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FAB :MIT教授教你如何做出所有東西
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內容簡介

2014年6月18日,美國總統歐巴馬在白宮舉辦了第一次的白宮Maker Faire,認為「Maker與新創事業以及製造業的升級息息相關」,Fablab便是扮演引領這股趨勢的導航角色;2015年開工第一天,中華人民共和國國務院總理李克強造訪了深圳柴火創客空間,並且辦了一張會員卡;而這一切都始於1998年的MIT。 那年,MIT開設了一堂改變世界的課——「如何製造(幾乎)任何東西」。在這堂課上,你會學到足以讓你製造出任何自己想要東西的機器使用方法以及製造流程;像是吶喊器,它是一個,當你走在街上就是突然很想大叫,只要朝著吶喊器喊其他路人也不會聽到的一種發明;或是需要戰勝它才會停止鬧鈴的鬧鐘;或是其他你很想擁有卻無法在任何地方買到的東西。 在工業革命後,生產了許多可以滿足大部份人欲望的商品;然而,仍有一些非常個人的欲望,在商品化提案的過程中,因為成本、市場因素永遠不會被納入考量。「既然無法買到,那就自己做吧!」秉持這信念,這些人開始走向因為「我自己」需要,所以我靠自己的力量,去學會如何製造出能滿足這個產品的所有生產流程,這就是推動「個人製造」(personal fabrication)這股風潮的力量。 從大型電腦主機,演變到人手一台的桌上型電腦,「電腦個人化」使得我們可以靠個人的力量在虛擬世界中完成很多事;同樣的思考方式,從工廠的大量製造,到現在「工業個人化」,只要一個空間、幾檯機器,我們就能利用這一條簡單的生產線,在硬體世界裡做到幾乎任何自己想做的東西,而這個過程被稱為「自造革命」。 十年前,尼爾.格申斐德預言了3D印表機的風靡全球,而或許我們在未來的某一天,將可以在網路購物平台上購買設計圖以及原料,自己在家、或是鄰近的實驗室做出產品,而不是購買有重量、需要被運送的商品。又比如,東西壞了也不用再買一個,而是將之前的設計圖從電腦裡叫出重新印製,甚至還可以改進上一個設計,自己修改到更接近自己需求的原型! 科技來自於人性,當科技交還給個人的時候,或許我們將可以期待這一波的革命浪潮,會全然改變我們既有的生活方式,走向一個更多創意、更貼近我們需求的世界。 【書籍重點】 ◎自造者運動創始教父——尼爾‧格申斐德的趨勢預言 ◎從MIT一堂「如何製造(幾乎)任何東西」的課,發起一場「工業的個人化運動」 ◎一個教室大小的空間裡,正醞釀著影響全球的力量 ◎未來,我們不需在受限成本而製造的商品中做選擇;我們只需要因我們自己的需求而自造 ◎創立Fablab已成為一個新趨勢,全球Fablab在2015年達到464家,兩年內就成長了388%! 【名家推薦】 ◎Ted Hung(Fablab Taipei 創辦人) ◎Lawrence Lee(ATOM 3D Printer 創辦人) ◎鄭鴻旗(Openlab.Taipei 社群共同發起人)

目錄

推薦序:Fablab Taipei 創辦人 Ted Hung 「自造」的開始 從個人電腦到個人自造 「如何製造(幾乎)所有東西」 過去 文藝復興到工業革命時代的自造能力 硬體 現在 實現中的個人自造 鳥與腳踏車 減法的技術 發明家的育成 加法的技術 建立模型 說明 在工作中玩樂 運算 有意義 測量技術 網絡 網際網路 藝術與軍隊 與世界互動 未來 如何自造與回收所有東西 自造的表情:喜悅 作者後記

內文試閱

「自造」的開始 從個人電腦到個人自造
  過去如果說到電腦的話,指的是大型主機。大型主機的價格昂貴,而且只有大型公司才會購買,通常由專業人員,在特定的房間,執行著重複的工序。回顧起來,當時的小型電腦才剛剛出現,市場的預測價值也非常低,低到現在看起來會啞然失笑的程度。隨後技術的發展將運算功能個人化之後,讓普通人也能在小型個人電腦上執行簡單的計算,結果塑造了完全創新的工作形態與遊樂生活。   然而,製造個人電腦(或者幾乎全部的物品)所使用昂貴的機械工具,依然是於特定的市場,由專業人員,在特定的房間,執行著反覆的工序。若是從剛剛提過的,大型主機到個人電腦的產業轉移來看,這些大型機具也會轉化成為普通人也能使用的個人機具(personal fabricators)。在相同的時點,也就是說,此變革的影響或許更為強大,因為每個普通人都可以使用個人機具,對我們所在的實體原子世界產生極大的衝擊,勝於個人電腦僅是對於虛擬位元世界而已。   一台個人機具是「以製造機器的機器(machine makes machine)」;說起來像一台印表機,可以印出「實體東西」而不只是平面影像。藉由個人自造(personal fabrication),我的意思的不只是製作三維立方體而已,更是整合邏輯,感應器,氣閥與顯示器,任何完整功能系統所需要的東西都能夠被列印出來。如果有個人機具的話,你就不需要購買與訂購自己想要的產品,可以從網路下載或者是自己寫好物件的說明檔,再從個人機具進料:所需的設計圖與原材料的話,就可以直接生產出來。   可編譯的個人機具不只是一種對未來的預測,它們正是一種「現實」。關於未來世界的樣貌,即能從今日的工具裡窺視到。本書告訴了我們一些非常令人讚嘆的工具,以及同樣在世界上令人讚嘆的使用者。本書解釋了可以自造出什麼樣的東西,而且為什麼要自造,如何自造的故事。   我第一次感覺到個人自造的可能性,是透過來自於麻省理工學院(MIT)名為「如何製造(幾乎)任何東西(how to make (almost) anything)」課程中,那些出乎我意料之外的的熱情學生。在MIT裡我領導著原子與位元研究中心(Center for Bits and Atoms, CBA)。CBA裡有十五位左右,來自於物理,化學,生物學,數學,機械與電子工程的研究師資。他們全部,都跟我一樣,永遠不會侷限自己是專攻物理學還是電腦科學,以專業領域分類的基準,做為主要的思考。   宇宙在理論與寓意上都是一台運算電腦。原子,分子,細菌或是撞球也是,都能夠保存以及轉化資訊。如果使用單獨的運算程式語言,來描述物理系統的行為模式,而不是傳統的微積分連續計算式的話,不只能發展出威力更強大的資訊科技,像是量子電腦(quantum computers)。更能針對宇宙的本質產生新的洞察,像是觀察黑洞的長期動態等等。而且如果把世界當作是電腦的話,實際上運算中的科學就等同於科學中的科學。   站在物理學與電腦科學的交叉路口,就讓程式不只是處理位元而已,更可以處理原子層次,就如同網際網路時代,將人類計算與溝通處理數位化的方法論,套在機具上就能夠把個人製造給數位化。最終極的結果,將意味者可編譯程式的個人機具,藉著組合原子的方法,就可以製造所有事物,包括它自己本身。如此一來,個人機具將成為自我增殖機器(self-reproducing machine)。這個點子來自於傳統科幻(science fiction, SF)的經典,不過複製的情況有可能變得更好,但有時卻更糟。   在電影「星艦奇航記——次世代(Star Trek: The Next Generation)」之中,每段故事裡都不可或缺的,存在著所謂「複製裝置」的元素,也就是原則上可以製造出任何東西的機器。它看起來像是巨大的飲料機,最棒的功能就是合成各式各樣的東西。理論上,「複製裝置」的功能來自於機器內建的指示說明書,合成次原子粒子(subatomic particles)以製造原子,原子再合成為分子,最後分子能夠重複組合成為你想要的任何東西。對皮卡特艦長來說,如果向複製裝置說:「請給我熱的伯爵茶」,就會從複製裝置中出現冒著蒸氣的馬克杯,裡面裝著他想要的熱伯爵茶。   在「銀河系漫遊指南(Hitchhiker’s Guide to the Galaxy)」中的亞瑟福特(Arthur Ford)就沒這麼幸運,他得要忍受性能不佳的「營養複合機械(Nutri-matic machine)」。所謂「營養複合機械」指的是用頻譜分析亞瑟身體的新陳代謝,從腦內味覺中樞找出並推測亞瑟想要的飲料是什麼,代替複製裝置內的分子指示說明書。跟皮卡特艦長一樣,亞瑟的飲料也從分子的組合中合成。只不過在營養複合機械之下,必然的結果就是,一個塑膠杯中被填滿了頂多算是像紅茶的液體吧,但是味道卻遠不及真正的紅茶。   兩個故事中沒有違反任何的物理法則,也就是說,可編譯的原子層面的合成物,已經在實驗室裡實現了。(只要是你的味覺可以嘗過幾個原子就能夠判別味道的話。)   為了研發真正能用的個人機具,我跟我在MIT的同事們組合了「以製造機器的機器(machine makes machine)」的一連串機具鏈結,現在看來雖然還非常龐大。這些大型機具包括了超音速的水刀,強力的雷射光線,或者是纖細的原子光雷射,全部備齊才能完全符合配置,也才得以製造出來,嗯,幾乎任何東西。不過我們也瞬間就發現了,如果學生需要花費一輩子的時間才能學會如何操作每一台機具,他們從組合機具到系統運作為止,卻只能得到少數的實際操作經驗。所以我們想,為什麼我們不提供一學期教導使用全部機具的入門體驗課程呢?   在1998年我們第一次嘗試教學「如何製造(幾乎)任何東西(How to Make (almost) Anything)」的課程。   這個課程的目標是小群的研究生,他們會使用這些機具,製作每個人研究中所需要的實驗工具。所以當我們只能收10名,卻湧進100名學生的情況時,的確感到非常驚訝。同時,他們也不是我們期待中的工學院學生;有許多藝術家與建築師混進工程師之內,而且他們還異口同聲的說:「我一直期待著想上這樣的課程」,或者「如果可以修這門課,我願意做任何事」。他們最常問的問題是:「這好像對MIT來說太過有用了,你們真的被允許在這裡教書嗎?」   MIT的學生們通常不會在課堂中這樣說這種話,所以這其中一定有什麼問題,還是我教授的其他課程有什麼問題,自問自答的結果讓我開始懷疑是後者。   讓我第一個驚訝的是,有興趣修課的學生來自於(對於MIT來說)相對技術經驗比較少的同學。接下來,他們修課的動機也讓我很驚訝。幾乎是沒有人為了他們的研究而來修課。相反的,他們是因為一直想要做出某種東西的個人欲望驅動?,而想創作出來的東西現實上還不存在。範圍從實用(一台需要摔角贏了才能關掉的鬧鐘),讚嘆(給鸚鵡用的網路瀏覽器),到有點奇妙的東西(盡情狂叫的個人攜帶空間)。他們的發想沒這麼專業,而是非常個人。他們製作的目標也不是要出版論文,不是申請新型專利,也不是為了銷售某項產品。相反的,他們的動機來自於創造專屬於自己的發明品,而且只供自己使用。   第三個驚訝是這些學生們自己組織起來的成果。比起研究尖端工程科技的學生來說,研究藝術或工藝的學生還比較適合去製造完整的工作系統。因為要做到這樣的水準,需要包括從設計實體物件造型,使用電腦控制的機具(CNC),到產出立體線條的時候必須加入或是移除材料等等完整的技術能力。不僅如此,還有物件內部的電路邏輯功能,包括設計與建構嵌入式電腦晶片到電路板之內,同時處理與其他裝置間溝通的輸入與輸出界面。傳統的業界觀點下,這類型的工作系統需要一整個團隊設計與生產。而且傳統觀點裡的團隊裡,不會有一個人可以全部做完這件事情,即使有一個人願意這樣做,團隊也不會允許。所以「個人尖叫科技」,不像是在行銷會議中會讓大家的腦袋中浮現的產品計畫(或許團隊開會的時候,有人會私底下想要這個東西)。   我最後的驚訝在於學生們如何從過去經驗中學習,刻板印象中的工程師不會同時擁有設計與製造的雙重技能,以獨立完成一項專案;也沒有單獨的課程或者是一位老師,可以涵蓋了這麼多高度異質性的使用者與機具。學生的學習方式確實跟過去不同,他們的學習過程不是從知識的供給開始,而是純粹從個人需求開始。一旦學生們學習了新的技能,像是水刀切割或是微控制器編譯,他們就像是傳福音的傳道士,會把自己的技能秀給其他的同學看。當他們為了個人專案的需求而需要增加新的技能的時候,就會自己的同學一起學習,當學會之後也會教其他的人怎麼做。而且,這樣的狀態發生在忙著使用機具之後。一旦忙完之後,他們自己會形成指導者,教導其他的學生使用機具,如此的學習與教導模式會持續約一個月。不過在這之前他們需要專心,不能被任何文件作業所打擾。如此一來,學生們在學習技能的時候所留下來的資料,會形成延伸性的課程講義。整個過程也因為是有需求,再教導,被稱為「及時(just-in-time)」教育模型,;不是傳統上稱為「以防萬一(just-in-case)」的教育,教導學生一個固定的課程,先教以後可能會有用的知識。   一連串的驚奇像彼此已經決定好,每年在同樣的課程中上演。我開始理解學生的想法,他們不只是想要來上課而已,而是發明在實體製作中關於「素養(Literacy)」的概念。現代觀念下,所謂的「素養」被理解成狹隘的「識字與讀書的能力」,但過去在文藝復興時期中,這個字卻涵蓋了更廣泛的含義,意指各式各樣的表現能力。然而,實體製作卻在博雅(Liberal Art)學習中被拋棄,推到了僅僅是實現商業的表現手段而已。學生們正在矯正歷史的錯誤,藉由數百萬美元的機器表現出科技的博雅學習,讓每個位元的存在,就如同十四行詩或是畫作一般美麗。   今天很少地方使用如此的機具進行玩樂,而不是用於工作。機具最終仍會被整合,成為一般消費者可以負擔的商業版本。未來會真實地表現出工業的原始狀態,遠早於工藝(art)與工匠(artisan)分離之前的時代。也就是每件物品都是由個人完成,而不是一群人所生產出來的結果。現在我們認為理所當然的方法,實現以大量生產為主的基礎建設以及生產方式的話,製造專業不會被當成工作,比較像是為了生存(活下去)的手段。農用機具,廚房用品,到武器與盔甲,製作範圍都是在家庭附近而已。如今家庭製作的目的,不是在客廳裡「大量生產」攜帶用的個人尖叫工具,也不是體現拓荒時代的困苦生活,而是從科技使用者所擁有的技術創造能力,重新回到個人自造的手上而已。   「製作個人化」與「電腦個人化」兩方有高度相似性,而且對我們人類來說充滿著未來預言。記得大型主機曾是巨大的野獸嗎?1949年的大眾機械(Popular Mechanics)雜誌中,曾經預言將來電腦大型主機可能會縮小到1.5噸以下。數位設備公司(Digital Equipment Corporation, DEC)也曾經把一個房間大小的電腦主機縮小到桌面上,當時他們稱自己的電腦為程式化資料處理器(Programmed Data Processors,PDPs),而不是用「電腦」這個名詞,因為他們認為「電腦」市場是非常侷限在專業用途,所以將此裝置稱為迷你電腦(mini computer)。在1964年DEC刊登廣告的時候,記載?令他們驕傲的宣言:   「2萬7千美元。過去只能買到核心記憶體的價格,現在可以買到PDF-5電腦。」   雖然說是低價,跟現在的個人電腦比較起來還是太貴,不過如果比起當時的大型電腦主機來說還是很便宜。而且不只有大企業可以購買,一小群的使用者也可以購買迷你電腦,所以使用目的就從大企業轉移到個人。雖然PDP最後的確是縮小到桌上型尺寸,但是開發PDP的工程師完全沒有想像到普通的「個人」也有使用電腦的需求,所以DEC最終還是沒有實現它。DEC的總裁肯歐森(Ken Olsen)在1977年的時候曾經說過一句話:「完全沒有任何個人會在家庭裡使用電腦的理由。」   現在,每個家庭裡都有一台電腦,但是DEC這間公司卻已經不存在了。   驅動電腦進入家庭的力量,就是所謂的「殺手級應用(killer apps)」。「殺手級應用」會讓人們只為了執行應用程式,進而購買整套硬體工作系統。經典的殺手級應用像是傳統的試算表「VisiCalc」,它讓1979年的Apple II從個人嗜好用品轉身一變成為商業機器,也形成IBM進入個人電腦事業的契機。在1983年,VisiCalc的後繼者,Lotus 1-2-3,成為普及IBM個人電腦的原動力。   「如何製造(幾乎)任何東西(How to Make (almost) Anything)」課程之中,學生們使用的機具大概就像大型主機一般,大約一個房間大小而且成本高達數百萬美元。但是,不管機具的大小與價格,個人自造的殺手級應用指的不是滿足普羅大眾的需求,而是滿足自己個人的想法與欲望,每年都在證明這一點。有的學生讓鸚鵡使用網際網路,其他學生做出確實可以叫人起床的鬧鐘。不過沒有一個學生需要說服其他人這點子有著什麼樣的價值(像是實作之前的企劃會議),也不需要取得誰的承諾,他們只是創造出來想要的東西而已。   讓個人電腦成真的創新來自於積體電路(IC)的發明,積體電路可以發展形成電腦的心臟,也就是稱為微處理器的裝置成為一塊矽晶體晶片。如果我們將整個房間的機具功能往桌上型發展的契機,就數能列印出「機能性材料(functional material)」的印表機。傳統噴墨印表機的彩色墨水匣裡有青色,紅色,黃色與黑色的墨水容器,可以混合各色墨水的極微細墨滴,精確的複製各類型的影像到紙張上。現今的研究室裡有類似的特殊墨水,可用來列印絕緣體,導體與半導體,直接形成印刷電路版。類似的機能材料如果組合在墨水匣內,這樣的話不只是影像,任何物件都可以精確的被複製列印出來。在MIT裡我們有個笑話,現在開始要認真以待:   「當一個學生的畢業論文可以自己被印表機印出來的話,就可以畢業了。」   也就是說,不僅是印出來論文的紙而已,也必須製作論文被印出來的個人機具(印表機)的心臟與腦袋才行。   最終,不只是印表機可以噴出材料粒子,還需在材料本身內建物件組裝邏輯,也正是我們人類身體組裝的方法。人體中有一台稱為被稱為核醣體(ribosome)的分子機器,能夠解讀基因裡的指示說明,形成一連串的工序,從20種氨基酸裡,製造出所需要的蛋白質。在生物組裝邏輯中發現的事實,實際上約有數千億年的歷史,也是生命進步的基礎。現在研究個人自造的目的,就是如何在機能性材料中做出一樣的事情:經由程式將機能性材料成為微細構造的集合體,創造基本的數位製造流程。這個流程會匯入已被結構化的材料,從個人機具之中體現出來。現今的機器大概需要空氣,水力與電力的供給。如此說來,一台數位個人機具也會需要使用到導體,半導體與絕緣體的原料補給吧。   不像是現在的機具,組裝好的物件因為是從固定的組件所構成,所以個人機具也能夠分解已組裝好的物件,就像小朋友玩積木一樣。數位製作的相反,即是數位回收(digital recycling)。數位材料所建構的物件,已經內含了組裝時的必要資訊,而且也已經被定義好解構方法,所以如果讓組裝的流程反向運作的話,就能把物件分解,成為可回收利用的原料。   我們正站在數位革命(digital revolution)的最前線。先前對溝通與運算的數位化革命,允許低信賴度的組件執行高信度的訊息傳遞與運算功能;自造的數位化也將經由不完美的組件,與不斷修正錯誤的組裝流程,最後形成大型物件。   在這裡我們再次回到大型主機的邏輯。大型主機過渡到個人電腦的必要關鍵是迷你電腦(mini computer),個人製作的流程也會有非常類似的結果。現在已經可以估算將數千美元的大型機具轉移到桌上型機具的進程,因為不管是時間上與空間上的個人製作工程研發,已經變得非常便宜。   首先說到空間上的技術。一台便宜的CD播放器中,雷射讀取頭與CD的距離頂多1微米(micron),也就是一公尺的一百萬分之一。此精度如果配合電腦控制切削機(CNC)的話,就可以用同樣的解析度進行三次元的雕塑,在人類視覺容許的範圍之下,切削不要的材料成為立體造型。舉例來說,這類型的工作機可直接切割與加工電路板,與極微小電子組件的精度相同。   接下來是關於時間的技術。一元美金的嵌入式電腦晶片可處理一微秒(microsecond)間的指令,也就是百萬分之一秒的速度。拿來產生溝通訊號與控制螢幕的硬體來說,已經是綽綽有餘。這類型的晶片也可以使用程式來控制多種不同的電路板。   每一天,使用類似時間與空間的技術方法會越來越方便,意思是相對便宜的機具設備(以MIT的課程當作基準),進行數微米精度的實體造型與數微秒運作的邏輯電路已經不是問題。這樣的實驗室的機具組合,比起剛剛所說的印表機墨水(機能性材料)而言更容易入手,包括紙類切割機可以切割電路與內嵌式電腦晶片所需要的銅箔。但是,MIT的學生們更證明了這些部件可以組合成一套完整的功能系統。最後成果幾乎就是已經整合完成的個人自造機功能,可以讓消費者得以驅動科技,自己發明自己所需要的科技。   迷你電腦已經展示個人電腦的最終用途,即是文字處理器,電子郵件,網際網路。此類型自造技術的進步,使得個人電腦能夠被簡單的製造,終究造成了個人電腦普及的主因。若我們順著個人電腦與個人自造的發展邏輯,我想如果可以部署先期個人自造機的話,我們就可以探索個人自造機的用途。所以在全部的研究完成之前,我們就在校園外設立營運個人自造空間來觀察看看。   從這個想法中發展,我們開始了在校園外設置「自造實驗室(FabLab)」的專案,為了探索個人製造的意義與用途,也為了那些沒這麼幸運可以到MIT的人得以接觸個人自造。如同字面所表示,「自造實驗室」可以解釋成為「個人製造東西的實驗室(lab of fabrication)」,也可以解釋成為「超棒的研究室(fabulus lab)」。如同迷你電腦裡面的部件,微處理器,卡帶與打孔機組合相同,自造實驗室將製造東西所需要的軟體或是流程,成為市面上可以入手的機具或是其他要素的集合體。第一世代的製造實驗室裡面的雷射切割機,能切成二次元零件之後,最後組合成為三次元構造體。紙類切割機裡由電腦控制的刀片可切割軟性電路板或是訊號天線等等。數位控制銑床可以切割硬質電路板,也能夠三軸迴轉精密切削立體物件。高速的微控制器則是可以讓程式寫入邏輯電路。比較起過去的PDP迷你電腦,此機具系統系統可被稱為程式化材料處理器(programmed material processor, PMP)。但是此系統機具構成並沒有固定的系統設定,不論哪種自造實驗室都能夠更換具有個人製造要素的機械,直到最終長期目標的實現,也就是機具系統的自我增殖。   藉著全美科學基金會(NSF)提供CBA的支援,將研究資金投資在自造實驗室上,不過NSF若要提供類似CBA的機構資金的話,研究活動中就必須要接觸到教育才行。雖然說是教育活動,幾乎只是限制在當地的學校開課,或者是把研究成果揭露在網站上。即使是如此,CBA的同事與NSF的負責人討論的結果,雙方同意在自造實驗室專案上,我們不只是在MIT裡開課,而且我們也讓所有的普通人,擁有MIT的研究資源,體驗數位製造東西的過程。   2002年開始的自造實驗室,初步到了印度的鄉間,哥斯大黎加,挪威北部,波士頓的低所得居住區與迦納。每一個地點的初始設置費用約2萬美金,主要關於機具與消耗品上的開銷。這初始費用將來會因為技術的進步而進一步降低,所以第一世代的自造實驗室並沒有期待一開始就可以獨立自主。讓我驚訝的是在外部活動時收到各地,即使在如此昂貴的初始價格之下,也想要建置同樣的自造實驗室的請求。   自造實驗室專案的長期目標,即是調查當地製造現場最需要如何的工作機具與程序,而且我們幾乎是一邊摸索著一邊準備營運。跟MIT的學生一樣,當地的反應也非常快速。我們幾乎是馬上停止在幾個比較遠的實驗室的工作,因為我們發現世界上幾乎每個地方都強烈需要與MIT同樣功能的自造研究室,自造範圍也非常廣泛,全世界到處都有個人自造的專案在進行著。印度西部的帕巴爾(Pabal)希望利用自造實驗室,研究牛奶的安全性到農機具用引擎的效率等等的測試儀器開發。在恆河岸邊的蓖圖(Bithoor),當地女性想要將生產地方名產刺繡(Chikan)必要的木雕塊,能夠經由3D掃瞄之後印製而成。住在挪威北部靈恩(Lyngen)阿爾卑斯的山米賀德斯(Sami Herders),想要能夠收集可記錄動物活動的無線網路與無線標籤(RFID)。迦納當地住民要求的是直接從太陽能作為動力能源的機械。波士頓低所得居住區的小朋友則想要利用自造實驗室,將廢棄物轉變成為可供銷售的珠寶。   我們看待使用電腦與否所決定的「數位鴻溝」,的確存在於進步國家與開發中國家的中間,我們則從以上例子才理解,應用在製造與檢測的工作機具上,更為明顯深刻。桌上型電腦在原本沒有桌子的地方顯得毫無用處。國際救援機關常常必須要建置收納個人電腦的空間,做完之後也常常放著不管。要適當活用電腦的能力的話,不只是要了解電腦位元所建構起的虛擬世界,而是必須要理解由原子構成創造,測量以及加工的實體世界才行。自造實驗室即是代替資訊科技(IT)能夠證明這一點,並且推廣到一般大眾,理解到自己也能夠研發資訊科技(IT)。利用自造實驗室將可以解決當地原有的問題,進而開發與建構地區性的資訊解決方案。   長久以來世界各國在科技發展的偏離,常常反應出各國對於科技的歷史觀點,仍舊抱持著科技進步必須從低階技術到高等科技的先入觀。自造實驗室的經驗則讓我們明白,最需要發展高度科技的地方卻是世界上最低度發展的地域。我帶著這樣的想法訪問了華盛頓特區,拜訪了世界銀行到國家科學學術會,美國聯邦議會與國防部。自造實驗室的存在則挑戰與質問了以上這些機構建立的,所謂發展未開發國家基礎建設的假設。巨大資金所投入送電腦到全世界各地的花費,相反的,若是可以讓當地自造電腦的方法給取代,是不是會更好。給予小朋友學習已發展完整的科學知識,相反的,若是可以讓他們發現與實踐科學知識的工具與裝置給取代,是不是會更好。利用最先進的科技,與其製造高性能的炸彈,相反的,若是幫助未開發國家建立良好的社群,是不是會更好。   這幾段旅程中我找到的問題在於,幾乎沒有一個機構知道如何資助這類型的工作,因為這完全不像在美國國防部辦公室會擬定的「阻擋戰爭發生的高科技機構」專案。在未開發地域中資助個人自造的設備,在傳統的科技發展基金觀點看起來,這個目標太過狹隘直接,如果以普通的非營利組織或是資助團體的觀點來說,專案的目標效果也非常不切實際。我能找到的最接近案例,是通常是由女性經營,在發展中國家資助小規模貸款融資制度以支付小額信貸。這種小額融資可用於購買行動電話等資產,進而增加收入源。但是融資的對象如果是「發明」的話,這樣的小額融資組合就可能不可以成立了。未開發地域所需要的是技術優良的創業家,而非銀行家。不過這也不是什麼秘密,因為優秀的技術創業家會育成,整理與保護點子,組織經營團隊以及架構商業模型。   個人電腦與個人製作在歷史性的相似性,讓我們也得以看見未來個人自造在商業模型的指引。初期商業軟體的發展是由大企業寫給大企業所使用的,因為只有他們才能負擔大型主機的運作費用。個人電腦普及之後,每個人都可以是軟體開發者,大企業則是開發以及散佈大型軟體,特別是操作系統(OS)的開發,開發目的也是提供給其他程式運作。最終,個人電腦的技術發展會形成電腦網絡(network),伴隨著技術進步而出現的社會工程,也就是電腦網路會形成分散式的,個人化的極端複雜軟體,也就是人際網路(human networks)。   程式設計師撰寫人類看得懂的原始碼,而原始碼能在個人電腦變換成為電腦看得懂的機械語言。商業軟體的公司會保護自己的原始碼,而將機械語言分配給他們的客戶。但是獨立開發者會將自己寫的原始碼分享給線上社群,事實上經由這樣的合作的話,這些人根本不用實際見面,也能完成個人等級無法做到的大型軟體專案。像是Linux操作系統,就是所謂的「開放原始碼」社群中產生出來。學術歷程的進步也是因為研究者會引據其他研究者的論文,當做理論基礎。同樣的,程式設計師藉著開放自己的原始碼,在地球的另外一端會有人對於原始碼進行修改,讓軟體更加進步。   「開放原始碼」的世界裡,即使擁有任何一台電腦或者是程式的所有權,也不存在著獨立的商業模型(business model)。如果真的要有商業模型,就要站在開放原始碼的基礎之上建立內容,或者是提供服務等附加價值。不論過去或現在,能夠獲利的電腦公司都會提供免費的軟體,然後改變他們的生產的角色,成為解決問題的人(以獲得對等的報酬)。   比對起個人電腦的世界,工業生產的世界也在長久以來在所有權的意義上,將生產過程之中的工人與僱主一劃為二。但是如果能夠簡單的入手所謂的工業生產方法,也可以免費獲得設計圖的話,硬體也有可能走上與開放原始碼軟體同樣的道路。「開源硬體」也如同「開源軟體」,一開始會從簡單的功能開始,然後這些自視甚高的工業生產公司,他們並不相信個人製造機的「玩具」能比上他們的「真實機具」的時候,工業生產的未來將會被個人機具所取代。玩具與真實機具兩者的界限會逐漸消除,現在的機具市場也會逐漸進化,成為從製作者到消費者的連續供應鏈,提供一個人到十億人的廣泛個人機具服務的市場體系。   這樣的產業變化例子,已經發生噴墨印表機之上。在雷射印表機出現之後,原先在大量商業用途所使用的噴墨印刷品質,如今在個人與家庭中也可以擁有。對工業用印刷機來說,最重要的處理能力,也就是每一分鐘印刷頁數的數量越多越好。而雷射印表機的發展走向技術規模曲線的狀況,正是業界的隨選需求(on-demand)的高速工業用印表機的需求所驅動。相反的,在惠普公司(Hewlett-Packard, HP)裡的工程團隊有過一個點子,可以噴出單顆墨水粒子,還比用雷射印表機中預先用滾筒印在薄板上的印刷方法,來得更漂亮,成本也更便宜。這些工程師們認為,噴墨印表機的印刷速度雖然比雷射印表機來得慢,但是對照起一般家庭的需求,應該是高品質圖像比印刷速度來得重要。這些工程師在HP公司裡被當成異議份子,也被趕出帕羅奧圖(Palo Alto)的總部,遷到奧勒岡州的科瓦利斯(Corvallis)繼續研究。剩下的產業歷史就不用我多說,相對於雷射印表機來說,製造與販賣噴墨印表機裏面的墨水匣成本比較低廉,等於合法的印鈔機一般,非常賺錢。噴墨印表機不是用來取代工業印刷,它其實是創造另外一個全新的,以及巨大的市場  不是速度,而是以高品質與易入門所驅動的市場。   類似的流程,我所提及的個人機具是給個人使用,而不是用來大量生產。個人機具的研發的確是源自於產業需求,也就是進入大量生產之前的快速成型開發,得以在最早的時間可以找到錯誤,以免在大量生產出錯時,需要投入更多的改善成本。大型機具的開發導致快速成型機具幾乎已是無人聞問,在機具展所展示的巨大的切割機,壓縮與製模等佔領了機具供應鏈中最上游的部分。但是如果這個市場只有「一個人」的話,「原型」即是「產品」。大型工作機具會繼續在大量製造的思維中繼續存活,製造出一樣的螺絲與掛鉤,還比獨特的一根螺絲來得有市場價值。另外一方面,小型個人機具應該就只能存在於個人自造課程與自造實驗室裡,用來製造具有差異化與獨特的產品。   對於個人自造的最大障礙,不是技術問題;技術上早就已經證明可行。也不是人材訓練的問題,在麻省理工學院裡也證明這一點,也就是立即的個人對個人(Peer-to-peer),也就是工作夥伴間的教學以及專案開發的方式也是可行。最大的限制在於對「個人自造」這項議題上單純的知識匱乏。這也就是為什麼有這本書的原因。   本書的故事裡寫了個人自造的先驅使用者,以及他們所使用的個人機具的種種。因為使用者與工作機具這兩件事情都是非常讓人驚訝,於是我們在兩兩成對的章節中,混合了雙方的故事,使用途徑以及實現過程。不只是敘述誰做了什麼樣的事情,同時也會說明他是用什麼方法,如何做到的,就如同我們在麻省理工學院以及其他田野裡所做的課程導論一樣。也就是說,除了演練的實習之外,本書的內容與麻省理工學院的講義幾乎一致。最後一章的「參考文獻」則是將詳細的說明,若要實現本書所敘述的例子的話,所需要的產品,程式與過程。   本書有共同的「Hello World」製作案例。「Hello World」 範例是1978年在貝爾實驗室裡,使用當時最新的C語言所做的使用手冊裡,刊載了如何寫一支簡單的程式語言,就能夠讓電腦輸出「Hello World」字樣。看起來雖然很無聊,做做看的話意外的還滿有趣。因為如果要寫「Hello World」的話,必須要理解基礎的程式書寫方法,寫好的程式經過電腦編譯(compile)後顯示。自此以來,「Hello World」已經成為新的程式語言的固定入門章節。美國計算機學會統計過,現在從A+到zsh的204種程式語言裡,都有「Hello world」的入門範例。   程式語言裡的「Hello World」程式與本書的例子之間的差異在於,因為要能同時處理虛擬位元與實體原子兩方面,所以不只是對著電腦下指令而已,也同時包含了材料上的指令。不過原則上相同:例子會顯示出最必要的技術規格,以及讓機具執行指令的操作方法。本書裡的所有的自造案例就如同你所見,幾乎任何人,都能夠正確地,掌握任何東西製作方法的全貌。     我的希望是讓「自造」能夠啟發更多人,在製造科技上開始創造自己的未來。我們已然經歷過數位革命,但不是一直都需要擁有它。個人自造會帶領人類,從已經發明的數位世界進入到我們現在所居住的實體世界。當企業家,工程師以及評論家大軍在討論下一個殺手級應用的同時,我們正在製作所需要的培養皿,正經由個人自我製作而實現電腦世界創造以來最大的發現。

作者資料

尼爾.格申斐德(Neil Gershenfeld)

MIT位元與原子中心總監,物理學家,1998在麻省理工學院開了一門課,教授「如何製作(幾乎)任何東西」,之後受邀在TED演講討論實驗工坊。曾撰寫許多與技術刊物、專利以及書籍,包含《當鞋子開始思考:數位革命退場,數位演化發燒》(When Things Start to Think)等。

基本資料

作者:尼爾.格申斐德(Neil Gershenfeld) 譯者:蔡敦仁楊仕音 出版社:行人 出版日期:2015-07-28 ISBN:9789869158534 城邦書號:A1490019 規格:平裝 / 單色 / 256頁 / 14.8cm×21cm
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