые ранее привели к оцифровыванию коммуникаций и вычислительных процессов, но теперь программированию будет поддаваться и физический мир, а не только виртуальный.

Цифровое производство позволит людям разрабатывать и производить материальные объекты, где бы и когда бы люди в них ни нуждались. Широкий доступ к данным технологиям вскоре бросит вызов традиционным моделям ведения бизнеса, предоставления иностранной помощи и образования.

Корни нынешней революции восходят к 1952 году, когда исследователи из Массачусетского технологического института (МТИ) подсоединили один из ранних цифровых компьютеров к фрезерному станку, создав тем самым первый станок, управляемый вычислительной машиной.

С помощью компьютерной программы, заменившей фрезеровщика при обтачивании металлической заготовки, исследователи смогли произвести детали для самолета, которые имели более сложные формы, чем те, которые могли сделать руки человека. Начиная с той первой вращающейся торцевой фрезы, всевозможные типы режущих инструментов были установлены на управляемые компьютером платформы, в том числе - струи воды с абразивами, которые могут разрезать твердые материалы; лазеры, которые могут быстро вырезать тонкие узоры; и тонкие электрические провода, позволяющие осуществлять длинные тонкие разрезы.

Сегодня программируемые станки участвуют в создании почти любого коммерческого продукта - непосредственно (начиная от производства корпусов ноутбуков до реактивных двигателей) или косвенно (производство инструментов, которые формуют и штампуют продукты массового производства). Тем не менее, все эти современные потомки первых станков с числовым программным управлением схожи в своей исходной ограниченности: они могут резать, но они ничего не могут поделать с внутренностями продукта. Это означает, например, что ось колеса должна быть изготовлена отдельно от подшипника, через который она проходит.

Однако в 1980-х годах появились управляемые компьютером производственные процессы, которые добавляли, а не удаляли материал (так называемое «добавочное производство»). Благодаря 3D-печати, подшипники и ось могут быть произведены одной машиной одновременно. В данное время доступен широкий диапазон процессов 3D-печати, включая термическое плавление пластиковых нитей; ультрафиолетовый свет для сшивания полимерных смол; клейкие капли для скрепления порошка; резка и ламинирование листов бумаги; яркий лазерный луч, плавящий металлические частицы.

Компании уже используют 3D-принтеры для моделирования продуктов перед началом их производства: этот процесс получил название быстрого прототипирования. Кроме того, компании полагаются на эти технологии в деле создания объектов сложных форм, как, например, ювелирные изделия и медицинские имплантаты. Исследовательские группы даже использовали 3D-принтеры для создания клеточных структур с целью «напечатать» живые органы.

Добавочное производство было широко воспринято как революция и нашло свое отражение на обложках множества изданий - от «Wired» до «The Economist».
Следует отметить, что эта революция была довольно интересного рода - ее провозглашали больше наблюдатели, чем производители. В хорошо оборудованной мастерской 3D-принтер может быть использован для выполнения более четверти работ, остальную работу могли бы доделывать другие машины. Одна из причин - в том, что такие принтеры довольно медлительны, им требуется несколько часов или даже дней, чтобы выполнить работу.

Другие инструменты с компьютерным управлением могут быстрее и с большей точностью производить более крупные, более легкие или более прочные детали. Страстные статьи о 3D-принтерах читаются, как рассказы 1950-х годов, провозглашавшие микроволновые печи будущим для приготовления пищи. Микроволновые печи удобны, но они не заменяют остальную часть кухни.

Революция – это не смена режущего производства добавочным, а возможность превращать электронные данные в физические вещи и физические вещи в электронные данные.

Именно это и происходит; в некоторых отношениях прослеживается явная аналогия с историей вычислительных машин. Первым шагом в их развитии стало появление больших универсальных ЭВМ в 1950-х годах, которые могли себе позволить только большие корпорации, правительства и элитные заведения. Затем, в 1960-х годах пошло развитие мини-ЭВМ во главе с семейством компьютеров PDP производства Digital Equipment Corporation, которое было основано на принципе работы первого транзисторного компьютера МТИ, TX-0. Эти машины снизили стоимость компьютера с сотен тысяч долларов до десятков тысяч. Оставаясь еще слишком дорогими для обычного человека, они стали доступны для исследовательских групп, университетских факультетов, а также более мелких компаний. Пользователи этих устройств разработали почти все приложения, которые сейчас используются во время работы на компьютере: электронная почта, текстовый процессор, видеоигры, прослушивание музыки.

После мини-ЭВМ появились хобби-компьютеры. Самый известный из них, MITS Altair 8800, продавался в 1975 году по цене около 1000 долларов в собранном виде или около 400 долларов - в разобранном. Его возможности были элементарными, но он изменил жизнь целого поколения компьютерных пионеров, которые теперь могли позволить себе владеть своим собственным аппаратом. Вычислительные машины действительно стали предметом личной собственности с появлением персонального компьютера IBM в 1981 году. Он был относительно компактнен, прост в использовании, полезнен и доступнен.

Так же, как и в случае со старыми универсальными ЭВМ, только крупные учреждения могли позволить себе современные (в то время - громоздкие и дорогие) фрезерные станки, управляемые компьютером. В 1980 году первое поколение систем быстрого прототипирования, созданных такими компаниями, как 3D Systems, Stratasys, Epilog Laser и Universal, снизили цену на производственные системы с компьютерным управлением с сотен тысяч долларов до десятков тысяч, что увеличило их привлекательность для исследовательских групп.

Устройства цифрового производства следующего поколения, находящиеся на рынке в настоящее время, - такие, как RepRap, MakerBot, Ultimaker, PopFab и MTM Snap, продаются за тысячи долларов в собранном виде или за сотни долларов – в разобранном. В отличие от цифровых средств производства, которые были до них, данные инструменты имеют особое строение, и ими, как правило, можно не только пользоваться совместно, но их владельцы (как и ранее те, у кого были хобби-компьютеры) могут добиться от них большего, внося свои изменения в их структуру.

Комплексных персональных цифровых производственных мощностей, сравнимых с персональным компьютером, все еще не существует, но они обязательно вскоре появятся.

Персональное производство в течение многих лет оставалось в области научной фантастики. Когда экипаж из сериала «Star Trek: The Next Generation» сталкивался с особенно сложным развитием сюжета, он мог использовать встроенный репликатор, чтобы произвести все необходимое. Ученые в ряде лабораторий (в том числе - и в моей) теперь работают над реальным объектом, развивая процессы, которые могут соединить отдельные атомы и молекулы в любую желаемую структуру. В отличие от сегодняшних 3D-принтеров, эти устройства будут в состоянии сразу выстроить цельную функциональную систему без необходимости соединения отдельных частей.

Цель состоит в том, чтобы, допустим, не просто производить части для дистанционно управляемого летательного аппарата, а чтобы такой, полностью собранный аппарат мог вылететь прямиком из принтера. От достижения этой цели нас отделяют многие годы, однако не обязательно ждать, сложа руки: большинство функций компьютера, используемых сегодня, были изобретены еще в эру миникомпьютеров, то есть - задолго до своего расцвета в эпоху персональных компьютеров. Аналогичным образом дела обстоят и с современными цифровыми производственными машинами, которые, хотя все еще и находятся в зачаточном состоянии, но уже могут быть использованы для создания (почти) всего и (почти) везде. А это меняет все.

ДУМАЙ ГЛОБАЛЬНО, ИЗГОТАВЛИВАЙ ЛОКАЛЬНО

Я впервые оценил связь между персональным компьютером и персональным производством, когда вел курс под названием «Как сделать (почти) все» в Центре битов и атомов МТИ, которым я руковожу. ЦБА, который открылся в 2001 году при финансовой поддержке Национального научного фонда, создавался для изучения границы между информатикой и физикой. В нем есть специальное помещение, оснащенное оборудованием для производства и измерения различных предметов, как малых величиной в несколько атомов, так и таких больших, как здания.

Мы разработали курс для небольшой группы студентов-исследователей, чтобы обучить их использовать инструменты ЦБА, но были поражены огромным спросом со стороны студентов, которые просто хотели сами создавать предметы. Каждый студент впоследствии закончил семестровый проект, нацеленный на применение на практике приобретенных навыков. Один из них сделал будильник, с которым сонному владельцу нужно побороться, чтобы доказать, что он или она уже не спит. Другой создал платье со встроенными датчиками и моторизованными структурами, похожими на позвоночник, которые могли бы защитить личное пространство хозяина.

Студенты таким образом отвечали на вопрос, который я даже не задавал: для чего служит цифровое производство? Как выяснилось, «убойное приложение» в цифровом производстве, как и в случае с компьютерами, - это персонализация, то есть производство продукции для "рынка", состоящего из одного человека.

Вдохновленный успехом первого выпуска в 2003 году, ЦБА запустил более масштабный проект при поддержке Национального научного фонда. Вместо того чтобы просто описывать нашу работу, мы решили, что было бы более интересно предоставить инструменты в распоряжение студентов. Мы собрали комплект, состоящий из оборудования стоимостью примерно в 50 тысяч долларов (который включал в себя лазер с компьютерным управлением, 3D-принтер, а также большие и малые фрезерные станки, управляемые компьютером) и материалов стоимостью в 20 тысяч долларов (в том числе комплектующих для формования и литья деталей и производственной электроники).

Все инструменты были связаны между собой специальным программным обеспечением. Они были прозваны «fab labs» (от английского «fabrication labs» - «производственные лаборатории» или «fabulous labs» - «невероятные лаборатории»). Их стоимость сравнима со стоимостью миникомпьютера, и мы обнаружили, что они используются одинаковым образом: как для разработки новых сфер применения, так и для обучения новых пользователей производственных машин.

Начиная с декабря 2003 года, команда ЦБА во главе с Шерри Ласситер, моей коллегой, создала первую «fab lab» в South End Technology Center, расположенном в центральной части Бостона. SETC управляется Мелом Кингом - активистом, ставшим инициатором внедрения новых технологий среди городского населения, начиная с производства видео и заканчивая доступом в интернет. По его мнению, цифровые производственные машины были логичным шагом в развитии.

При всех различиях между кампусами МТИ и SETC в обоих местах отклики были одинаково восторженными. Группа девушек из прилегающего района использовала лабораторные инструменты применительно к уличной продаже высокотехнологичных ремесленных продуктов, одновременно веселясь, самовыражаясь, получая технические навыки, а также определенный доход. Некоторые из детей этих районов, получавшие образование на дому и использовшие «fab lab» для практических занятий, с тех пор продолжили свое обучение в области технологий.

Создание «fab lab» на базе SETC было единственной задачей, которую мы ставили перед собой в рамках этого масштабного проекта. Но благодаря интересу со стороны сообщества выходцев из Ганы, в 2004 году ЦБА при поддержке Национального научного фонда и с участием группы местных энтузиастов удалось создать вторую «fab lab» в городе Секонди-Такоради на побережье Ганы. С тех пор «fab lab» были организованы повсюду, - от Южной Африки до Норвегии, от центра Детройта и вплоть до сельских районов Индии.

В последние несколько лет их общее количество удваивалось примерно каждые 18 месяцев, так что на сегодняшний день имеется более 100 действующих лабораторий и еще большее число находится на стадии проектирования. Такие лаборатории являются частью более крупного «движения производителей» - высокотехнологичных «левшей», которые демократизируют доступ к современным средствам производства.

Спрос на местах подталкивает создание «fab lab» по всему миру. Несмотря на широкий географический разброс и различные модели финансирования, все лаборатории одинаковы по своим основным возможностям. Так что стали доступными совместные проекты и перемещение персонала между лабораториями. Предоставление доступа в интернет было целью многих лабораторий. В бостонской лаборатории был начат проект по созданию антенн, радио и терминалов для беспроводных сетей. Общая конструкция была доработана в «fab lab» в Норвегии, протестирована в другой лаборатории в Южной Африке, развернута на базе одной из лабораторий в Афганистане и в настоящее время работает на самоокупаемой основе в Кении.

Ни в одном из этих мест не было критической массы знаний, необходимых для самостоятельной разработки и производства сетей. Однако, благодаря обмену информацией о дизайне и производству компонентов на местном уровне, все они смогли добиться общей цели. Возможность передавать данные по всему миру, а затем локально производить продукцию по требованию имеет революционные последствия для данной отрасли.

Первая промышленная революция может быть датирована 1761 годом, когда в Манчестере (Англия) открылся канал Бриджвотер.

Созданный по заказу герцога Бриджвотера для доставки угля из его шахт в Ворсли в Манчестер и затем экспортировать во все страны мира произведенную с использованием этого угля продукцию, он стал первым каналом, проведенным не по существующему водному пути. Благодаря ему, Манчестер переживал бум развития. В 1783 году в городе насчитывалась всего одна бумагопрядильная фабрика, в 1853 году их было уже 108. Но на смену буму пришло банкротство. Канал стал уступать позиции новым видам транспортировки: железной дороге, грузовикам и, наконец, контейнеровозам.

Сегодня промышленное производство представляет собой гонку на выживание, в которой производители мигрируют в местности с низкой стоимостью производства для удовлетворения потребностей глобального производственного цикла.

Теперь Манчестер имеет инновационную «fab lab», которая принимают участие в новой промышленной революции. Созданный здесь дизайн может быть отправлен в электронном виде в любую точку мира для производства по требованию, что в свою очередь эффективно устраняет затраты на доставку. И в отличие от старых фабрик, новые средства производства могут принадлежать кому угодно.

Для чего же кто-то захочет иметь цифровую производственную машину? Личные средства производства не считались более, чем игрушками, потому что себестоимость при массовом производстве - всегда ниже, чем при производстве единичных товаров. Аналогичный аргумент был выдвинут в свое время против персональных компьютеров. Кен Олсен, основатель и генеральный директор производителя миникомпьютеров Digital Equipment Corporation, произнес в 1977 году знаменитую фразу о том, что «у человека нет никакой необходимости иметь личный компьютер в доме». Его компания не дожила до сегодняшнего дня.

У вас, скорее всего, уже есть персональный компьютер. И он используется не для инвентаризации и расчета заработной платы, а для того чтобы вы могли удовлетворять ваши личные потребности: слушать музыку, разговаривать с друзьями, совершать покупки. По этой же причине целью персонального производства является не изготовление тех предметов, которые можно купить в магазине, а производство того, что нельзя приобрести.

Рассмотрим пример с покупками в IKEA. Мебельный гигант предсказывает направление развития глобального спроса на мебель, а затем производит и перевозит свои товары в крупные торговые центры. Всего за несколько тысяч долларов любой желающий уже может приобрести комплект для сборки крупноформатного, управляемого компьютером фрезерного станка, способного изготовить все детали для продуктов IKEA. Если данный аппарат сэкономил вам всего десять покупок в IKEA, то можно считать, что он окупился. Кроме того, каждая произведенная аппаратом деталь будет учитывать предпочтения заказчика. И вместо привлечения рабочих рук на отдаленных заводах, изготовление мебели таким образом проходит прямо на месте.

Последнее наблюдение вдохновило создателей проекта Fab City, который возглавляет главный архитектор Барселоны Висенте Гальярт. В Барселоне, как и в остальной Испании, уровень безработицы среди молодежи достигает более 50%. У целого поколения - мало перспектив получить работу и покинуть родительский дом. Вместо того, чтобы покупать продукты, произведенные где-то далеко, городские власти в сотрудничестве с Гальяртом развертывают «fab labs» в каждом районе Барселоны как часть гражданской инфраструктуры. Цель проекта заключается в том, чтобы город стал глобально связан с источниками информации и знаний, но в то же время был самодостаточен в отношении тех товаров, которые он потребляет.

Инструменты для цифрового изготовления, доступные сегодня, отнюдь не достигли своего окончательного вида. Но вместо того, чтобы просто сидеть и ждать, такие программы, как развернутая в Барселоне, развивают способность использовать эти инструменты по мере их усовершенствования.

БИТЫ И АТОМЫ

В обиходе термин «цифровое изготовление» относится к процессам, которые используют управляемые компьютером инструменты, которые являются потомками станка с числовым программным управлением, созданным в 1952 году в МТИ. Но «цифровая» часть этих средств находится в управляющем компьютере, в то время как сами материалы являются аналоговыми. Более углубленное значение «цифрового производства» заключает в себе производственные процессы, в которых и материалы являются цифровыми. Определенное число лабораторий (в том числе - и моя) разрабатывают цифровые материалы для производства будущего.

Различие - не только в семантике. Качество телефонной связи ухудшалось с увеличением расстояния, потому что она была аналоговой: любые ошибки от шума в системе накладывались друг на друга. Затем в 1937 году математик МТИ Клод Шеннон написал, возможно, самую лучшую в мире магистерскую диссертацию. В ней он показал, что переключатели включения-выключения могут вычислить любую логическую функцию. Он применил эту идею к телефонной связи в 1938 году, работая в Bell Labs. Шеннон показал, что путем преобразования звонка в код из нуля и единиц сообщение может быть надежно отправлено даже в шумной и несовершенной системе. Ключевым отличием является исправление ошибок: если даже единица становится 0,9 или 1,1, то система по-прежнему может отличить ее от нуля.

В МТИ исследования Шеннона были обусловлены сложностью работы с гигантским механическим аналоговым компьютером. Он использовал вращающиеся колеса и диски, и его ответы были тем хуже, чем дольше он работал. Исследователи, в том числе - Джон фон Нейман, Джек Коуэн и Самуил Виноград, показали, что оцифровыванные данные могут также применяться для вычисления: цифровой компьютер, который представляет информацию в виде единиц и нулей, может быть надежным, даже если его части не являются таковыми. Оцифровывание данных стало тем явлением, которое сделало возможным перенос прибора, ранее известного как суперкомпьютер, в смартфон в кармане персонального владельца.

Те же самые идеи в настоящее время применяются и в отношении материалов. Чтобы понять отличия технологий, используемых сегодня, нужно просто сравнить процесс сборки ребенком конструктора LEGO и работу 3D-принтера.

Во-первых, из-за того, что детали LEGO должны быть точно соединены, чтобы скрепиться друг с другом, их конечная позиция более точна, чем позволяют двигательные навыки ребенка. Процесс 3D-печати, напротив, накапливает ошибки (любой, кто проверил это на практике, когда 3D-принтер в течение нескольких часов создавал деталь, а затем оказалось, что она не удалась из-за несовершенного склеивания в низших слоях, может это подтвердить).

Во-вторых, детали LEGO сами определяют расстояние между собой, что позволяет структуре расти до любого размера. 3D-принтер ограничен размерами системы, которая задает поле для печатающей головки.

В-третьих, существует широкий диапазон различных материалов, из которых изготавливаются детали LEGO, в то время как 3D-принтеры имеют ограниченные возможности для использования разнородных материалов, потому что все должны пройти через одинаковый процесс печати. В-четвертых, конструкцию LEGO, в которой больше нет необходимости, можно разобрать и повторно использовать детали; когда же произведенные 3D-принтером детали больше не нужны, их обычно выбрасывают. Именно такие различия существуют между аналоговой системой (непрерывное нанесение 3D-принтером) и цифровой (сборка LEGO).

Оцифровывание материала не является новой идеей. Ей уже четыре миллиарда лет, она восходит к эволюционному возрасту рибосомы – белка, который сам производит белки. Люди полны молекулярных машин: начиная с двигателей, которые приводят в движение наши мышцы, и заканчивая датчиками в наших глазах. Рибосома строит все эти устройства из микроскопических деталей LEGO, аминокислот, которых насчитывается 22 различных видов. Последовательность сборки аминокислот хранится в ДНК и передается рибосоме посредством другого белка РНК. Код не просто описывает белок, который необходимо изготовить: он сам становится новым белком.

Лаборатории по типу моей в настоящее время разрабатывают 3D-сборщики (а не принтеры), которые могут создавать различные структуры таким же образом, как рибосомы. Сборщики смогут как добавлять, так и удалять части из определенного набора. Один из сборщиков, которые мы разрабатываем, работает с компонентами, ненамного большими, чем аминокислоты: эти состоящие из атомов кластеры имеют размер около десяти нанометров (длина аминокислоты составляет около одного нанометра). Они могут обладать свойствами, неизвестными аминокислотам: например, они могут быть хорошими проводниками электричества или магнитами. Цель состоит в том, чтобы использовать наносборщик для создания наноструктур, таких как 3D интегральные схемы.

Другой сборщик, который также находится у нас на стадии разработки, использует элементы в масштабе от микрона до нескольких миллиметров. Хотелось бы, чтобы эта машина могла изготавливать электронные платы, на которых основаны дальнейшие 3D интегральные схемы. Еще один разрабатываемый сборщик использует элементы в масштабе до нескольких сантиметров, что позволяет создавать более крупные структуры, как, например, составные части самолетов и даже целые самолеты, которые будут легче, сильнее и будут предоставлять пилотам большие возможности, чем сегодняшние самолеты – представьте себе реактивный самолет, который также может махать крыльями.

Основное различие между существующими 3D-принтерами и описанными сборщиками заключается в том, что сборщики смогут создать полную функциональную систему в едином процессе. Они смогут интегрировать неподвижные и подвижные механических конструкции, датчики, исполнительные механизмы и электронику. Еще более важным является то, что сборщики не создают: мусор. Мусор как понятие относится только к материалам, которые не содержат достаточной информации для повторного использования. Так, все предметы в лесу перерабатываются снова и снова. Таким же образом продукт, собранный из цифровых материалов, необязательно должен быть выброшен, когда он устаревает. Его можно просто разобрать на части, из которых потом можно сконструировать нечто новое.

Самое интересное, что сборщики могут собрать себя сами. Пока они делаются из одних и тех же видов компонентов, которые используются в машинах быстрого прототипирования. В итоге, однако, их цель – достичь способности создавать все свои части. Эта идея имеет практический характер.

Самой большой проблемой в создании новых «fab labs» по всему миру стало не отстутствие интереса, не обучение персонала пользоваться оборудованием и даже не стоимость проектов, а логистика.
Бюрократия, некомпетентные или коррумпированные сотрудники пограничного контроля и неспособность сетей поставщиков удовлетворить спрос препятствуют нашим усилиям по отправке оборудования по всему миру.

Когда мы, наконец, будем готовы поставлять сборщики, будет гораздо проще высылать по почте цифровые физические компоненты, а затем по электронной почте передавать коды дизайнов в «fab lab», так что один сборщик сможет сделать другой.

Самовоспроизводящиеся сборщики также имеют важное значение для масштабов производства. Рибосомы отличаются медлительностью, они добавляют лишь несколько аминокислот в секунду. Но их количество очень велико - десятки тысяч в каждой из триллионов клеток человеческого тела - и они могут создавать больше себе подобных, когда становится необходимо. Кроме того, чтобы соответствовать скорости репликатора из Star Trek, несколько сборщиков должны быть в состоянии работать параллельно.

СЕРАЯ СЛИЗЬ

Существуют ли опасности для такого рода технологии? В 1986 году инженер Эрик Дрекслер, чья докторская диссертация в МТИ стала первой в области молекулярной нанотехнологии, писал о том, что он назвал «серой слизью», - сценарий судного дня, в котором самовоспроизводящаяся система неподконтрольно копирует себя, распространяется по земле, потребляя все ресурсы планеты. В 2000 году Билл Джой, пионер в области вычислительной техники, написал в журнал «Wired» об угрозе, которую могут представлять экстремисты, если они создадут самовоспроизводящееся оружие массового уничтожения. Он пришел к выводу, что существуют некоторые области исследования, в которых люди не должны стремиться к новым открытиям. В 2003 году обеспокоенный принц Чарльз попросил членов Королевского общества – клуб видных ученых Соединенного Королевства - оценить риски нанотехнологий и самовоспроизводящихся систем.

Несмотря на свой тревожный характер, сценарий Дрекслера не распространяется на самовоспроизводящиеся сборщики, находящиеся в настоящее время в стадии разработки: они требуют внешнего источника питания и специальных материалов. И хотя биологическое оружие является серьезной проблемой, она далеко не нова: гонка вооружений происходила в биологии еще со времен начала эволюции.

Более непосредственная угроза состоит в том, что цифровое производство может быть использовано для производства оружия индивидуального уничтожения. Один оружейник-любитель уже использовал 3D-принтер для изготовления ствольной коробки для полуавтоматической винтовки AR-15. Оборот этой детали в значительной степени регулируется властями, ведь в нее помещаются пули и на нее наносится серийный номер изделия. Немецкий хакер сделал 3D-копии ключей от наручников, которые жестко контролируются полицией. Двое из моих собственных студентов, Уилл Лэнгфорд и Мэтт Китер, изготовили мастер-ключи, без доступа к оригиналам, к замкам для багажа, одобренным Администрацией транспортной безопасности США. Они сделали рентгеновские снимки замков в нашей лаборатории и использовали полученные данные для построения компьютерной 3D-модели, выяснили конструкцию мастер-ключа, а затем произвели рабочие ключи тремя различными способами: на фрезерном станке с числовым программным управлением , 3D-печатью и, наконец, формованием и литьем.

Такие истории привели к призывам регулировать оборот 3D-принтеров. Когда я проводил консультации по поводу цифрового производства со множеством аналитиков из разведслужб и с руководителями военных ведомств, некоторые из них неизменно приходили выводу, что доступ к данной технологии должен быть ограничен. Некоторые полагают взять за основу меры контроля, которые были предприняты в отношении цветных лазерных принтеров. Когда этот тип принтеров впервые появился на рынке, он зачастую использовался в производстве поддельных денежных знаков.

Несмотря на то, что поддельные банкноты было легко обнаружить, в 1990 году Секретная служба США убедила производителей лазерных принтеров присваивать свой код каждому устройству, так что каждый принтер начал печатать крошечные желтые точки на каждой странице. Точки были невидимы невооруженному глазу, но кодировали время, дату и серийный номер принтера, который их напечатал. В 2005 году Electronic Frontier Foundation – группа, которая защищает цифровые права, - раскодировала и опубликованла данные этой системы. Это привело к протестам общественности против вторжения в частную жизнь со стороны принтеров, ставшей постоянной практикой, проводящейся без участия общественности и проверок.

Обоснованно или нет, но такой подход не будет иметь успеха с 3D-принтерами. Существует довольно ограниченный круг производителей моторов для лазерных принтеров. Так что достижение соглашения между ними помогло провести определенную политику в данной отрасли. Для 3D-принтеров такой базы не существует. Комплектующие, которые пока невозможно сделать самому, такие как компьютерные чипы и шаговые двигатели, можно купить на рынке: они выпускаются серийно и используются для многих целей без какого-либо централизованного контроля. Те же детали, которые являются уникальными для 3D-печати, например, механизм подачи нити и раздаточная головка, нетрудно сделать самому.

Машины, которые производят другие машины, не могут подвергаться такому же регулированию, как и машины, изготавливаемые лишь несколькими производителями.

Даже если 3D-принтеры и можно было бы контролировать, спрос на орудия, которыми приносятся страдания людям, уже удовлетворяется предложением на рынке. Дешевое оружие может быть найдено в любой точке мира. Опыт ЦБА, под началом которого «fab labs» работают в конфликтных зонах, показал, что они используются в качестве альтернативы боевым действиям. И хотя местные элиты не видят в технологии угрозу для своего существования, ее присутствие может бросить вызов их власти. Например, «fab lab» в Джелалабаде, Афганистан, обеспечила беспроводной доступ в интернет местным жителям, которые теперь в первый раз смогут узнать об остальном мире и рассказать о себе.

Последний спорный момент по поводу цифрового изготовления относится к краже интеллектуальной собственности.

Если продукция передается в виде дизайна и производятся по требованию, то что же сможет предотвратить копирование этих дизайнов без разрешения? С этой проблемой уже сталкивались индустрии музыки и программного обеспечения. Их немедленная реакция - внедрение технологии ограничения копирования файлов - провалилась. В большей степени потому, что данную технологию было легко обойти тем, кто хотел сжульничать, и в то же время она раздражала всех остальных. Было принято решение развивать приложения для компьютеров, упростившие процесс легальной покупки и продажи программного обеспечения и музыки.

Файлы с дизайнами для цифрового изготовления могут быть проданы таким же образом в зависимости от специализированных интересов, тем самым не будет поддерживаться массовое производство.

Патентная защита дизайнов для цифрового изготовления заработает только тогда, когда существует некоторый барьер для доступа к использованию интеллектуальной собственности и если нарушение может быть идентифицировано.

Это относится к тем товарам, которые производятся в дорогих литейных, интегрированных в производственную цепь, но не к той продукции, что изготавливается в доступных «fab labs». Любой, имеющий доступ к специальным инструментам, сможет повторить дизайн в любом месте; так что невозможно судиться против всего мира. Вместо того, чтобы ограничить доступ, возникли процветающие компании, занимающиеся программным обеспечением, которые стали свободно делиться своими исходными кодами и получают компенсацию за свои услуги. Распространение цифровых средств производства в настоящее время приводит к соответствующей практике использования оборудования с открытым исходным кодом.

ПЛАНИРОВАНИЕ ИННОВАЦИИ

Общество не должно бояться или игнорировать цифровое производство. Улучшенные способы изготовления вещей могут помочь в создании лучшего общества. К примеру, «fab lab» в Детройте, находящаяся по управлением предпринимателя Блэра Эванса, предлагает программы для молодежи из групп риска по типу социальных служб. Это дает молодым людям возможность проектировать и создавать вещи на основе своих собственных идей.

Можно использовать выгоды цифрового изготовления в нескольких направлениях.

Одна из них так называемая «сверху вниз». В 2005 году в ЮАР была запущена национальная сеть «fab labs» для поощрения инновационной деятельности в рамках Национальной стратегии передовых технологий производства. В Соединенных Штатах депутат Билл Фостер представил законодательный проект Акта о национальной сети «fab labs» в 2010 году, согласно которому создавалась национальная лаборатория для связи местных лабораторий. Существующая национальная система лабораторий располагает помещениями стоимостью в миллиарды долларов, но едва ли имеет непосредственное влияние на жизни людей, проживающих около них. Законопроект Фостера предлагает систему, которая бы приблизила данные лаборатории к людям.

Другой подход – «снизу вверх». Многие из существующих «fab labs», как, например, в Детройте, начали свое существование в качестве неофициальных организаций для удовлетворения местных потребностей. Затем они присоединились к региональным программам, таким как Fab Lab Network в Соединенных Штатах и FabLab.nl в Бельгии, Люксембурге и Нидерландах, которые поставили перед собой задачи, являющиеся слишком большими для отдельных лабораторий, как, к примеру, поддержка создания новых лабораторий. Региональные программы, в свою очередь, связываются друг с другом посредством международного фонда Fab Foundation, который будет оказывать поддержку в решении глобальных задач, таких как доставка специализированных материалов по всему миру.

Чтобы идти в ногу с тем, что люди изучают в этих лабораториях, сеть лабораторий организовала академию Fab Academy.

Дети, работающие в отдаленных «fab labs», так далеко продвинулись за пределы всех местных возможностей для образования, что им нужно было бы ехать очень далеко, чтобы продолжить учебу в передовых учреждениях. Для предотвращения такой утечки мозгов Академия связала местные лаборатории в глобальный кампус. Наряду с доступом к инструментам, студенты в этих лабораториях получают возможность учиться в окружении сверстников под руководством местных наставников. Они участвуют в глобальных интерактивных видеолекциях и делятся своими проектами и учебными материалами в интернете.

Традиционная модель высшего образования предполагает недостаточное количество преподавателей, книг и лабораторий, которые могут быть доступны лишь нескольким тысячам человек одновременно.

В компьютерных терминах МТИ может рассматриваться как ЭВМ: студенты ездят туда для обработки. В последнее время наблюдается интерес к дистанционному обучению в качестве альтернативы, чтобы университет был в состоянии обрабатывать больше студентов. Этот подход, однако, выглядит как совместное пользование ЭВМ, а заочные студенты - как терминалы, подключенные к университетскому городку. Fab Academy же больше похожа на интернет: подключена локально, а управлятся глобально. Сочетание цифровых коммуникаций и цифрового изготовления позволяет кампусу эффективно достигать студентов, которые могут поделиться своими проектами местного производства по требованию.

Американское бюро статистики труда прогнозирует, что в 2020 году в Соединенных Штатах будет около 9,2 миллионов рабочих мест в области науки, технологии, инженерии и математики.

Согласно данным, собранным Национальным советом по науке, являющимся консультативной группой Национального научного фонда, количество дипломов в этих областях не поспевает за числом учащихся в колледжах. К тому же женщины и представители меньшинств по-прежнему значительно мало представлены в этих областях. Цифровое изготовление предлагает новый ответ на эту потребность, начиная с самых истоков. Дети могут прийти в любую из лабораторий и использовать инструменты для своих интересов. Академия стремится сбалансировать децентрализованный энтузиазм движения кустарных производителей и наставничество, которое появляется в процессе совместного производства.

В конце концов, реальная сила «fab labs» заключается не в технической стороне, а в социальной. Инновационно мыслящие люди, которые управляют экономикой знаний, имеют общую черту: они по определению не очень хорошо подчиняются правилам. Для того чтобы изобретать, люди должны подвергнуть сомнению предположения. Они должны учиться и работать в среде, где это безопасно. Каждое из передовых образовательных и научно-исследовательских учреждений располагает возможностями всего для нескольких тысяч человек. Предоставляя комфортные условия для новаторов на местах, где они находятся, данная цифровая революция позволяет использовать большую часть интеллектуальной элиты планеты.

Цифровое производство - это больше, чем 3D-печать. Это развивающийся набор возможностей для превращения электронных данных в предметы, а предметов - в данные. Впереди еще многие годы исследований, прежде чем эта идея до конца воплотится в реальность, но революция уже идет полным ходом. И она задает нам вопрос, на который мы все должны найти ответ: как мы будем жить, учиться, работать и играть, когда любой человек сможет сделать все что угодно и где угодно?

Оригинал публикации: How to Make Almost Anything. The Digital Fabrication Revolution

Опубликовано: 27/10/2012


Додатково:

Гарвардська конференція збирається добряче струсонути систему університетського навчання

"Щодо проблем реалізації Закону України "Про зайнятість населення" від 05.07.2012 р. № 5067-VI".Аналітична записка.