En este interesante artículo Neil Gershenfeld, nos describe
los avances tecnológicos en el campo de la duplicación en tres dimensiones
(3D), de modelos físicos y nos permite imaginarnos las proyecciones en el campo
de la duplicación de las células humanas para alcanzar un estado superior de
vida. En el lector podrá advertir el alerta y alarma ante la posibilidad de riesgo
de destrucción masiva ante la amenaza de virus. Invitamos a leer este artículo y reflexionar sobre este
tema.
Artículo de Neil Gershenfeld, publicado en el Boletín
“Asuntos Extranjeros”
27 de septiembre 2012
En las últimas décadas, el mundo ha sido sacudido por las
revoluciones de la digitalización en el campo de la computación y la
comunicación. Hoy en día, el mundo físico esta siendo digitalizado, ello gracias
a las nuevas tecnologías que pueden convertir los datos en cosas y las cosas en
datos. La Fabricación digital le permitirá a las personas construir muebles personalizados
para el hogar, producir órganos vivos a partir de las células, y aviones no
tripulados que podrán volar luego de ser impresos físicamente, la ciencia
ficción está tornándose en una realidad industrial.
Las raíces de esta revolución se iniciaron en 1952, cuando
los investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT)
conectaron un prototipo de ordenador digital a una fresadora, dando lugar a la
creación de la primera máquina herramienta controlada por números. Mediante el
uso de un programa de computadora en remplazo del operador, hicieron girar tornillos
que a su vez movían otros
productos de metal, los investigadores fueron capaces de producir partes componentes
para aeronaves con formas que eran más complejas que las hechas a mano. A
partir de esa primitiva fresa giratoria, todo tipo de herramientas de corte han
sido montadas en plataformas controlados por ordenador, incluyendo chorros de
agua y de líquidos abrasivos para facilitar el corte a través de materiales
duros, rayos láser que pueden tallar rápidamente rasgos finos y alambres delgados,
eléctricamente cargados que pueden hacer largos y delgados cortes.
Hoy en día, a través de máquinas controladas por números
pasan casi todos los productos comerciales, ya sea directamente (produciendo de
todo, desde estuches para computadoras portátiles hasta motores para aviones
jet a reacción) o indirectamente (produciendo las herramientas que servirán
para moldear y dar forma a la producción en masa de otros artículos). Sin
embargo, todos estos descendientes modernos de la primitiva maquina herramienta
controlada por números comparte
aún sus limitaciones originales: pueden cortar, pero no pueden construir las
estructuras internas. Esto significa, por ejemplo, que el eje de una rueda se tiene
que fabricar por separado del los cojinete por los que girará una vez instalada.
El objetivo no es sólo producir las partes de un avión no
tripulado, sino construir el vehículo en su totalidad, que pueda volar una vez
fuera de la fase de impresión.
La fabricación aditiva ha sido ampliamente aclamada como una
revolución, apareció en la portada de las publicaciones de cables para el diario
El Economista Esto es, sin embargo, una curiosa forma de revolución, proclamada
más por sus observadores que por sus usuarios. En un taller bien equipado, una
impresora 3-D podría remplazar alrededor una cuarta parte de operarios y/o puestos
de trabajo, con otras máquinas haciendo el resto. Sin embargo, las impresoras aún
son lentas, toman horas o hasta días para hacer las cosas. Otros instrumentos
controlados por computadora pueden producir piezas más rápido, o con rasgos más
finos, o más grandes, ligeros, o más fuertes. Artículos de elogio sobre las
impresoras en 3-D son leídos de
manera a similar a historias en la década de 1950 en que se anunciaba que los
hornos microondas serían el futuro de la cocina. Hoy, las microondas son
convenientes, pero no han reemplazado el resto de la cocina.
La revolución no consiste en una competencia entre la
fabricación aditiva contra la fabricación sustractiva: consiste en la capacidad
de convertir los datos en cosas y las cosas en datos. Esto es lo que se viene,
con un poco de perspectiva, existe una estrecha analogía con la historia de la
informática. El primer paso en este desarrollo fue la llegada de las grandes computadoras
centrales en la década de 1950,
que sólo las corporaciones, gobiernos e instituciones de élite podía
permitirse. Luego vino el desarrollo de las minicomputadoras en la década de
1960, dirigido por las corporaciones de equipos digitales del tipo de computadoras
PDP, que estaba basado en un primera
computadora transistorizada del MIT , el TX-0. Los transistores redujeron el
costo de los equipos de cientos a decenas de miles de dólares. Ello fue aún demasiado
costoso para las personas pero fue asequible para los grupos de investigación,
departamentos universitarios y otras empresas más pequeñas. Las personas que
utilizaron estos dispositivos desarrollaron aplicaciones para casi todo lo que
se hace ahora en un computador personal: el envío de e-mail, escribir en un
procesador de texto, jugar videojuegos, escuchar música. Después de las
minicomputadoras vinieron las computadoras para aficionados. La más conocida de ellos, el MITS Altair
8800, vendida en 1975 por cerca de $ 1.000 (ensamblada) o a alrededor de $ 400 (en
forma de kit para armar). Sus capacidades eran rudimentarias, pero cambió la
vida de una generación de pioneros de la informática, quienes en ese tiempo podían
poseer una máquina individual. Finalmente, se volvió informática verdaderamente
personal con la aparición de la computadora personal de IBM en 1981. Era
relativamente compacta, fácil de usar, útil y asequible.
Al igual que con las antiguas y grandes computadoras, sólo
instituciones pueden permitirse las modernas y caras versiones controladas por
computadora de estos primeros dispositivos de fresado masivo. En la década de
1980, la primera generación de sistemas de prototipos rápidos de compañías como
3D Systems, Stratasys, Láser Epilog y Universal trajo abajo el precio de los
sistemas de producción controlados por la computadora de cientos de miles de
dólares a decenas de miles, haciéndolas atractivas para los grupos de
investigación.
Los última generación de productos digitales de fabricación
en el mercado ahora, como la RepRap, el MakerBot, el Ultimaker, PopFab, y el
Snap MTM, se venden por miles de dólares (ensambladas) o por cientos de dólares
(para armar). A diferencia de las herramientas de fabricación digital que
llegaron antes que ellos, estas herramientas tienen sus patentes libremente
compartidos, de modo que aquellos que poseen las herramientas (como los que
poseían los equipos Atari de aficionados) no sólo los puede usar, sino hacerle
cambios y modificarlos . 
La fabricación personal es un hecho y esta alrededor de todo
como un elemento básico de la ciencia-ficción. Cuando la tripulación de la
serie de televisión Star Trek: “La Nueva Generación” se enfrenta al desarrollo
de una trama particularmente difícil, ellos utilizan el duplicador abordo para
hacer lo que sea necesario. Los científicos en una serie de laboratorios
(incluyendo en el que trabajo) están trabajando en cosas reales, en el
desarrollo de procesos que pueden poner átomos y moléculas individuales en
cualquier estructura que ellos quieren. A diferencia de las impresoras 3-D hoy, ellos serán capaces
de construir sistemas funcionales completos a la vez, sin necesidad de piezas a ensamblar. El objetivo
es no sólo producir las partes de un avión no tripulado, sino construir un
vehículo completo que pueda volar una vez producido físicamente fuera de la
impresora. Este objetivo está aún a años de distancia, pero no es necesario
esperar: la mayoría de las funciones de la computadora que uno usa hoy en día
se inventaron en la época minicomputadora, mucho antes de que prosperara en la
era de la computación personal. Del mismo modo, hoy en día las máquinas
digitales actuales de fabricación están aún en su infancia, sin embargo ya
puede ser utilizadas para hacer (casi) cualquier cosa, en cualquier lugar. Eso
cambia todo.
PIENSA GLOBALMENTE, FABRICA LOCALMENTE
Hemos diseñado la clase para enseñar a un pequeño grupo de
estudiantes de investigación cómo utilizar las herramientas de CBA, pero nos
hemos visto desbordados por la gran demanda de los estudiantes quienes sólo quieren
hacer cosas. Cada estudiante completa un proyecto en un semestre de duración
para integrar las habilidades que ha aprendido. Uno de ellos hizo un reloj de
alarma que un soñoliento propietario tendría que levantar para probar que ya esta despierto. Otro
hizo un vestido equipado con sensores y estructuras motorizadas como en una
columna vertebral que podían defender el espacio inmediato personal del
usuario. Los estudiantes respondían así a una pregunta que yo no había
preguntado: ¿Para qué es buena la fabricación digital? Como resultado, la
"aplicación final" en la fabricación digital, como en la informática,
es la personalización, la producción de productos para el mercado de una persona.
Inspirado por el éxito de esa primera clase, en el 2003, el CBA
comenzó un proyecto de difusión con el apoyo de la Fundación Nacional de
Ciencia. En lugar de simplemente describir nuestro trabajo, pensamos que sería
más interesante proporcionar las herramientas. Reunido un equipo de
herramientas de cerca de $50,000 en equipo (incluyendo un láser controlado por computadora,
una impresora 3-D, y una fresadora (torno) controlado por computadora) y materiales
el valor de alrededor $ 20.000 (incluidos
componentes para moldeado, piezas de fundición y de producción de electrónica).
Todas las herramientas estaban conectados por un software personalizado. Estos
fueron conocidos como los “Lab Fab” (los "laboratorios de fabricación" o los "laboratorios
fabulosos"). Su costo es comparable al de una minicomputadora, y hemos encontrado
que se utilizan de la misma manera: para desarrollar nuevos usos y nuevos
usuarios de las máquinas.
A partir de diciembre del 2003, un equipo del CBA dirigido
por Sherry Lassiter, un colega mío, configuró el primer “Lab Fab” en el Centro
de Tecnología de “South End” (SETC), en centro de la ciudad de Boston. SETC
está dirigida por Mel King, un activista que ha sido pionero en la introducción
de nuevas tecnologías a las comunidades urbanas, a partir de la producción de
vídeo en Internet. Para él, la fabricación de máquinas digitales era un paso
siguiente natural. Entre el campus del MIT y el de South End, las respuestas en
ambos lugares fueron igualmente entusiastas. Un grupo de niñas de la zona
empleó las herramientas de laboratorio para vender productos manufacturados en
una tienda de alta tecnología ubicada en una esquina de la calle, ellos a la
vez que se divirtieron, aprendieron habilidades técnicas, y obtenían ingresos.
Algunos de los niños escolares en el vecindario que participaron en este
entrenamiento y uso del Lab Fab desde entonces han decidido optar por carreras
en tecnología.
La digitalización de materia no es una idea nueva. Tiene
cuatro mil millones de años, y se se remonta a la edad evolutiva de los
ribosomas.
El SETC Lab Fab era todo lo que se había planeado para el
proyecto de extensión. Pero en el
2004, gracias al interés de una comunidad de Ghana en torno a SETC, el CBA, con el apoyo de la Fundación
Nacional para la Ciencia y la ayuda de un equipo local, estableció un segundo laboratorio
fantástico en la ciudad de Sekondi-Takoradi, en la costa de Ghana. Desde
entonces, los Lab Fab se han instalado en todas partes, desde Sudáfrica hasta
Noruega, desde el centro de Detroit a la India rural. En los últimos años, el
número total se ha duplicado aproximadamente cada 18 meses, con más de 100 en
funcionamiento en la actualidad y con muchos más en proyecto. Estos
laboratorios forman parte de un mayor "movimiento creador" de alta
tecnología, de un querer hacer las cosas por ellos mismos, democratizando el
acceso a los medios modernos de hacer las cosas.
La demanda local ha atraído Lab Fab en todo el mundo. Aunque
hay una amplia variedad de sitios y modelos de financiación, todos los
laboratorios comparten las mismas capacidades básicas. Esto permite que los
proyectos sean compartidos y la gente a viaje entre los laboratorios. El acceso
a Internet ha sido el objetivo de muchos laboratorios. Desde el laboratorio de
Boston, se inició un proyecto para hacer las antenas, radios y terminales para
redes inalámbricas. El diseño fue refinado en un Fab Lab en Noruega, se puso a
prueba en una en Sudáfrica, se desplegó a partir de una en Afganistán, y ahora
está funcionando comercialmente de manera autosuficiente en Kenya. Ninguno de
estos sitios tenía el conocimiento total para diseñar y producir las redes por
sí solo. Pero al compartir archivos de diseño y producción de los componentes a
nivel local, todos ellos podían hacerlo juntos. La capacidad de enviar datos a
través del mundo y luego producir localmente los productos bajo demanda tiene
implicaciones revolucionarias para la industria.
La primera revolución industrial se remonta a 1761, cuando
se abrió el canal de Bridgewater en Manchester, Inglaterra. Por encargo del
duque de Bridgewater para llevar el carbón de sus minas en Worsley a Manchester
y para el envío de productos hechos con el carbón al mundo, fue el primer canal
artificial, que no siguió un curso
de agua existente. Gracias al nuevo canal, Manchester creció. En 1783, la
ciudad tenía una fábrica de algodón, en 1853, contaba con 108. Sin embargo, el
auge fue seguido de un fracaso. El canal fue dejado obsoleto por los
ferrocarriles, a continuación, camiones y transporte marítimo en contenedores
finalmente. Hoy en día, la producción industrial es una carrera de fondo, con fabricantes
que se trasladan a lugares con más bajos costos para alimentar a las cadenas de
suministro mundiales .
Ahora, Manchester cuenta con un laboratorio Fab innovador
que participa en una nueva revolución industrial. Un diseño creado puede ser
enviado electrónicamente en cualquier parte del mundo para la producción local bajo
demanda, lo que efectivamente elimina el costo de envío. Y a diferencia de los
antiguos molinos, los medios de producción puede ser propiedad de cualquiera.
¿Por qué puede uno quiere ser dueño de una máquina de
fabricación digital? Las herramientas personales de fabricación han sido considerados
juguetes, porque el costo de incremento de la producción en masa siempre será
menor que el de producción de un solo bien. Similar cargo fue dirigida contra
las computadoras personales. Ken Olsen, fundador y director ejecutivo de la
Corporación de Equipos Digitales, fabricante de minicomputadoras, dijo la
famosa frase en 1977 que "no hay ninguna razón para que un individuo tenga
una computadora en su casa." Hoy su empresa ya no existe. Hoy todos tienen
una computadora personal. No está allí para el inventario y la planilla, esta
para hacer lo que te hace a ti mismo: escuchar música, hablar con los amigos,
ir de compras.
Del mismo modo, el objetivo de la fabricación personal no es
hacer lo que se puede comprar en tiendas, sino para hacer lo que usted no puede
comprar. Considere la posibilidad de hacer compras en IKEA. El gigante de los
muebles adivina la demanda mundial de muebles y produce y envía sus artículos a
megamercados. Por unos miles de dólares, las personas ya pueden adquirir el kit
para una fresadora de gran formato controlada por computadora que puede hacer
que todas las piezas de un paquete de IKEA. Si teniendo la máquina se ahorra sólo
diez compras en IKEA, sus gastos podrían ser recuperados. Aún mejor, cada
artículo producido por la máquina podría ser personalizado para adaptarse a las
preferencias del cliente. Y en lugar de emplear a personas en las fábricas
remotas, la fabricación de muebles de esta manera sería un asunto local.
Esta última observación inspiró el proyecto de la “Ciudad
Fab”, la cual es liderada por el arquitecto jefe de Barcelona, Vicente
Guallart. Barcelona al igual que el resto de España, tiene una tasa de
desempleo juvenil de más del 50 por ciento. Toda una generación ha tenido pocas
perspectivas de conseguir trabajo y salir de casa. En lugar de comprar productos
producidos lejos de la ciudad, Guallart está desplegando Fab Lab en todos los
distritos, como parte de la infraestructura civil. El objetivo es que la ciudad
este conectada globalmente por el conocimiento y sea autosuficiente en lo que consume. Las herramientas de fabricación digital disponibles en la
actualidad no están en su forma final. Pero en lugar de esperar a la forma
final, los programas como el de Barcelona son capaces de ser utilizados, y se
están desarrollando sobre la marcha.
Bits y átomos
En el uso común, el término "fabricación digital"
se refiere a los procesos que utilizan las herramientas controladas por
computadora, que son los descendientes del molino de control numérico de 1952
del MIT . Sin embargo, el termino "digital" de esas herramientas
reside en la computadora de control, los materiales son propiamente análogos.
Un significado más profundo de la "fabricación digital" son los
procesos de fabricación en los que los materiales son digitales. Un número de
laboratorios (incluyendo el propio) están desarrollando materiales digitales
para el futuro de la fabricación.
La distinción no es meramente semántica. Las llamadas
telefónicas solían degradarse según la distancia porque eran análogas: los
errores por ruido en el sistema se acumulaban. Luego, en 1937, el matemático
Claude Shannon escribió lo que fue sin duda el mejor tesis de maestría de la
historia, en MIT. En ella, él probó que los interruptores de encendido y
apagado podría computar cualquier función lógica. Se aplicó la idea a la
telefonía en 1938, mientras trabajaba en los Laboratorios Bell. Se demostró que
mediante la conversión de una llamada a un código de unos y ceros, un mensaje
puede ser enviado con fiabilidad incluso en un sistema ruidoso e imperfecto. La
diferencia clave es la corrección de errores: si 1 se convierte en un 0,9 o en 1,1
A, el sistema aún puede distinguirse de cero.
En MIT, la investigación de Shannon fue motivada por la
dificultad de tener que trabajar con una computadora mecánica analógica gigante. Empleaba ruedas giratorias y
discos, y sus respuestas se agravaban cuanto más tiempo pasaba. Los
investigadores, incluyendo a John von Neumann, Cowan Jack, y Winograd Samuel, demostraron
que la digitalización de datos también se podría aplicar a la informática: una computadora
digital que representa la información como unos y ceros puede ser fiable,
incluso si las partes no lo son. La digitalización de los datos es lo que hizo
posible el llevar en el bolsillo, lo que alguna vez hubiera sido una
supercomputadora, hoy llamada el teléfono inteligente .
Estas mismas ideas se aplican ahora a los materiales. Para
entender la diferencia de los procesos utilizados en la actualidad, compare el
rendimiento de un niño en el montaje de piezas de LEGO al de una impresora 3-D.
En primer lugar, debido a que las piezas de LEGO deben estar
alineados para encajar juntos, su posicionamiento final es más preciso que lo
que generalmente permitirían las habilidades motoras de un niño . Por el
contrario, el proceso de impresión 3-D acumula errores (como cualquiera que puede
haber comprobado en una impresión en 3-D hecha durante unas horas, al encontrar
que fracasa debido a la adherencia imperfecta de las piezas en las capas
inferiores).
En segundo lugar, las piezas LEGO mismas definen su
separación, lo que permite a la estructura crecer a cualquier tamaño. Una
impresora 3-D está limitado por el tamaño del sistema que posiciona el cabezal
de impresión.
Tercero, las piezas de LEGO están disponibles en una gama de
diferentes materiales, mientras que en 3-D de las impresoras tienen una
capacidad limitada para el uso de materiales diferentes, ya que todo debe pasar
por el mismo proceso de impresión.
En cuarto lugar, una construcción LEGO que ya no se necesita
se puede desmontar y volver a utilizar las partes, cuando las partes de una
impresora 3-D ya no se necesitan, solo pueden ser desechadas. Estas son
exactamente las diferencias entre un sistema analógico (la deposición continua
de la impresora 3-D) y una digital (el ensamble del LEGO).
La digitalización del material no es una idea nueva. Se
trata de cuatro mil millones de años, que se remontan a la edad evolutiva de
los ribosomas, la proteína que produce proteínas. Los seres humanos están
llenos de esta maquinaria molecular, desde los motores que mueven los músculos
de los sensores en los ojos. El ribosoma construye toda esta maquinaria como
una versión microscópica de piezas de LEGO, aminoácidos, de los cuales hay 22
tipos diferentes. La secuencia para el montaje de los aminoácidos se almacena
en el ADN y se envía al ribosoma en otra proteína llamada ARN mensajero. El
código no sólo describe la proteína a ser fabricado, se convierte en la nueva
proteína.
Laboratorios como el mío propio están ahora desarrollando ensambladores
3-D (en lugar de impresoras) que pueden construir estructuras de la misma
manera como el ribosoma. Los ensambladores será capaces de agregar y eliminar
partes de un conjunto discreto. Una de las ensambladoras que estamos
desarrollando trabaja con componentes que son un poco más grandes que los
aminoácidos, racimos de átomos una decena de nanómetros de largo (un aminoácido
que es de alrededor un nanómetro
de largo). Estos pueden tener propiedades que los aminoácidos no pueden, por
ejemplo ser buenos conductores eléctricos o imanes. El objetivo es utilizar el
nanoensamblaje para construir nanoestructuras, tales como circuitos integrados 3-D
. Otra ensamblador que estamos desarrollando utiliza partes en la escala de
micras hasta milímetros. Nos gustaría que esta máquina hiciera las placas de
circuitos electrónicos para que se integren a los circuitos integrados de 3-D. Otro ensamblador que estamos
desarrollando usa partes en la escala de centímetros, para hacer estructuras
más grandes, como componentes de aviones e incluso aviones que serán más ligeros,
más fuertes y más capaces que los aviones de hoy en día – piensen en un jumbo jet que puede batir su alas.
Una diferencia clave entre las actuales impresoras 3-D y las
nuevas ensambladoras es que las ensambladoras podrán crear sistemas funcionales completos en un
solo proceso. Ellos serán capaces de integrar las estructuras mecánicas fijas y
en movimiento, sensores y actuadores, y la electrónica. Aún más importante es
lo que las ensambladoras no crean: la basura, el desecho sobrante. La basura es
un concepto que se aplica solamente a los materiales que no contienen
suficiente información para ser reutilizable. Toda la materia en el suelo del
bosque se recicla una y otra vez. Del mismo modo, un producto ensamblado de los
materiales digitales no necesitan ser desechado cuando se vuelve obsoleto.
Simplemente puede ser desmontada y las partes reconstruidas en algo nuevo.
Lo más interesante que una ensambladora puede ensamblarse a sí
misma. Por ahora, se están haciendo de los mismos tipos de componentes que se
utilizan en máquinas de prototipos rápidos. Eventualmente, sin embargo, la meta
es ellas sean capaces de hacer todas sus partes. La motivación es práctica. El
mayor desafío para la construcción de nuevos laboratorios Lab Fab en el mundo no
ha generado interés, a pesar de que ha enseñado a la gente cómo usarlos, o
incluso a gestionar sus costos, debido a la logística. La burocracia, los
controles fronterizos incompetentes o corruptos, y la incapacidad de las
cadenas de suministro para satisfacer la demanda han obstaculizado los esfuerzos
para enviar las máquinas a todo el mundo. Cuando estemos listos para enviar
ensambladoras, será mucho más fácil de enviar por correo los componentes
digitales de materiales a granel y luego enviar por correo electrónico los
códigos de diseño para que un ensamblador puede hacer otra.
Ensambladoras autosuficientes y automáticas "son
esenciales para su aumento. Los ribosomas son lentos, añaden unos pocos
aminoácidos por segundo. Pero también hay muchos de ellos, decenas de miles de
personas en cada uno de los trillones de células en el cuerpo humano, que pueden
hacer más por sí mismos cuando sea necesario. Del mismo modo, para que con la
velocidad del duplicador del Star Trek, muchos ensambladores deben ser capaces
de trabajar en paralelo.
La Plaga gris
¿Existen peligros para este tipo de tecnología?
En 1986, el ingeniero Eric Drexler, presentó una tesis doctoral en el MIT,
la primera en la nanotecnología molecular, sobre lo que él llama la "plaga
gris", un escenario apocalíptico en el que un sistema de auto-reproducción
se multiplica sin control, se extiende sobre la tierra, y consume todos sus
recursos.
En el 2000, Bill Joy, un pionero de la informática, escribió
en la revista Wired sobre la amenaza de extremistas y la construcción de armas
de destrucción que se auto reproducen en masa. El llegó
a la conclusión de que hay algunas áreas de investigación que los seres humanos
no deberían perseguir.
En el 2003, un preocupado príncipe Carlos demandó el
asesoramiento de la Real Sociedad, de la comunidad de científicos del reino
Unido, de evaluar los riesgos de la nanotecnología y los sistemas de auto
reproducción automática.
A pesar que el alarmante, escenario de Drexler no se aplica
a las ensambladoras de auto-reproducción que ahora están en fase de desarrollo:
estos requieren una fuente de energía exterior y la entrada de materiales no naturales.
A pesar de la guerra biológica es una preocupación grave, no es nueva, ha
habido una carrera armamentista en biología desde los albores de la evolución.
La fabricación digital podría ser utilizada para producir armas de destrucción individual.
Estos casos han dado lugar a demandas para regular el uso de las impresoras 3-D. Cuando se
informó a grupos de analistas de inteligencia y líderes militares acerca de la
fabricación digital, algunos de ellos han concluido que esta tecnología debe
ser restringida. Algunos han sugerido el control hasta en las impresoras láser
a color. Cuando ese tipo de impresora apareció por primera vez, se utilizó para
producir dinero falso. Aunque los billetes falsos eran fácilmente detectables,
en la década de 1990 el Servicio Secreto de los Estados Unidos convenció a los
fabricantes de impresoras láser a un acuerdo para codificar cada dispositivo de
manera que imprima pequeños puntos amarillos en cada página que impresa. Los
puntos impresos son invisibles a simple vista pero codifican la hora, la fecha
y el número de serie de la impresora que imprime. En el 2005, la Electronic
Frontier Foundation, un grupo que defiende los derechos digitales, descifró y
publicó este sistema. Esto llevó a una protesta pública sobre las impresoras en
el sentido que invadían la
privacidad de las personas, como una práctica permanente establecida sin el
conocimiento ni la aceptación publica.
Justificado o no, el mismo enfoque no funcionaría con
impresoras 3-D. Existen sólo unos pocos fabricantes que hacen los motores de
impresión usados en las impresoras láser. Así que un acuerdo entre ellos hace
que se aplique la misma política a toda la industria. No hay ninguna piezas
correspondientes para impresoras 3-D. Las piezas que aún no pueden ser
realizadas por los propios fabricantes de maquinaria, tales como chips de
computadora y motores paso a paso, son elementos básicos: son producidos en
masa y se utiliza para muchas aplicaciones, sin un punto central de control.
Las piezas que son únicos a la
impresión 3-D, tales como alimentadores de incandescencia y cabezales de
extrusión, no son difíciles de hacer. Las máquinas que fabrican máquinas no
pueden ser regulados de la misma manera que las máquinas hechas por algunos
fabricantes.
Incluso si las impresoras 3-D pueden ser controladas, el daño
a la gente ya es una demanda de mercado bien conocido. Armas baratas se pueden
encontrar en cualquier parte del mundo. La experiencia de la CBA operando Lab Fab
en zonas de conflicto ha sido que se utilizan como una alternativa a la lucha.
Y a pesar de las élites establecidas no ven la tecnología como una amenaza, su
presencia puede desafiar su autoridad. Por ejemplo, el Lab Fab en Jalalabad,
Afganistán, ha proporcionado acceso inalámbrico a Internet a una comunidad que
puede ahora, por primera vez, aprender sobre el resto del mundo y extender su
propia red.
Una última preocupación sobre fabricación digital se refiere
al robo de la propiedad intelectual. Si los productos se transmiten como
diseños y son producidos a pedido, que se puede hacer para evitar que esos
diseños sean duplicados sin permiso?
Ese es el dilema que las industrias de la música y el
software han enfrentado. Su respuesta inmediata - la introducción de tecnología
que restringe la copia de archivos – es un fracaso. Esto se debe a que la
tecnología pueden ser de acceso a aquellos acostumbrados a hacer trampa y que
es irritante para todos. La solución ha sido el desarrollo de las tiendas de
aplicaciones que han hecho es más fácil comprar y vender software y música
legalmente. Los archivos de diseños de fabricación digital se puede vender de
la misma manera, atendiendo a los intereses especiales que no apoyaría la
fabricación en masa.
La protección de patentes en los diseños de fabricación
digital sólo puede funcionar si hay alguna barrera de entrada a la utilización
de la propiedad intelectual y si la infracción puede ser identificado. Eso se
aplica a los costosos productos fabricados de circuitos integrados, pero no en las realizadas en los
laboratorios de Fab asequibles. Cualquier persona que tenga acceso a las
herramientas puede duplicar un diseño en cualquier lugar, no es posible litigar
contra el mundo entero. En lugar de tratar de restringir el acceso, negocios
florecientes de software han surgido que comparten libremente sus códigos
fuente y sean compensados por los servicios que prestan. La difusión de
herramientas digitales para la fabricación está dando lugar a una práctica
correspondiente para hardware de código abierto.
PLANIFICACIÓN DE LA INNOVACIÓN
Es posible aprovechar los beneficios de la fabricación
digital de varias maneras. Uno de ellos es de arriba hacia abajo. En 2005,
Sudáfrica lanzó una red nacional de laboratorios de fab para fomentar la
innovación a través de su Estrategia Nacional de Tecnología Avanzada de
Fabricación. En los Estados Unidos, el representante Bill Foster (D-Ill.)
propuso la legislación sobre la red nacional de Lab Fab de 2010, para crear un
laboratorio nacional interconectado con
Lab Fab locales . La existencia del sistema fortalece la estructura de laboratorios
del valor de mil millones de dólares, pero afecta directamente a las
comunidades que los rodean. El proyecto de ley de Foster propone un sistema que
en vez traería a los laboratorios a las comunidades.
Otro enfoque es de abajo hacia arriba. Muchos de los sitios
de laboratorio existentes, como el de Detroit, comenzaron como organizaciones
informales para abordar las necesidades insatisfechas locales. Estos se han
unido a los programas regionales. Estos programas regionales, como el de la red
de Lab Fab de los Estados Unidos y FabLab.nl, en Bélgica, Luxemburgo y los
Países Bajos, asumen tareas que son demasiado grandes para un laboratorio
individual, así como apoyan la
puesta en marcha de otros nuevos. Los programas regionales, a su vez, se
vinculan entre sí a través de la Fundación internacional, que brindará apoyo a
los desafíos globales, tales como en el abastecimiento de materiales
especializados a todo el mundo.
Para mantenerse al día con lo que la gente está aprendiendo en
los laboratorios, la red Lab Fab ha
lanzado la Academia Fab. Los niños que trabajan en los laboratorios remotos fab
han progresado mucho más allá de las oportunidades educativas locales con las que
tendrían que viajar lejos para continuar sus estudios en una institución de
avanzada. Para evitar la perdida de cerebros, las Academias Fab ha vinculado
laboratorios locales juntos en un campus global. Junto con el acceso a las
herramientas, los estudiantes que acuden a estos laboratorios están rodeados de
compañeros para aprender y tener mentores locales que los guíen. Participan en
conferencias interactivas de vídeo globales y comparten proyectos y materiales
educativos en línea.
El modelo tradicional de educación superior supone que
profesores, libros y laboratorios son escasos y solo pueden acceder unos pocos
miles de personas a la vez. En términos informáticos, el MIT puede ser pensado
como una unidad central: los estudiantes viajan allí para su procesamiento.
Recientemente, ha habido un interés en el aprendizaje a distancia, como
alternativa, y ser capaz de atender más estudiantes. Este enfoque, sin embargo,
es como el tiempo compartido en una gran computadora, con los estudiantes
distantes conectados como terminales
a un campus. La Academia Fab es más afín a la Internet, conectado a
nivel local y gestionada globalmente.
La combinación de las comunicaciones digitales y la
fabricación digital permite efectivamente que el campus llegue a los
estudiantes, quienes pueden compartir proyectos que están siendo producidos
localmente bajo demanda.
Los Oficina de Estadísticas del Trabajo de los EE.UU. prevé
que en el 2020, los Estados Unidos tendrán unos 9,2 millones de puestos de
trabajo en los campos de la ciencia, tecnología, ingeniería y matemáticas.
Según los datos recopilados por el Consejo Nacional de Ciencia, el grupo asesor
de la Fundación Nacional de Ciencias, los grados universitarios en estos campos
no han seguido el mismo ritmo que las matrículas universitarias. Y las mujeres
y las minorías siguen siendo significativamente las menos representadas en
estos campos. La fabricación digital ofrece una nueva respuesta a esta
necesidad, comenzando desde lo que sería el principio de la tubería. Los niños
pueden entrar en cualquiera de los Lab Fabs y aplicar las herramientas acorde a
sus intereses. La Academia Fab busca el equilibrio entre el entusiasmo descentralizado
del hacer las cosas por si mismos y de la tutoría que viene acompañando a ese
hacerlo juntos.
Después de todo, la verdadera fuerza de un Lab Fab no es
técnica, sino social. Las personas innovadoras que impulsan economía de
conocimiento comparten un rasgo común: por definición, no son buenos siguiendo
reglas. Para ser capaz de inventar, la gente tiene que cuestionar los
supuestos. Tienen que estudiar y trabajar en entornos en los que es seguro
hacerlo. Educación avanzada e instituciones de investigación solo tienen espacio
para unos pocos miles de cada una de estas personas. Al reunir a los
innovadores en ambientes acogedores donde sea que se se encuentren, la
revolución digital hará posible el aprovechar una mayor fracción de la
capacidad intelectual del planeta.
La fabricación digital consiste en mucho más que impresión
de 3-D. Se trata de un conjunto de capacidades en evolución para
convertir los datos en las cosas y las cosas en datos. Muchos años de
investigación quedan por completar esta visión, pero la revolución ya está en
marcha y bien. El reto colectivo es responder a la pregunta central que
plantea: ¿Cómo vamos a vivir, aprender, trabajar y jugar cuando cualquiera
puede hacer cualquier cosa, en cualquier lugar?
___________________________________________________________________
English
Version
How to Make
Almost Anything
The Digital Fabrication Revolution
By Neil Gershenfeld[1],
Published in Foreign Affairs Newsletter
September 27, 2012
In recent decades, the
world has been rocked by revolutions in the digitization of computation and
communication. Now the physical world is being digitized, thanks to new
technologies that can turn data into things and things into data. Digital
fabrication will let people build custom home furniture, living organs out of
cells, and drones that can fly out of a printer; science fiction is becoming
industrial fact.
The roots of the
revolution date back to 1952, when researchers at the Massachusetts Institute
of Technology (MIT) wired an early digital computer to a milling machine,
creating the first numerically controlled machine tool. By using a computer
program instead of a machinist to turn the screws that moved the metal stock,
the researchers were able to produce aircraft components with shapes that were
more complex than could be made by hand. From that first revolving end mill,
all sorts of cutting tools have been mounted on computer-controlled platforms,
including jets of water carrying abrasives that can cut through hard materials,
lasers that can quickly carve fine features, and slender electrically charged
wires that can make long thin cuts.
Today, numerically
controlled machines touch almost every commercial product, whether directly
(producing everything from laptop cases to jet engines) or indirectly
(producing the tools that mold and stamp mass-produced goods). And yet all
these modern descendants of the first numerically controlled machine tool share
its original limitation: they can cut, but they cannot reach internal
structures. This means, for example, that the axle of a wheel must be
manufactured separately from the bearing it passes through.
The aim is to not only produce the parts for a drone,
for example, but build a complete vehicle that can fly right out of the
printer.
In the 1980s, however, computer-controlled fabrication processes that
added rather than removed material (called additive manufacturing) came on the
market. Thanks to 3-D printing, a bearing and an axle could be built by the
same machine at the same time. A range of 3-D printing processes are now
available, including thermally fusing plastic filaments, using ultraviolet
light to cross-link polymer resins, depositing adhesive droplets to bind a
powder, cutting and laminating sheets of paper, and shining a laser beam to
fuse metal particles. Businesses already use 3-D printers to model products
before producing them, a process referred to as rapid prototyping. Companies
also rely on the technology to make objects with complex shapes, such as
jewelry and medical implants. Research groups have even used 3-D printers to
build structures out of cells with the goal of printing living organs.
Additive manufacturing
has been widely hailed as a revolution, featured on the cover of publications
from Wired to The Economist. This is, however, a curious sort of
revolution, proclaimed more by its observers than its practitioners. In a
well-equipped workshop, a 3-D printer might be used for about a quarter of the
jobs, with other machines doing the rest. One reason is that the printers are
slow, taking hours or even days to make things. Other computer-controlled tools
can produce parts faster, or with finer features, or that are larger, lighter,
or stronger. Glowing articles about 3-D printers read like the stories in the
1950s that proclaimed that microwave ovens were the future of cooking.
Microwaves are convenient, but they don’t replace the rest of the kitchen.
The revolution is not
additive versus subtractive manufacturing; it is the ability to turn data into
things and things into data. That is what is coming; for some perspective,
there is a close analogy with the history of computing. The first step in that
development was the arrival of large mainframe computers in the 1950s, which
only corporations, governments, and elite institutions could afford. Next came
the development of minicomputers in the 1960s, led by Digital Equipment
Corporation’s PDP family of computers, which was based on MIT’s first
transistorized computer, the TX-0. These brought down the cost of a computer
from hundreds of thousands of dollars to tens of thousands. That was still too
much for an individual but was affordable for research groups, university
departments, and smaller companies. The people who used these devices developed
the applications for just about everything one does now on a computer: sending
e-mail, writing in a word processor, playing video games, listening to music.
After minicomputers came hobbyist computers. The best known of these, the MITS
Altair 8800, was sold in 1975 for about $1,000 assembled or about $400 in kit
form. Its capabilities were rudimentary, but it changed the lives of a
generation of computing pioneers, who could now own a machine individually.
Finally, computing truly turned personal with the appearance of the IBM
personal computer in 1981. It was relatively compact, easy to use, useful, and
affordable.
Just as with the old
mainframes, only institutions can afford the modern versions of the early bulky
and expensive computer-controlled milling devices. In the 1980s,
first-generation rapid prototyping systems from companies such as 3D Systems,
Stratasys, Epilog Laser, and Universal brought the price of computer-controlled
manufacturing systems down from hundreds of thousands of dollars to tens of
thousands, making them attractive to research groups.
THINK GLOBALLY, FABRICATE
LOCALLY
We designed the class to
teach a small group of research students how to use CBA’s tools but were
overwhelmed by the demand from students who just wanted to make things. Each
student later completed a semester-long project to integrate the skills they
had learned. One made an alarm clock that the groggy owner would have to
wrestle with to prove that he or she was awake. Another made a dress fitted
with sensors and motorized spine-like structures that could defend the wearer’s
personal space. The students were answering a question that I had not asked:
What is digital fabrication good for? As it turns out, the “killer app” in
digital fabrication, as in computing, is personalization, producing products
for a market of one person.
Inspired by the success
of that first class, in 2003, CBA began an outreach project with support from
the National Science Foundation. Rather than just describe our work, we thought
it would be more interesting to provide the tools. We assembled a kit of about
$50,000 worth of equipment (including a computer-controlled laser, a 3-D
printer, and large and small computer-controlled milling machines) and about
$20,000 worth of materials (including components for molding and casting parts
and producing electronics). All the tools were connected by custom software.
These became known as “fab labs” (for “fabrication labs” or “fabulous labs”).
Their cost is comparable to that of a minicomputer, and we have found that they
are used in the same way: to develop new uses and new users for the machines.
Starting in December of
2003, a CBA team led by Sherry Lassiter, a colleague of mine, set up the first
fab lab at the South End Technology Center, in inner-city Boston. SETC is run
by Mel King, an activist who has pioneered the introduction of new technologies
to urban communities, from video production to Internet access. For him,
digital fabrication machines were a natural next step. For all the differences
between the MIT campus and the South End, the responses at both places were equally
enthusiastic. A group of girls from the area used the tools in the lab to put
on a high-tech street-corner craft sale, simultaneously having fun, expressing
themselves, learning technical skills, and earning income. Some of the
homeschooled children in the neighborhood who have used the fab lab for
hands-on training have since gone on to careers in technology.
The digitization of material is not a new idea. It is
four billion years old, going back to the evolutionary age of the ribosome.
The SETC fab lab was all
we had planned for the outreach project. But thanks to interest from a Ghanaian
community around SETC, in 2004, CBA, with National Science Foundation support
and help from a local team, set up a second fab lab in the town of
Sekondi-Takoradi, on Ghana’s coast. Since then, fab labs have been installed
everywhere from South Africa to Norway, from downtown Detroit to rural India.
In the past few years, the total number has doubled about every 18 months, with
over 100 in operation today and that many more being planned. These labs form
part of a larger “maker movement” of high-tech do-it-yourselfers, who are
democratizing access to the modern means to make things.
Local demand has pulled
fab labs worldwide. Although there is a wide range of sites and funding models,
all the labs share the same core capabilities. That allows projects to be
shared and people to travel among the labs. Providing Internet access has been
a goal of many fab labs. From the Boston lab, a project was started to make
antennas, radios, and terminals for wireless networks. The design was refined
at a fab lab in Norway, was tested at one in South Africa, was deployed from
one in Afghanistan, and is now running on a self-sustaining commercial basis in
Kenya. None of these sites had the critical mass of knowledge to design and
produce the networks on its own. But by sharing design files and producing the
components locally, they could all do so together. The ability to send data
across the world and then locally produce products on demand has revolutionary
implications for industry.
The first Industrial
Revolution can be traced back to 1761, when the Bridgewater Canal opened in
Manchester, England. Commissioned by the Duke of Bridgewater to bring coal from
his mines in Worsley to Manchester and to ship products made with that coal out
to the world, it was the first canal that did not follow an existing waterway.
Thanks to the new canal, Manchester boomed. In 1783, the town had one cotton
mill; in 1853, it had 108. But the boom was followed by a bust. The canal was
rendered obsolete by railroads, then trucks, and finally containerized
shipping. Today, industrial production is a race to the bottom, with
manufacturers moving to the lowest-cost locations to feed global supply chains.
Now, Manchester has an
innovative fab lab that is taking part in a new industrial revolution. A design
created there can be sent electronically anywhere in the world for on-demand
production, which effectively eliminates the cost of shipping. And unlike the old
mills, the means of production can be owned by anyone.
Why might one want to own
a digital fabrication machine? Personal fabrication tools have been considered
toys, because the incremental cost of mass production will always be lower than
for one-off goods. A similar charge was leveled against personal computers. Ken
Olsen, founder and CEO of the minicomputer-maker Digital Equipment Corporation,
famously said in 1977 that “there is no reason for any individual to have a
computer in his home.” His company is now defunct. You most likely own a
personal computer. It isn’t there for inventory and payroll; it is for doing
what makes you yourself: listening to music, talking to friends, shopping.
Likewise, the goal of personal fabrication is not to make what you can buy in
stores but to make what you cannot buy. Consider shopping at IKEA. The
furniture giant divines global demand for furniture and then produces and ships
items to its big-box stores. For just thousands of dollars, individuals can
already purchase the kit for a large-format computer-controlled milling machine
that can make all the parts in an IKEA flat-pack box. If having the machine
saved just ten IKEA purchases, its expense could be recouped. Even better, each
item produced by the machine would be customized to fit the customer’s
preference. And rather than employing people in remote factories, making
furniture this way is a local affair.
This last observation
inspired the Fab City project, which is led by Barcelona’s chief architect,
Vicente Guallart. Barcelona, like the rest of Spain, has a youth unemployment
rate of over 50 percent. An entire generation there has few prospects for
getting jobs and leaving home. Rather than purchasing products produced far
away, the city, with Guallart, is deploying fab labs in every district as part
of the civic infrastructure. The goal is for the city to be globally connected
for knowledge but self-sufficient for what it consumes.
The digital fabrication
tools available today are not in their final form. But rather than wait,
programs like Barcelona’s are building the capacity to use them as they are
being developed.
BITS AND ATOMS
In common usage, the term
“digital fabrication” refers to processes that use the computer-controlled
tools that are the descendants of MIT’s 1952 numerically controlled mill. But
the “digital” part of those tools resides in the controlling computer; the
materials themselves are analog. A deeper meaning of “digital fabrication” is
manufacturing processes in which the materials themselves are digital. A number
of labs (including mine) are developing digital materials for the future of
fabrication.
The distinction is not
merely semantic. Telephone calls used to degrade with distance because they
were analog: any errors from noise in the system would accumulate. Then, in
1937, the mathematician Claude Shannon wrote what was arguably the best-ever
master’s thesis, at MIT. In it, he proved that on-off switches could compute
any logical function. He applied the idea to telephony in 1938, while working
at Bell Labs. He showed that by converting a call to a code of ones and zeros,
a message could be sent reliably even in a noisy and imperfect system. The key
difference is error correction: if a one becomes a 0.9 or a 1.1, the system can
still distinguish it from a zero.
At MIT, Shannon’s
research had been motivated by the difficulty of working with a giant
mechanical analog computer. It used rotating wheels and disks, and its answers
got worse the longer it ran. Researchers, including John von Neumann, Jack
Cowan, and Samuel Winograd, showed that digitizing data could also apply to
computing: a digital computer that represents information as ones and zeros can
be reliable, even if its parts are not. The digitization of data is what made
it possible to carry what would once have been called a supercomputer in the
smart phone in one’s pocket.
These same ideas are now
being applied to materials. To understand the difference from the processes
used today, compare the performance of a child assembling LEGO pieces to that
of a 3-D printer.
First, because the LEGO
pieces must be aligned to snap together, their ultimate positioning is more
accurate than the motor skills of a child would usually allow. By contrast, the
3-D printing process accumulates errors (as anyone who has checked on a 3-D
print that has been building for a few hours only to find that it has failed
because of imperfect adhesion in the bottom layers can attest).
Second, the LEGO pieces
themselves define their spacing, allowing a structure to grow to any size. A
3-D printer is limited by the size of the system that positions the print head.
Third, LEGO pieces are
available in a range of different materials, whereas 3-D printers have a
limited ability to use dissimilar materials, because everything must pass
through the same printing process.
Fourth, a LEGO
construction that is no longer needed can be disassembled and the parts reused;
when parts from a 3-D printer are no longer needed, they are thrown out.
These are exactly the
differences between an analog system (the continuous deposition of the 3-D
printer) and a digital one (the LEGO assembly).
The digitization of
material is not a new idea. It is four billion years old, going back to the
evolutionary age of the ribosome, the protein that makes proteins. Humans are
full of molecular machinery, from the motors that move our muscles to the
sensors in our eyes. The ribosome builds all that machinery out of a microscopic
version of LEGO pieces, amino acids, of which there are 22 different kinds. The
sequence for assembling the amino acids is stored in DNA and is sent to the
ribosome in another protein called messenger RNA. The code does not just
describe the protein to be manufactured; it becomes the new protein.
Labs like mine are now
developing 3-D assemblers (rather than printers) that can build structures in
the same way as the ribosome. The assemblers will be able to both add and
remove parts from a discrete set. One of the assemblers we are developing works
with components that are a bit bigger than amino acids, cluster of atoms about
ten nanometers long (an amino acid is around one nanometer long). These can
have properties that amino acids cannot, such as being good electrical
conductors or magnets. The goal is to use the nanoassembler to build
nanostructures, such as 3-D integrated circuits. Another assembler we are
developing uses parts on the scale of microns to millimeters. We would like
this machine to make the electronic circuit boards that the 3-D integrated
circuits go on. Yet another assembler we are developing uses parts on the scale
of centimeters, to make larger structures, such as aircraft components and even
whole aircraft that will be lighter, stronger, and more capable than today’s
planes -- think a jumbo jet that can flap its wings.
A key difference between
existing 3-D printers and these assemblers is that the assemblers will be able
to create complete functional systems in a single process. They will be able to
integrate fixed and moving mechanical structures, sensors and actuators, and
electronics. Even more important is what the assemblers don’t create: trash.
Trash is a concept that applies only to materials that don’t contain enough information
to be reusable. All the matter on the forest floor is recycled again and again.
Likewise, a product assembled from digital materials need not be thrown out
when it becomes obsolete. It can simply be disassembled and the parts
reconstructed into something new.
The most interesting
thing that an assembler can assemble is itself. For now, they are being made
out of the same kinds of components as are used in rapid prototyping machines.
Eventually, however, the goal is for them to be able to make all their own
parts. The motivation is practical. The biggest challenge to building new fab
labs around the world has not been generating interest, or teaching people how
to use them, or even cost; it has been the logistics. Bureaucracy, incompetent
or corrupt border controls, and the inability of supply chains to meet demand
have hampered our efforts to ship the machines around the world. When we are
ready to ship assemblers, it will be much easier to mail digital material
components in bulk and then e-mail the design codes to a fab lab so that one
assembler can make another.
Assemblers’ being
self-replicating is also essential for their scaling. Ribosomes are slow,
adding a few amino acids per second. But there are also very many of them, tens
of thousands in each of the trillions of cells in the human body, and they can
make more of themselves when needed. Likewise, to match the speed of the Star
Trek replicator, many assemblers must be able to work in parallel.
GRAY GOO
Although alarming,
Drexler’s scenario does not apply to the self-reproducing assemblers that are
now under development: these require an external source of power and the input
of nonnatural materials. Although biological warfare is a serious concern, it
is not a new one; there has been an arms race in biology going on since the
dawn of evolution.
Digital fabrication could be used to produce weapons of individual destruction.
These kinds of anecdotes
have led to calls to regulate 3-D printers. When I have briefed rooms of
intelligence analysts or military leaders on digital fabrication, some of them
have invariably concluded that the technology must be restricted. Some have
suggested modeling the controls after the ones placed on color laser printers.
When that type of printer first appeared, it was used to produce counterfeit
currency. Although the fake bills were easily detectable, in the 1990s the U.S.
Secret Service convinced laser printer manufacturers to agree to code each
device so that it would print tiny yellow dots on every page it printed. The
dots are invisible to the naked eye but encode the time, date, and serial
number of the printer that printed them. In 2005, the Electronic Frontier
Foundation, a group that defends digital rights, decoded and publicized the
system. This led to a public outcry over printers invading peoples’ privacy, an
ongoing practice that was established without public input or apparent checks.
Justified or not, the
same approach would not work with 3-D printers. There are only a few
manufacturers that make the print engines used in laser printers. So an
agreement among them enforced the policy across the industry. There is no
corresponding part for 3-D printers. The parts that cannot yet be made by the
machine builders themselves, such as computer chips and stepper motors, are
commodity items: they are mass-produced and used for many applications, with no
central point of control. The parts that are unique to 3-D printing, such as
filament feeders and extrusion heads, are not difficult to make. Machines that
make machines cannot be regulated in the same way that machines made by a few
manufacturers can be.
Even if 3-D printers
could be controlled, hurting people is already a well-met market demand. Cheap
weapons can be found anywhere in the world. CBA’s experience running fab labs
in conflict zones has been that they are used as an alternative to fighting.
And although established elites do not see the technology as a threat, its
presence can challenge their authority. For example, the fab lab in Jalalabad,
Afghanistan, has provided wireless Internet access to a community that can now,
for the first time, learn about the rest of the world and extend its own
network.
A final concern about
digital fabrication relates to the theft of intellectual property. If products
are transmitted as designs and produced on demand, what is to prevent those
designs from being replicated without permission? That is the dilemma the music
and software industries have faced. Their immediate response -- introducing
technology to restrict copying files -- failed. That is because the technology
was easily circumvented by those who wanted to cheat and was irritating for
everyone else. The solution was to develop app stores that made is easier to
buy and sell software and music legally. Files of digital fabrication designs
can be sold in the same way, catering to specialized interests that would not
support mass manufacturing.
Patent protections on
digital fabrication designs can work only if there is some barrier to entry to
using the intellectual property and if infringement can be identified. That
applies to the products made in expensive integrated circuit foundries, but not
to those made in affordable fab labs. Anyone with access to the tools can
replicate a design anywhere; it is not feasible to litigate against the whole
world. Instead of trying to restrict access, flourishing software businesses
have sprung up that freely share their source codes and are compensated for the
services they provide. The spread of digital fabrication tools is now leading
to a corresponding practice for open-source hardware.
PLANNING INNOVATION
It is possible to tap
into the benefits of digital fabrication in several ways. One is top down. In
2005, South Africa launched a national network of fab labs to encourage
innovation through its National Advanced Manufacturing Technology Strategy. In
the United States, Representative Bill Foster (D-Ill.) proposed legislation,
the National Fab Lab Network Act of 2010, to create a national lab linking
local fab labs. The existing national laboratory system houses billion-dollar
facilities but struggles to directly impact the communities around them.
Foster’s bill proposes a system that would instead bring the labs to the
communities.
Another approach is
bottom up. Many of the existing fab lab sites, such as the one in Detroit,
began as informal organizations to address unmet local needs. These have joined
regional programs. These regional programs, such as the United States Fab Lab
Network and FabLab.nl, in Belgium, Luxembourg, and the Netherlands, take on
tasks that are too big for an individual lab, such as supporting the launch of
new ones. The regional programs, in turn, are linking together through the
international Fab Foundation, which will provide support for global challenges,
such as sourcing specialized materials around the world.
To keep up with what
people are learning in the labs, the fab lab network has launched the Fab
Academy. Children working in remote fab labs have progressed so far beyond any
local educational opportunities that they would have to travel far away to an
advanced institution to continue their studies. To prevent such brain drains,
the Fab Academy has linked local labs together into a global campus. Along with
access to tools, students who go to these labs are surrounded by peers to learn
from and have local mentors to guide them. They participate in interactive
global video lectures and share projects and instructional materials online.
The traditional model of
advanced education assumes that faculty, books, and labs are scarce and can be
accessed by only a few thousand people at a time. In computing terms, MIT can
be thought of as a mainframe: students travel there for processing. Recently,
there has been an interest in distance learning as an alternative, to be able
to handle more students. This approach, however, is like time-sharing on a
mainframe, with the distant students like terminals connected to a campus. The Fab
Academy is more akin to the Internet, connected locally and managed globally.
The combination of digital communications and digital fabrication effectively
allows the campus to come to the students, who can share projects that are
locally produced on demand.
The U.S. Bureau of Labor
Statistics forecasts that in 2020, the United States will have about 9.2
million jobs in the fields of science, technology, engineering, and
mathematics. According to data compiled by the National Science Board, the
advisory group of the National Science Foundation, college degrees in these
fields have not kept pace with college enrollment. And women and minorities
remain significantly underrepresented in these fields. Digital fabrication
offers a new response to this need, starting at the beginning of the pipeline.
Children can come into any of the fab labs and apply the tools to their
interests. The Fab Academy seeks to balance the decentralized enthusiasm of the
do-it-yourself maker movement and the mentorship that comes from doing it
together.
After all, the real
strength of a fab lab is not technical; it is social. The innovative people
that drive a knowledge economy share a common trait: by definition, they are
not good at following rules. To be able to invent, people need to question
assumptions. They need to study and work in environments where it is safe to do
that. Advanced educational and research institutions have room for only a few
thousand of those people each. By bringing welcoming environments to innovators
wherever they are, this digital revolution will make it possible to harness a
larger fraction of the planet’s brainpower.
Digital fabrication
consists of much more than 3-D printing. It is an evolving suite of
capabilities to turn data into things and things into data. Many years of
research remain to complete this vision, but the revolution is already well
under way. The collective challenge is to answer the central question it poses:
How will we live, learn, work, and play when anyone can make anything, anywhere?
[1] In recent decades, the world has been rocked by revolutions in the
digitization of computation and communication. Now the physical world is being
digitized, thanks to new technologies that can turn data into things and things
into data. Digital fabrication will let people build custom home furniture,
living organs out of cells, and drones that can fly out of a printer; science
fiction is becoming industrial fact. NEIL GERSHENFELD is a Professor at the
Massachusetts Institute of Technology and the head of MIT’s Center for Bits and
Atoms.
No hay comentarios:
Publicar un comentario