如果要頒一個3D界的奧斯卡獎,那麻省理工應該算是當之無愧的獲獎者,從可控的表面紋理變化4D打印技術,到發明玻璃3D打印方法,多材料打印系統MultiFab,3D打印液壓機器人,materiable的人機互動動態顯示技術,納米級DNA基因3D打印,打印“會呼吸”的服裝,推出將對智能設計產生巨大影響的Cilllia毛發建模平臺,發明比現有系統快1000倍的三維掃描,3D打印自愈合塑料,以及推出多材料3D打印設計軟件Foundry等等,麻省理工正在對3D界發生深刻的影響,每一項創新都讓人腦洞打開。
而不僅僅通過自身的發明與研究對科技界產生深遠影響,麻省理工還有著另外一個利器:麻省理工科技評論,從意見領袖的角度每年都會公布“十大突破技術”,并預計其對人類生活和社會的重大影響。這些技術代表了當前世界科技的發展前沿和未來發展方向,反映了近年來世界科技發展的新特點和新趨勢。近期,麻省理工科技評論公布2016年十大突破技術,我們來看一下這些技術與3D界是否有著一定的關系。
圖片來源:SpaceX
相關指數:中等
技術1 :免疫工程
突破技術:殺傷性T細胞可被用來消滅癌癥。
重要意義:癌癥、多發性硬化癥和艾滋病毒(HIV)都可以通過免疫系統工程進行治療。
主要研究者:賽萊克蒂斯、朱諾治療、諾華
基因工程改造的免疫細胞正在挽救癌癥患者的生命。人體內的T細胞(即免疫系統中所謂的殺傷性細胞)可以識別和殺滅入侵者,而通過基因技術制造的工程化T細胞,可以識別、攻擊特定的病毒細胞,且具有記憶功能,可以對病毒進行永久阻斷,即達到所謂的“功能性治愈”。這項技術不僅僅限于癌癥或者白血病,通過免疫系統工程治療疾病將是未來醫學的一個主攻方向。
這與3D界的確是相關的,MIT麻省理工就已經開發出納米級DNA基因3D打印,如果是單鏈的DNA并不會形成雙螺旋結構,而是以一定的空間扭曲存在。麻省理工的科學家正是利用了這一點,通過通過一個巧妙地算法來設計DNA中A、T、G和C堿基的位置,使DNA堿基扭向指定的方向,或者說是讓DNA 單鏈進行足夠的彎曲和纏繞從而形成一個3D 幾何結構。
另一方面,生物3D打印技術在制造復雜3D人體組織結構方面具有潛力。微流控系統可以為3D 組織提供營養、氧氣和生長因子。未來,先進的生物3D打印機不僅可以打印微流控平臺,還可以同時在微流控平臺中直接打印出定制化的微觀人體組織。
而Autodesk也在舊金山9號碼頭(Pier 9)設立了生命科學實驗室,研究數字生物學, 并且在這一領域取得可喜進展。歐特克公司為科學家創建了類似 CADnano這樣的工具,用于設計三維 DNA 折紙納米結構。它還發布了Cyborg項目,作為一個基于云計算的平臺可以提供分子建模與仿真等服務。
相關指數:中等
技術2: 精確編輯植物基因
突破技術:能夠便宜、 精確地編輯植物基因組,不留下外源 DNA。
重要意義:提高農業生產率,以滿足日益增長人口的需要。到 2050 年世界人口預計將達到 100億。
主要研究者:塞恩斯伯里實驗室、首爾國立大學、明尼蘇達大學、 遺傳與發育生物學研究所
基因編輯技術 CRISPR為改造農作物提供了精確方法,可以使它們提高產量、更有效地抵御干旱和疾病。過去一年的研究表明,這樣編輯過的植物沒有外源 DNA 的蹤跡。中國已經用它來創建抗真菌的小麥以及提高水稻產量。 CRISPR 作物是否將受轉基因作物同樣的法規監管目前還并不明確。
相關指數:低
技術3: 語音接口
突破技術:將語音識別和自然語言理解相結合,為世界上最大的互聯網市場創造切實可用的語音接口。
重要意義:通過打字與電腦互動是非常耗時和令人沮喪的。
主要研究者:百度、谷歌、蘋果、Nuance 通信公司、 Facebook
中國是發展語音接口的理想市場,因為使用微型觸摸屏來進行漢字輸入十分麻煩。不過,隨著百度在語音技術方面的不斷進步,語音接口變得更為實用和有效,人們可以更為便利的與身邊的設備進行互動。百度的深度語音識別系統(Deep Speech 2)包含了一個非常大的、“深”的神經網絡,它引入了數以百萬計的轉錄語音。有時它在識別漢語語音片段方面,要比人為識別更加準確。
在硬件的研發方面,電路設計的快速迭代無疑是非常重要的,Facebook的老對頭谷歌已經研究了很長時間關于模塊化電路的項目,核心理念也是3D打印模塊,這些模塊可以組合起來用于多種用途的電路。
Facebook也收購了Nascent Objects,在3D打印平臺的幫助下,Nascent Objects正在重新定義我們所用的小型電路的產品生命周期。Facebook希望通過Nascent Objects的模塊化理念可以僅僅花費幾個周的時間就能開發出新的硬件,而不是過去的幾個月。或許今后開發硬件的速度就像軟件一樣快速。
相關指數:高
技術4: 可回收火箭
突破技術:可以發射有效載荷至軌道并安全著陸的火箭。
重要意義:降低飛行成本可以為宇宙空間的許多新事業打開方便之門。
主要研研究者:SpaceX、藍源公司、聯合發射聯盟(ULA)
火箭通常會在其首航的過程中損毀。但是如今,人們可以令火箭垂直著陸,并且在重新添加燃料之后,開啟另一個新航程,這為人類航天事業創造了新紀元。藍源公司(Blue Origin)以及太空探索技術公司(SpaceX)均已實現了這種火箭著陸方式。可以預見,未來的航天飛行將比過去 40 年阿波羅時代所帶來的影響有趣的多。
這其中,2015年5月6日,Musk旗下的私人航天公司SpaceX在佛羅里達州Cape Canaveral成功測試了載人龍飛船創新性的逃逸系統。其中的SuperDraco火箭發動機是用EOS金屬3D打印機打印而成的,使用了鎳鉻高溫合金材料。與傳統的發動機制造技術相比,使用增材制造不僅能夠顯著地縮短火箭發動機的交貨期和并降低制造成本,而相比傳統制造發動機的成本,而且可以實現“材料的高強度、延展性、抗斷裂性和低可變性等”優良屬性。這是一種非常復雜的發動機,其中所有的冷卻通道、噴油頭和節流系統都很難制造。EOS能夠打印非常高強度的先進合金,是創造SuperDraco發動機的關鍵。
致力于打造一款名為SABRE的吸氣式火箭發動機的英國Reaction Engines公司也引入了3D打印技術,他們在新一代航天飛機使用金屬3D打印制造復雜的噴射器。SABRE發動機的原理是,需要一個能夠將精確混合的水和甲醇混合物通過特定點噴射到空氣通路上的推進劑噴射器系統。從而迫使水蒸發并將快速冷卻空氣。這樣的噴射器形狀非常復雜,對輕量化的要求極高,用傳統的加工方式無法做到。為了使航天飛機擁有足夠擺脫地球引力的能力,發動機以及其他零部件都要盡可能的輕量化。而金屬3D打印技術可以制造出符合要求的噴射器。
另外,英國輕量化項目聯盟在返航太空艙的熱保護系統中嘗試使用3D打印技術,返航太空艙在進入地球空氣層時候,壓力和速度的變化對艙體的力學結構帶來很大挑戰。通過增材制造Ti-6AI-4V的晶格結構獲得0.4k/cm3的超輕密度,這樣的結構需要設計成在某種壓力下會被“壓破”,這需要選擇精確的晶格結構幾何設計。通過多功能的晶格設計,實現零件的減重,并提高熱傳播性能,提燃氣輪機的性能。設計優化努力包括兩個方面:宏觀方面與微觀方面。宏觀層面,推力噴管的氣體進入處幾何結構與氣體排放處幾何結構以及氣體通過處的內部整體結構進行了重新設計與優化;微觀層面,將晶格設計集成到推力噴管中。隨后,這些推力噴管被安裝入燃氣輪機中進行測試。
相關指數:低