数字制造的起源兴起,离不开这几位科学家,有一位是中国人!

尼尔·哥申菲尔德是美国麻省理工学院比特与原子中心主任、FabLab创始人。

尼尔早1998年的时候,在麻省理工(MIT)开设了一门课程,叫做how to make almost anything,就是《能够制造几乎任何东西》。这既是一门课程,同时也是一个理念,就是未来我们能否通过一种方式,把任何东西都制造出来。另外这也是尼尔的课题研究的一个方向,是美国自然科学基金支持的一个项目。全球所有的FabLab实验室都是基于这样一种研究和思考理念建立起来的。

那么为什么会有这样一个思考呢,是因为3D打印。

3D打印是在很早的时候,人们对于有没有一种方式把这个世界通过打印的方式来呈现出来的这样的思考所促成的。其实它的产生科院追溯到上世纪的1981年。3D打印不是一个新东西,而是已经很“古老”了,有三十多年的历史。

数字制造的起源兴起,离不开这几位科学家,有一位是中国人!_第1张图片

这个人叫作查克·霍尔,Chuck Hull,被称为3D打印之父。

他于1986年在美国专利局申报并获得了一个专利,这个专利就是如何去做3D打印机。在此之前,其实早在1981、82年的时候,美国在3D打印领域的研究已经有很多的成果。这样的技术在最近数年在国内才渐渐为人了解,并且每个FabLab实验室都使用,对于中国内地而言,它仍然是一个新事物。

3D打印即快速成型技术的一种,它是一种以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型,后逐渐用于一些产品如零部件的直接制造当中,显出日益广泛的工业和商业化应用。

3D打印技术产生后,曾在学术界引起了很大的轰动。世界上很多地方都在研究,基于这项技术人们普遍思考这是否是一个可以打印的世界(Printed World);另外是说是否有3D打印的一个革命,未来世界是否可以通过3D打印的方式去打印出来。所以在上世纪80年代,很多科学家在思考这个问题,包括美国麻省理工学院也在1993年获得3D印刷技术专利。那么对于这样的思考,最后得出的答案之所以是肯定的,就是因为数字制造。3D打印它是一个数字制造的过程,通过数字化的方式来制造这个世界。

3D系统公司制造早期3D打印机原型机

那么,如何理解数字这一概念呢?生活中我们经常会接触诸如数字电视、数字电话、数字通讯等概念。数字的产生是一个标准化的过程,有两大基础:数字通讯和数字计算。所谓的数字通讯,就是在早期它是一个模拟通讯的概念,后来才有了数字通讯。从模拟到数字,就是我们看到的模拟电视—数字电视、模拟计算机—数字计算机。以前是模拟制造,那么现在就是数字制造。

模拟是怎么理解呢?例如我们平时说话,人能互相听到声音,是因为声带的振动引起了空气的振动,空气将这种振动模拟下来,把它传递到人的耳朵当中。后来被耳朵鼓膜的振动又重复了一遍,所以它是不断重复这种振动,称为模拟。但是如果人离得很远,或者有噪音的时候,那就听不清楚了。如何解决这个问题?就是把这个声音的振动数字化,变成一个一个不可变化的信息信号,通过电流传播。所以这就是一个数字通讯的概念,同时数字计算也是一个概念。我们现在所有的计算机都是数字计算机,但其实在三、四十年前都是模拟计算机。那么数字通讯和数字计算共同奠定了数字制造的一个基础。

数字通讯的奠基人克劳德·艾尔伍德·香农

在此过程中,有两位非常重要的科学家:第一位叫香农,一位伟大的物理学家,他就是数字通讯的奠基人;第二位叫诺依曼,冯·诺依曼,是奥利地人,他提出了数字计算的概念,现在所有计算机通讯技术都是基于诺依曼建立的。

在制造领域,有一个非常重要的科学家,奠定了数字制造的基础,这个人被称为道格拉斯,他是MIT的一位教授。这是一位华人科学家,孩童时在武汉待过5年,后来在七、八岁的时候随父去了美国,后来在麻省理工学院(MIT)一直做数字制造。他是在MIT提出了数字制造这样一个概念。

如何理解数字制造呢?

譬如,以前的制造像鲁班,他是一个能工巧匠,虽然很厉害,但总是自己动手去刨木头。即使后来瓦特发明了蒸汽机,虽是通过机器去生产,但机器还是需要人手来操作的。而数字制造的概念是说,我把它标准化,我用机器来操作这个设备就可以了。所以基于道格拉斯的想法就产生了人类历史上第一台数字机床。

后来这么一台很大的机器,就是一个计算机。因为计算机控制这个机器来运作,所以不需要通过任何的手工来制造,只要把人的想法转变成机器可以理解的代码,让这个代码去驱动这个机器。于是就产生了数字制造。至于数控机床,后来发展到1955年,麻省理工(MIT)就研发了人类历史上第一个数控机床(如上图)。它是奠定了数字制造的一个基础,也是一个开端。那么数字制造经过这么多年的发展,现在技术已经非常非常成熟了。

这是2016年在深圳开的一次FabLab学术年会上,华中科技大学华工启明星FabLab实验室创始人韩青江博士和美国麻省理工学院比特与原子中心主任、FabLab创始人尼尔·哥申菲尔德的合影。华工启明星FabLab实验室是美国麻省理工FabLab授权认证的中国华中地区唯一纳入全球FabLab网络体系的标准实验室,成立于2015年3月。

华工启明星FabLab实验室依托美国MIT FabLab国际创客教育资源和中国华中科技大学教研团队拥有成熟完善的少儿科学创新课程体系以及成熟的市场运营模式,现正面向全国寻找合作伙伴,一同开拓少儿创客教育事业!

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