微觀裝配實驗室

Fab Lab的最初靈感來源於Gershenfeld教授於1998年在MIT開設的一門課程“如何能夠創造任何東西”，這很快成為他最受歡迎的一門課。沒有技術經驗的學生們在課堂上創造出很多令人印象深刻的產品，如為鸚鵡製作的網絡瀏覽器，收集尖叫的盒子，保護女性人身安全的配有傳感器和防禦性毛刺的裙子等等。可以製造任何想要的東西，學生們為此而興奮，而這種可以實現隨心所欲的個性化需求的目標, 也逐漸成為Fab Lab萌芽的創新研究理念。

學生們的創新活動的熱情使Gershenfeld教授受到了鼓舞。Gershenfeld教授認為與其讓人們接受科學知識，不如給他們裝備、相關的知識以及工具讓他們自己來發現科學。隨後，第一個Fab Lab於2001年在波士頓建立。第一間Fab Lab由美國國家科學基金會（National Science Foundation）撥款建造，旨在提供完成低成本製造實驗的所需環境。在Fab Lab中，創造自己想象中的事務的渴望激發着用户。這種用户也被稱之為“領導者用户（Lead user）”。Eric von Hippel教授曾指出，“領導者用户”領先於用户總體的主流，而且他們為了自己所遇到的需求，期望從一個解決方案中獲取相對較高的收益。“領導者用户”在Fab Lab中扮演重要的角色。

Gershenfeld並不僅僅想在美國實踐Fab Lab的理念。實際上，Fab Lab與不同文化背景、不同技術成熟度下特定需求碰撞出的火花可能更具價值。全球已經建立了30家遵循類似理念和原則的實驗室。第一家國際Fab Lab建立在哥斯達黎加。挪威、印度、加納、南非、肯尼亞、冰島、西班牙和荷蘭等國家也在從事着Fab Lab的相關嘗試，在最近六個月內預計還會有五家新的Fab Lab建立。

信息通訊技術的融合和發展催生了知識社會，並推動了創新模式的嬗變。科技創新不再是少數被稱為科學家的人羣的專利，每個人都是科技創新的主體，生活、工作在社會中的用户真正擁有最終的發言權。傳統的以技術發展為導向、科研人員為主體、實驗室為載體的科技創新活動正面臨挑戰，以用户為中心、以社會實踐為舞台、以共同創新、開放創新為特點的用户參與的創新2.0模式正在逐步顯現。Fab Lab正是在這個背景下產生的適應知識社會發展的以用户為中心的應用創新模式。

知識社會下的創新2.0模式

應對信息通訊技術發展以及知識社會來臨的機遇與挑戰，不少國家和地區都在對以用户參與為中心的創新2.0模式進行探索。中國正通過體驗、試驗、檢驗這“三驗”機制的建設，探索以用户為中心、需求為驅動的應用創新園區（AIP）模式，完善城市管理科技創新體系中應用創新與技術進步的“創新雙螺旋”驅動。歐盟各國則斥巨資建設Living Lab讓用户在真實的生活環境中參與共同創新，並將歐洲Living Lab網絡的建設作為信息社會、知識社會條件下重塑其科技創新能力和全球競爭力的重要舉措。麻省理工學院（Massachusettes Institute of Technology，MIT）比特和原子研究中心（Center for Bits and Atoms，CBA）發起的Fab Lab則基於對從個人通訊到個人計算，再到個人製造的社會技術發展脈絡，試圖構建以用户為中心的，面向應用的融合從設計、製造，到調試、分析及文檔管理各個環節的用户創新制造環境。2006年，國際頂級學術期刊Nature對MIT研究人員圍繞Fab Lab理念在全球範圍內的努力和嘗試進行了專題報道和討論。

發明創造將不只發生在擁有昂貴實驗設備的大學或研究機構，也將不僅僅屬於少數專業科研人員，而有機會在任何地方由任何人完成，這就是Fab Lab的核心理念。相關構想和實踐對於充分調動社會參與科技創新的熱情，豐富公眾參與科技創新的手段，構建創新型城市、創新型國傢俱有重要的借鑑價值。

2.1 Fab Lab的構建模式

Fab Lab是一個快速建立原型的平台，用户通過Fab Lab提供的硬件設施以及材料，開放源代碼軟件和由MIT的研究人員開發的程序等電子工具來實現他們想象中產品的設計和製造。組建一個Fab Lab大約需要2.5~5萬美元的硬件設施和0.5~1萬美元的維護/材料支出費用。而每個Fab Lab的開發過程、創新成果也並非是獨立的，而是在整個Fab Lab網絡中通過各種手段（如視頻會議）進行共享。

2.2 Fab Lab的技術運行環境

Fab Lab所提供的技術環境涵蓋開發的全流程：從設計、製造，到測試、調試、監控和分析，再到文檔整理。儘管有一個基本的工具集作為基礎，但根據特定需求充分利用特定環境下的資源和工具同樣重要。因此，Fab Lab也為用户提供了製造自己所需工具的能力，用户可以在Fab Lab的技術環境裏自行創造實驗過程中所需的特定用途工具。

目的開發設備包括以下幾部分：計算機控制的激光切割器——將二維部件壓接裝配成為三維結構；標記切割器——生產印刷口罩，靈活電路及天線；精密（微米分辨率）銑牀——生產三維模具和表面貼裝電路板；更大的（4’*8’）的數控銑牀——製造適合家居（和房屋）大小的部件；聚乙烯切割機；可編程控制工具——低成本高速嵌入式處理器（例如Atmel AVR Mega系列和 Tiny系列單片機）

2.2.1 Fab Lab環境裏的設計

每一個Fab Lab會配置一台或多台個人計算機，這些計算機用來整合實驗室中的其它工具。CAD/CAM軟件、二維或三維的機械設計，電子電路的建模、仿真和數據分析，印刷電路版（Printed Circuit Board，PCB）的佈線設計，針對其它工具的接口設計和編程，以及出於交流和信息檢索目的的網絡發佈和文檔整理，這些工作都離不開計算機。

此外，為了向Fab Lab用户羣提供封裝好的工具，MIT媒體實驗室的草根創新小組（GIG）提供了“羅漢塔”系統——旨在實現輔助設計和加快商業電子系統原型構建的可擴展、模塊化的計算結構單元。 “羅漢塔”由若干不同的基本功能模塊構成，包括中央處理器和一系列加在它上面的功能電路版，涵蓋傳感、觸發、數據存儲、通信、多媒體展現等功能。

用户不僅可以利用“羅漢塔”設計並開展自己的實驗活動，而且也能構建自己的工具，例如低成本的示波器、簡版的個人計算機以及機牀的控制系統。擁有了構建工具的能力，使得用户不僅可以通過增加新的功能模塊擴展系統，而且將能夠真正的重建系統，甚至設計更加複雜的全新硬件系統。因此，“羅漢塔”系統本身就是一個集中體現Fab Lab研究和實踐活動精神的例子：即“利用Fab Lab設備製造出的新的Fab Lab設備”（Things that make things）。

2.2.2 Fab Lab環境裏的製造

個人製造是Fab Lab理念的主旨。強調將Fab Lab的創新重新應用於Fab Lab的開發環境中去。現有的Fab Lab在使用部分現成的商業製造工具的同時強調自行開發，不斷通過個人創新來擴充Fab Lab的軟硬件設備。如，Roland公司的高精度數控銑牀、切割機和車牀既可由標準的商業軟件控制，但同時Fab Lab研究組也開發了自己的應用軟件 CAD 和 CAM。定製的軟件工具提供了更大的設計空間，不僅能夠使用户製作絕大多數二維或三維的實物，還將高精度銑牀改裝成了用於自制印刷電路板（PCB）的工具，極大的縮短了簡單單面或雙面表面貼裝PCB的設計週期，也明顯縮短了一項創新從設計、製作到調試的總時間。另一個例子是研究人員正在進行通過數控銑牀製作“自制精密數控銑牀”的研究，這項研究的一旦成功將意味着今後從一台精密數控銑牀開始，就可以大量複製自制的精密銑牀，從而實現硬件設備的“自我複製”。

Fab Lab研究組非常重視設計和製造能力，以及硬件設計的重要性，因為這是在許多環境下實現個人製造的重要一環，例如印度的軟件開發已經取得了巨大的成功，但硬件開發卻仍遭遇瓶頸。Fab Lab製造電子電路的能力可作為一種突破瓶頸的途徑。電子製造過程很難脱離他人而獨立進行，這是由於芯片和一些元器件由於較高的製作工藝無法獨立製作，但PCB的製作和元器件焊接可在Fab Lab內完成，這也將極大的降低成本和節約開發調試時間。

2.2.3 Fab Lab環境裏的調試與測試

為了調試和檢驗PCB的設計，Fab Lab配置了一些基本的電子設備，包括示波器、電壓表、信號發生器及可編程微控制器開發工具。Fab Lab也為“羅漢塔”系統元件來代替這些特殊工具提供了可能。

Fab Lab的設備使用的關鍵是靈活性。MIT物理與媒體組研究人員Esa Masood開發了一種廉價的射頻分析器。在小批量生產的條件下，其成本也只有1250美元（大批量生產還可降低100美元的成本）。射頻分析器可測量10Hz到300MHz的阻抗，通過測量介電常數而獲知物質特性。這一技術正在探索中的應用包括牛奶脂肪含量的分析和郵政信件包含物的分析。另一位研究人員Kenneth Cheung在Fab Lab中設計並測試了拋物天線。在設計過程中，利用Fab Lab軟件CAD/CAM對天線拋物面的數學描述和對機器的精確控制，最終能夠設計出從幾釐米直徑到幾米直徑的木質支架拋物天線，且設計製作週期極短，充分發揮了個人製造“靈活快速”的特點。此外，物理與媒體組的其他相關研究也借用了Fab Lab的設備來進行創新。如Internet 0項目的研究在初期很大程度上依賴於Fab Lab快速製作印刷電路板的特點，使得研究的調試和測試工作變得快速而方便。

2.3 Fab Lab的共享模式

Fab Lab開發的全過程需要以技術文檔記錄以方便知識與創新的激盪、傳播和分享。思考圈（Thinking Circle）的理念也使文檔整理更加方便。 在MIT的Fab Lab中心，有專門的Fab服務器用於提供核心的技術支持；開源的版本控制軟件 Git 也被引進Fab Lab體系，用來控制龐大開發項目的文檔、代碼同步。Fab Lab的用户可以利用計算機、掃描儀、照相機將創新設計在思考圈子傳播，並得到他人的建議和評價。Fab Lab之間往往通過頻繁的視頻會議互相聯繫、共享，通過核心能力的共享使得使用者和項目也成為共享的資源。 致力於促進世界各地Fab Lab人員互動交流的配套的Fab Academy（製造學會）也正在快速的建設當中，可以進一步推動這個Fab Lab圈子的發展。

從Fab Lab的發展經驗來看，其在美國本土之外的很多的發展中國家，反而煥發出更強大的活力。Fab Lab不僅能夠幫助用户設計並最終實現所需的對象和工具，更能為草根科技創新發展貢獻力量，使社會在其文化背景下以自身速率發展成為可能。

Fab Lab研究組在推廣過程中，為Fab Lab的建立過程中的訂購、安裝、培訓、編程及項目發展方面提供幫助。為了可以更好的支持這些功能，總部通過設在挪威的Fab基金會的協調。日前，Fab lab實驗室正在組織越來越多的區域網絡，以促進知識與創新的激盪、傳播和分享。

3.1 哥斯達黎加：推行自主學習理念

於2002年夏天成立的哥斯達黎加技術研究所（TEC）是第一個國際Fab Lab，並將網絡自主學習（LIN）的理念引入了哥斯達黎加。

發展中國家通常實踐着別的國家和地區基於自身目標而設計的技術。LIN的建立將改變這種現狀，它將幫助發展中國家的大學、基金會、公司和非政府組織增強針對自身需求發展技術的能力。Mikhak教授與哥斯達黎加的大學合作緊密，致力於在技術設計方面幫助當地發展新課程、研究計劃、技術構架和實施策略。LIN的核心團隊把關注點放在了與哥斯達黎加當地低收入農村相關的項目上。

參與Fab Lab的學生利用“羅漢塔”技術構建了自己的無線環境監測模塊並應用於農業種植，也發明了用於皮膚病檢查的便攜式醫療設備。同時，LIN也使當地的學生擴大了知識面，從而切實提高了學校物理、化學等學科的教學水平，同學們甚至自己開發了浮力教學實驗。越來越多的嶄新應用不斷湧現。

3.2 印度：在Fab Lab中解決本地棘手問題

在印度，Vigyan Ashram的Fab Lab發映了這一理念帶來的技術變遷和社會變遷。Vigyan Ashram是在印度Pabal村旁設立的一個小型教育基地，它也是第二個國際Fab Lab。這個基地關注實踐技能的教學，旨在滿足傳統印度教育體制由於種種原因無法滿足的需求，使學生能夠在課餘實現自己的夢想。由於Vigyan Ashram地處農村，控制成本、方便的製作PCB對於Fab Lab的正常運作非常重要。

值得一提的一個創新應用是可以進行精確時間計算的柴油機引擎。所有Vigyan Ashram的柴油機及後備電源系統均調速不規則，而村民又買不起昂貴的商用柴油機計時器。他們使用“羅漢塔”系統進行自己的計時器的原型建設，並使用Fab Lab的機牀來實現。相對於他們負擔不起的昂貴的外部資源來説，他們更希望能使用自己製造的柴油機引擎。此外還有諸如用於更替舊打印機的齒輪的設計、牛奶成分檢測計和人體血液監測儀等等有趣的發明。這即是Fab Lab的用武之地。Fab Lab 模型的基層解決方案即為根據本地的發展水平和期望的數量進行準時的設計和生產，而這些工具正用於解決本地棘手問題。

3.3 挪威：因地制宜的創新活動

Fab Lab同樣倡導用户根據當地自然條件的特點展開從構思、設計、研發到製作和測試的全流程創新活動。Fab Lab模式在挪威不同自然條件下催生的若干無線通訊應用則是很好的例證。無線通訊技術在山區被牧民們發展為“綿羊通訊”裝置，通過這種無線電裝置不僅能夠使牧人能夠管轄超過視野範圍的羊羣，也能夠週期性系統性地追蹤到任意一隻羊從出生到出售的全過程。原理相近的技術對於海邊的漁民則成為事用的“出海船隻定位系統”。Fab Lab因地制宜的創新活動無疑能夠帶來潛在的巨大商機。

3.4 西班牙：體驗自主學習的快樂

西班牙作為新近加入的Fab Lab成員，在巴塞羅那的Fab Lab正探尋着一個新的發展模式。即在Fab Lab中開設教育項目，使Fab Lab學員在盡情發揮想像力設計、製造的過程中體驗自主學習的愉悦。同時通過授予學位提高學員的社會競爭力。這是Fab Lab一直強調的其“社會外延”的另一種新的表達方式。

由於Fab Lab還着眼於通過創新帶來經濟機遇，在Fab Lab中產生的發明都具有被商業化的潛力。Fab 基金投資機構通過多種金融手法：從網上廣告Fab Lab發明，到小額信貸（microfinance），到風險投資（Venture Capital），再到兩者的結合體，也就是稱之為micro-VC的方法。Fab基金正在開展為企業培育Fab Lab實驗室提供進入全球資本及市場的途徑。

縱觀人類社會的發展歷程，科技創新的步伐從未停止。20世紀以來，信息通訊技術更是使推動科技創新以前所未有的速度日新月異。而什麼將成為人類實現創新的下一個支點？Fab Lab的理論與實踐圍繞個人製造和草根創新為我們勾勒出一幅值得期待的圖景。個人製造將為更廣泛的羣體自由的施展其創新理念提供重要的基礎平台；草根創新則將使創新活動褪去過往象牙塔賦予的神秘光環，更緊密的結合社會發展的實際需求。二者的交匯恰恰是創新2.0最核心的思想實質。創新2.0是用户創新，是面向需求的應用創新，是創新模式的創新，與此相關的探索和思考已逐漸升温。而Fab Lab對創新2.0的貢獻主要在於，它從微觀領域出發的實踐主義發展思路為相關理論和思考提供了寶貴的支點。一方面，Fab Lab選擇了技術基礎迥然不同的國家和地區展開實驗，卻總能將與當地文化、環境、特定需求的融合主旨貫穿始終，通過使用者和開發者角色的統一，打破了創新和應用間的壁壘，使用户創新有了實現的基礎；另一方面，Fab Lab注重實踐，尊重客觀條件，致力於探索低成本的技術實現方式和教育普及手段，使用户創新看上去不再是空中樓閣，具有的很強的可實現性。“羅漢塔”系統或許對於專業的電子設備研發人員早已並不陌生。但當它神奇的出現在印度農村，並切實創造出了能解決當地需求的產品時，它的價值就需要被重新評估可考量了。

隨着技術的發展、社會的進步，以用户為中心、需求為驅動、以社會實踐為舞台、以共同創新、開放創新為特點的用户參與的創新2.0模式正在逐步顯現。與歐洲的Living Lab模式相比，Fab Lab同樣希望通過用户的參與來縮短從技術研發到應用需求的鏈條，但二者各有特點。Living Lab試圖根植於發展迅猛、無所不在的移動技術，靠快捷的無線網絡縮短創新活動中要素的距離並將創新活動的多方主體緊密地聯繫在一起，移動技術既是先進服務的載體，也是用户參與創新活動的途徑。而Fab Lab則希望通過推動自下而上的創新徹底改變創新主體來實現應用需求與研發創新的融合。Fab Lab的實踐和經驗為用户參與創新，成為創新主體提供了切實可行的支撐環境，促進了知識與創新的激盪、傳播和分享，也將為我國建設以用户為中心、需求為驅動的應用創新園區以及構建應用創新體系提供重要借鑑。總之，無論是AIP還是Fab Lab或Living Lab，都是面向用户需求的應用創新模式，在不同的創新環境下發揮着不同的作用，但也有望在未來創新2.0的大框架下走向融合和共存。

祥子 編譯自Computerworld[美]

引：在MIT的Fab Lab實驗室，Neil Gershenfeld已經研製出了成本只有1美元的Internet節點，現在他又開始致力於尋找可替換現有計算機和服務器等傳統計算理念的結構裝配計算產品。在MIT的Fab Lab（Fabrication Laboratory，微觀裝配實驗室），CBA（Center for Bits and Atoms，比特和原子研究中心）主管Neil Gershenfeld認為，人類正處於第三次數字革命的前夕，相關的材料技術和信息技術已經露出苗頭。他已經在其Fab Lab實驗室通過研究加入到這場即將到來的革命大潮。在Fab Lab，學生們採用廉價的微觀裝配材料和電子工具來設計和製造他們的創意產品，工具由開放源代碼軟件和由MIT的研究人員開發的程序來驅動。遵循類似研發原則的許多實驗室分佈在全球各地，尤其在欠發達國家有更多這樣的研發機構。 Gershenfeld曾在他於2005年出版的專著Fab：The Coming Revolution on Your Desktop—From Personal Computers to Personal Fabrication（微觀裝配：從個人計算機到個人裝配領域即將發生在桌面上的革命）一書中，向世人展示了微觀裝配的概念和規則。他最近在接受Computerworld[美]報社記者Gary Anthes採訪時，進一步解釋了CBA的研究目標。

——Gershenfeld：在歷史上，我們已經歷了兩個非常突出而重要的階段：通訊和計算。我所指的第三個階段的實質就是微觀裝配技術（Fabrication），它正處於邊緣發展階段。Fabrication研究其實是追求人體中核糖體的生物計算的境界。它基本上是一個分子計算機；它運行計算程序；它並不需要控制工具，因為它本身就是工具；其計算的輸出結果並不需要以比特（bits）來表現，而是以原子的排序來表示；但它又同時具備Claude Shannon和John von Neumann所發明的通訊和計算的所有特性。

CBA所面臨的一個最重要課題就是將已有的計算技術“原子化”。這是什麼意思呢？簡單而言，我們正在進行的研究就是發現原子的移動規律，將原子逐個進行研究，以將傳統計算中的比特轉化為以原子來表達，還要找到將原子還原成比特的方法。這就像當有一件事發生時，需要一個描述的過程，而聽到描述過程的人還要將事件還原到腦海中一樣。我們正在進行的研究就是如何以原子序列來精確地表達信息和描述計算過程。

——Gershenfeld：在許多方面，無論對計算還是科學而言，計算機科學的產生其實是最糟糕的一件事。所教導的計算機科學理論和發展規則過早扼殺了始於20世紀50年代的一種計算模式。實際上，大自然演化而來的生物體，就是一個比人類現有的計算機要高級得多的計算機。雖然量子計算為計算機科學帶來了又一個戲劇性的提升，但是傳統計算模式視之為重大發現的技術，往往在大自然界有許多途徑能夠實現。

——Gershenfeld：我們已經完成的第一項計劃是Internet 0，它可以讓你只需花1美元就可建立一個能連接到光纖交換機的Web服務器。它採用了Internet最初的理念——相互聯網和端到端原則，並將其延伸到物理設備層。它可以讓你將IP網絡運用到任何事物，而其成本僅僅與一枚RFID標籤相當。它是打破現今人們所見的計算概念條條框框的第一步，並且是最早進入現實世界的新計算技術。

——Gershenfeld：我們正在研究一種稱之為可替換計算（Fungible Computation）的技術，它可以把計算資源像原始材料一樣進行灌注、噴灑和平鋪，並且可以按照需要隨心所欲地佈置到任何地方。例如，如果你有一台顯示器但覺得它還不夠大的話，或者有一台服務器但配置已經落後的情況下，按照當前的做法往往是更換一台全新的顯示器或服務器，這樣不但浪費資源、加重環保負擔，而且升級後的尺寸和性能並非完全或恰好滿足需要。但可替換計算技術的研究目標是毫米級或亞毫米級大小的計算機，可以將它們組裝成各種不同的形式（例如壁畫或牆紙的樣子），再通過建立設計模型來讓這些微型計算設備區域性或全球性地有機組合起來（相互通訊和聯網）。如此一來，你的顯示器不但可以平鋪成牆上的一幅油畫，隨意捲起或平鋪開來，而且其尺寸可以按照需要隨時進行精細的調整；如果你的服務器需要升級，可以將機器蓋子打開，將各種計算資源像原料一樣灌注進去即可。為了實現這一目標，我們正在將相關的微觀裝配、聯合生產工藝、封裝、通訊等技術環節推向更高的研究前沿，最為至關重要的環節還是設計模型的建立。

——Gershenfeld：他們始終在堅持搞一些連我也從未想到過的創造活動，例如有人對鸚鵡製造了一個供其上網的瀏覽器；有人制造了一件配有傳感器和防禦性毛刺的裙子，以保護女性的人身安全；有人制造了一個鬧鐘，當它鈴聲大作的時候，主人為了關掉聲音必須費一番周折，這樣在達到驚醒目的的同時還確保那些懶人能及時去掉睡意、按時起牀。這裏就像在沃爾瑪超市採購一樣，你可以打造任何你想要的東西。而這種可以實現隨心所欲的個性化需求的目標，正是Fab Lab所追求的技術研究理念。

——Gershenfeld：市場對個性化定製計算產品有潛在的需求，而且已嶄露緩慢啓動的跡象。與流水線上的批量生產不同，定製產品的模型並不標準而且不具持久性，所以像衣服、鞋和手機套等產品一般只實現向本地客户的定製服務，因此在市場運作上具有一定的難度。

絕大部分大公司參觀了Fab Lab和其研發團隊之後往往會説：“這些年輕人制造的玩具確實很有趣，但我們只對實用的產品才感興趣。”我認為他們在重複歷史上的許多錯誤，例如當年大型機向PC轉化的時候，大型機的熱衷者們認為PC也只不過是玩具而已。這些傳統企業之所以將我們的新發明稱之為玩具，並非他們傻到看不出這些“玩具”的驚人潛力，而是擔心完全革新的技術會威脅到他們既成的商業模式和商業利益。

——記者：您接下來的計劃是什麼？

——Gershenfeld：分子裝配技術的發展約需經歷20年，相繼成立的各個Fab Lab的努力便是朝此目標邁出的一步。傳統的實驗室往往在設備上投資數百萬計的美元，但如今的Fab Lab僅通過兩三萬美元的設備投資就能實現微米和微秒級的研究，並且正在朝納米和納秒級的方向努力。最終，我們將以全新面貌（Star Trek-style）的分子裝配技術讓計算改頭換面，使一切與計算相關的事物看似從零開始。