Fab Lab

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Fab Lab即微觀裝配實驗室（Fabrication Laboratory），是美國MIT比特與原子研究中心發起的一項新穎的實驗——一個擁有幾乎可以製造任何產品和工具的小型的工廠。該中心主任Gershenfeld教授認為，數字革命的發展已經經歷了兩個重要的階段，分別是個人通訊和個人計算。以移動技術為代表的普適計算的發展通過上述兩個階段的發展，無所不在的個人通訊網絡及個人計算已經形成。人類正處於第三次數字革命的前夕，在這次以「個人製造」為核心的革命中，相關的材料技術和信息技術已經露出苗頭。從某種意義上說，Fab Lab正是這即將到來的革命大潮前躍起的浪花。

目錄

基本介紹

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戶。這種用戶也被稱之為「領導者用戶（Lead user）」。Eric von Hippel教授曾指出，「領導者用戶」領先於用戶總體的主流，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。「領導者用戶」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。

背景介紹

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群的專利，每個人都是科技創新的主體，生活、工作在社會中的用戶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，以用戶為中心、以社會實踐為舞台、以共同創新、開放創新為特點的用戶參與的創新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戶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戶參與為中心的創新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，探索以用戶為中心、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讓用戶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，試圖構建以用戶為中心的，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戶創新製造環境。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、創新型國家具有重要的借鑑價值。

構建模式

2.1 Fab Lab的構建模式

Fab Lab是一個快速建立原型的平台，用戶通過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也為用戶提供了製造自己所需工具的能力，用戶可以在Fab Lab的技術環境裡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）銑床——生產三維模具和表面貼裝電路板；更大的（4』*8』）的數控銑床——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）

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）的布線設計，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布和文檔整理，這些工作都離不開計算機。

此外，為了向Fab Lab用戶群提供封裝好的工具，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。

用戶不僅可以利用「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床的控制系統。擁有了構建工具的能力，使得用戶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環境裡的製造

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床、切割機和車床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，不僅能夠使用戶製作絕大多數二維或三維的實物，還將高精度銑床改裝成了用於自製印刷電路板（PCB）的工具，極大的縮短了簡單單面或雙面表面貼裝PCB的設計周期，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床製作「自製精密數控銑床」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床開始，就可以大量複製自製的精密銑床，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。電子製造過程很難脫離他人而獨立進行，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環境裡的調試與測試

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厘米直徑到幾米直徑的木質支架拋物天線，且設計製作周期極短，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的用戶可以利用計算機、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。