ТЕХНОЛОГИИ: Фабриканты: От каждого по дизайну. каждому по репликатору

ТЕХНОЛОГИИ: Фабриканты: От каждого по дизайну. каждому по репликатору

Автор: Александр Петровский

Несколько недель назад четыре симпатичные шведки наделали в Токио порядочно шуму. В рамках Tokyo Design week женская дизайн-группа FRONT демонстрировала посетителям выставки арт-проект Sketch Furniture («Наброски мебели»), представляющий собой уникальный синтез двух, в общем-то, не очень свежих технологий: motion capture и rapid prototyping. В результате о FRONT знают не только коллеги, но и миллионы интернетчиков, своими глазами увидевших, что мебель можно делать буквально из воздуха. Однако самое интересное в происходящем то, что проект Sketch Furniture, несмотря на всю его зрелищность, это только вершина айсберга.

Фронтовые зарисовки: мебель из воздуха

Софии Лагерквист, Шарлотте фон дер Ланкен, Анне Линдгрен и Катье Савстрём не откажешь ни в трудолюбии, ни в отсутствии фантазии. За неполных четыре года своего существования творческий коллектив выдал на-гора больше десятка концептуальных дизайнерских серий, главной задачей которых — на взгляд черствого и глухого к эстетическим позывам зрителя — было привлечение внимания к себе любимым. Девушки экспериментировали с формами, которые подсказывали им животные (Design by Animals, 2003), изобретали необычные комбинации привычных устройств, проектировали мебель, форма которой меняется с течением времени… А в рамках Sketch Furniture для проектирования мебели придумали объединить киношную технологию motion capture и rapid prototyping.

Автор «наброска» рисует эскиз нужного предмета мебели пером в пространстве. Движения пера отслеживаются несколькими камерами, установленными в «мастерской», а затем передаются на компьютер, который переводит их в 3D-файлы. Полученный 3D-файл отправляется на 3D-принтер, где и осуществляется, собственно, «сборка» изделий, хотя сборкой это не назовешь — каждое кресло или стул выполнены из цельного куска пластика.

Сам процесс проектирования выглядит завораживающе, однако к реальной жизни неприменим. Еще эксперименты Autocad двадцатилетней давности показали, что несмотря на кажущуюся естественность и простоту рисования в пространстве, ничего простого и естественного в таком способе подготовки макетов нет: человеку проще оперировать в 2D, и если нас интересует результат, то конструктора нужно посадить за компьютер или за чертежный стол (существование скульпторов этому выводу, на первый взгляд, противоречит, однако скульпторы хоть и работают в трехмерном пространстве, чувствуют сопротивление материала, чего о «воздушных рисовальщиках» не скажешь). В случае со Sketch Furniture дело усугубляется еще и тем, что девушки рисуют вслепую, белые линии, которые можно увидеть на снимке, нанесены позднее в графическом редакторе, чтобы зрители понимали, что происходит. Мебель в результате получается хроменькая и кривая настолько, что пользоваться ею можно исключительно из любви к искусству. Что, впрочем, не мешает девушкам продавать свои изделия по 10 тысяч долларов за предмет.

Если процесс проектирования дизайнеры упростили до предела, то процесс изготовления, хоть и не требует непосредственного вмешательства человека, занимает несколько часов. Мебель «печатается» на специальном трехмерном принтере, который слой за слоем наносит на изделие специальный жидкий пластик и подсушивает его с помощью лазера. Подобные устройства традиционно применяются для быстрого изготовления прототипов и на рынке известны уже давно, но стоят довольно дорого. Так, например, «быстрый и доступный 3D-принтер» (так его называет производитель) ZPrinter 310 Plus обойдется покупателю в 20 тысяч долларов — и это без учета налога на добавленную стоимость, доставку и прочие мелочи, которые поднимут его стоимость еще процентов на десять. Примерно в ту же сумму обойдется Roland MDX-540 в минимальной комплектации. И это еще по-божески: более сложные системы могут стоить несколько сотен тысяч долларов. Одним словом, трехмерные принтеры — это дорогие игрушки, которые, увы, дешевеют очень медленно, но если потребителю действительно нужен 3D-принтер, он купит его и за 20 тысяч долларов, да еще и спасибо скажет, а скучающие домохозяйки как-нибудь обойдутся.

Молекулярный ассемблер

В отличие от 3D-принтеров, нанорепликатор (молекулярный ассемблер) может изготовить объект практически любой сложности. Правда, до сих пор неизвестно, можно ли изготовить сам молекулярный ассемблер. В декабре 2003 года журнал Chemical and Engineering News опубликовал открытую переписку между лауреатом нобелевской премии по химии Ричардом Смолли (Richard Smalley) и автором бестселлера «Машины созидания» Эриком Дрекслером (Eric Drexler). Согласно Смолли, нанорепликатор невозможен, а все, кто считает иначе, просто недостаточно хорошо понимают, как проходят химические реакции. Дрекслер считает, что скептицизм Смолли проистекает из недостаточного понимания основ механосинтеза (сборки «объектов» на молекулярном уровне), однако в ближайшее время выяснить, кто из оппонентов прав, вряд ли удастся: несмотря на то что американское правительство выделяет на разработки в области нанотехнологий миллиарды долларов, львиная доля этих денег уходит на более приземленные проекты (например, создание новых материалов). Частные компании в проверку идей Дрекслера вкладываться тоже пока не слишком спешат.

Революция без патентов

Интересно, что десять лет назад, когда 3D-принтеры только появлялись, некоторые аналитики предсказывали бум домашнего 3D-строения, полагая, что новые устройства быстро войдут в моду, подешевеют, начнут массово продаваться, а, значит, в результате еще сильнее подешевеют и начнут продаваться еще лучше. Ничего подобного, как мы знаем, не случилось. Но не исключено, что мы стоим на пороге революции в трехмерной печати. Революции, которая началась два с лишним года назад в Университете Бат, Великобритания, где доктор Эдриан Бойер (Adrian Bowyer), один из конструкторов принтера Dimension от Stratasys, придумал способ дешевого изготовления 3D-принтеров.

Собственно, Бойер этот способ не придумал, а вспомнил. Вспомнил идею универсального конструктора фон Неймана — уникального устройства, которое способно собрать себя самостоятельно. Если мы дадим 3D-принтерам способность к самотиражированию, рассудил Бойер, то с каждой итерацией стоимость трехмерного печатного устройства будет падать, пока не достигнет критической планки. Критическую планку доктор Бойер установил в 500 долларов (себестоимость используемых материалов). Правда, полагаться только на тиражирование он не стал — чтобы удешевить стоимость нового агрегата Бойеру пришлось отказаться от использования лазеров и внести в конструкцию значительные изменения, в частности, изобрести новую принтерную головку. До универсального конструктора принтер Бойера также не дотягивает — изобретатель не ставил своей целью воссоздать гипотетическое устройство, он просто искал способ дешевого тиражирования. Поэтому будущий принтер Бойера не сможет собрать себя самостоятельно, но сможет изготовить большинство нужных составляющих. Практически все, кроме электромотора и микропроцессоров, которые нужно будет приобрести отдельно.

Бойер не только во всеуслышание объявил о запуске проекта Reprap (Replicating Rapid-Prototyper, reprap.org), но и открыл все свои разработки, распространяя их по лицензии GNU. Он не получил патента, и не собирается превращать свою разработку — если она будет когда-нибудь завершена — в прибыльный бизнес. Как человек социально ответственный Бойер беспокоится о том, как его детище может изменить мир, поэтому предпочел бы начать обсуждение последствий широкого распространения 3D-принтеров уже сейчас, хотя работающего устройства у него на руках пока нет: один из прототипов будущего принтера, известный под именем Da Witch, только-только научился делать первые детали. Всего же прототипов три: относительно небольшой Da Witch, монстрообразный Godzilla и A.R.N.I.E., представляющий собой компромисс между первыми двумя вариантами.

Свободно распространяться будет не только сам дизайн принтера, но и софт для управления им, а также софт для создания 3D-моделей.

Революция без революции

Эдриан Бойер, разумеется, не мог бы справиться с такой масштабной задачей сам. Над репликатором сегодня работают около десяти человек, включая создателя Guttenberg Project Майкла Харта (Michael Hart). Впрочем, не исключено, что Харт оказывает, скорее, моральную поддержку, которая Бойеру ой как нужна, потому что индустрия к его идеям относится скептически. И дело вовсе не в технологиях. Пожалуй, точнее всего осторожный скептицизм по отношению к идеям Бойера сформулировал консультант Терри Уолерс (Terry Wohlers) из Wohlers Associates.

«Технически создать 3D-принтер, способный в некотором роде воспроизводить себя или некоторые свои составляющие, можно, но это вряд ли практично с точки зрения времени, стоимости и материалов. Даже модели, которые появятся в будущем, смогут работать с ограниченным набором материалов. А нам нужны приводы, подшипники, пружины, моторы, чипы и т. п. Не стоит ожидать, что все эти металлические компоненты сможет произвести домашняя установка, рассчитанная, по большому счету, на производство пластиковых компонент: шпингалетов, дверных ручек и пуговиц. Я считаю себя оптимистом, мне нравится рассуждать о возможностях, которые появятся в будущем, и я даже сделал парочку прогнозов. В то же время я пытаюсь быть реалистом. 3D-принтеры будущего намного превзойдут современные нам устройства. Появятся и домашние устройства — для профессионалов, предпочитающих работать дома, бизнесменов, которым нужно оценивать новые возможности для бизнеса, для детей, которым нравится создавать объекты. Однако очень маловероятно, что эти машины будут способны воссоздавать себя. Будущие 3D-принтеры, наверное, смогут изготавливать какие-то бытовые приборы, но если сломается тостер, кофеварка или разобьется стойка с тарелками — проще и дешевле окажется сходить в супермаркет.»

Бойер, разумеется, с такой точкой зрения не согласен. Больше того, он уверен, что уже первая версия Reprap сможет производить не только пуговицы, но и более сложные объекты: например, mp3-плейеры или цифровые камеры (электронику придется покупать отдельно — правда, пока не очень понятно, где). В более отдаленном будущем Бойер видит не только маленькие домашние фабрики по производству электроники, но и небольшие фармакологические установки, синтезирующие нужные препараты «на дому». В общем, это будет прекрасное время, когда каждый человек сможет синтезировать не только пуговицы, но и колеса (сам Бойер опасность домашней фармакологии сознает, но, судя по его высказываниям, относится к ней как к исторической неизбежности). Появление Reprap существенно ударит не только непосредственно по производителям продукции, но и по экономике в целом, превратив сегодняшнюю мировую экономику в нечто новое. Бойер считает, что этот процесс развивается по законам дарвиновского марксизма, то есть революцией без революции. Впервые в истории средства производства действительно оказываются в руках пролетариата, причем пролетариат может себе это позволить, потому что эти средства производства не дороже хорошей стиральной машины.

Парадокс ферми

Создание «универсальных конструкторов» может существенно удешевить космические исследования, ведь дорогостоящие грузоперевозки можно свести к минимуму, перевозя за раз «каждой твари по паре» с тем расчетом, что техника по прибытии на место «размножится» сама. Таким же способом можно существенно ускорить изучение космоса, посылая в экспедиции способные к саморепликации космические аппараты. NASA с переменным интересом спонсирует исследования в области самовоспроизводящихся кораблей с конца 1970-х гг., однако до сегодняшнего дня в актуальных космических программах эти разработки не используются.

Схема космического поиска с разветвлением выглядит настолько логичной, что скептики не раз использовали ее, чтобы доказать наше одиночество во вселенной. Эти рассуждения являются одной из форм парадокса Ферми. Дескать, если где-то и есть внеземные цивилизации, то почему мы до сих пор не наткнулись на их самовоспроизводящиеся механизмы, которым, по идее, требуется не так уж много времени — по космическим масштабам, конечно — чтобы заполнить, например, нашу Галактику. Но, кто знает, вдруг точно такую же риторику используют и скептики с других планет?

Революция без Бойера

Несмотря на свой оптимизм, Бойер признает, что шансов на успех именно у него, как у первопроходца, немного. Но если не получится у Бойера, возможно, получится у остальных. В Корнелльском университете уже несколько лет работают над созданием «домашней фабрики», Fab@Home. Это еще один открытый проект, у которого есть три важных отличия от Reprap: создатели Fab@Home не пытаются построить самовоспроизводящиеся фабрики, не пытаются снизить цену до планки в 500 долларов (хотя ценовой фактор для них важен — одна из целей проекта сделать технологии трехмерной печати доступными) и в какой-то мере заявляют более амбициозные планы, так как в теории Fab@Home сможет не просто печатать нужные запчасти, но и целиком производить нужные устройства, используя для их изготовления разные материалы. В отличие от Бойера у исследователей из Корнелльского университета уже есть работающий прототип, Model 1, хотя может он пока немного: о сборке сложных устройств нет и речи (и о сборке вообще, честно говоря). Скорее, это маленький домашний аналог современного 3D-принтера, не из лучших. Но и стоит Model 1 по сравнению с коммерческими системами копейки — сегодня сборка первой домашней фабрики обходится экспериментатору примерно в 2000 долларов.

Если не получится у Корнелльского университета, то, возможно, возобновятся исследования в Калифорнийском университете в Беркли, где еще три года назад вовсю шла работа над созданием трехмерного принтера, способного «печатать» электронные устройства (точнее, не привычные нам электронные устройства, а устройства, изготовленные из электроактивных полимеров, флексоники — звучит впечатляюще, но у такого подхода есть и отрицательные стороны: во-первых, полимерные транзисторы гораздо медленнее кремниевых; во-вторых, любая поломка флексонного устройства фатальна).

Если не получится в Беркли (хотя, на самом деле, в Беркли уже все получилось — они-таки построили флексонный принтер), то есть еще МТИ, где работает один из главных провозвестников новой производственной эры — Нил Гершенфельд (Neil Gershenfeld), автор книги «Революция на вашем десктопе — от персональных компьютеров к персональному производству» (The Coming Revolution on Your Desktop — from Personal Computers to Personal Fabrication) и программы Fab Lab в МТИ.

Конечно, признает Гершенфельд, нынешние технологии еще далеки от совершенства, но когда-то у нас были только черно-белые матричные принтеры, а современные принтеры могут печатать высококачественные цветные фотографии. Так и технологии трехмерной печати, словно бы застывшие во времени в последние десять лет, могут, наконец, сдвинуться с мертвой точки.