3D打印出的神話

馮凱翔 郭艷琳

本期關(guān)鍵詞：

3D打印

3D打印已不算新概念了，它的發(fā)展速度令人吃驚——復(fù)制梵高丟失的耳朵、給機器人武裝上“肌肉”……留學(xué)就要學(xué)最新最有發(fā)展前景的領(lǐng)域，想學(xué)3D打印，不妨試試申請本文中介紹的這些大學(xué)和研究機構(gòu)。

3D的出現(xiàn)讓我們看到了希望，許多被科學(xué)家視為“不可能”的東西，變得可能了。除了3D技術(shù)的不斷提升外，還有3D數(shù)據(jù)模型開源庫的建立，比如，美國NIH的3D打印交流平臺。技術(shù)+開源庫，3D打印將激發(fā)新一輪科研潮，也將讓3D打印走進(jìn)普通家庭不再是“神話”。

技術(shù)+開源庫，3D打印將激發(fā)新一輪科研潮，也將讓3D打印走進(jìn)普通家庭不再是“神話”。

梵高的耳朵

機構(gòu)：無

指數(shù)：★★★

1888年，荷蘭畫家梵高在一次精神病發(fā)作中，割掉了自己了一只耳朵。126年后，藝術(shù)家Diemut Strebe用3D技術(shù)打印出了這只“耳朵”。

為了讓打印出的耳朵的基因與梵高的相近，藝術(shù)家煞費苦心。她與一支科學(xué)家團(tuán)隊合作，從梵高弟弟的玄孫的耳朵軟骨采集DNA，再與梵高曾用過的信封中提取這位大師的DNA相結(jié)合，人工合成了DNA。接著，他們向人工DNA注入活細(xì)胞，于是3D打印出了耳朵。

3D打印器官并不是新鮮事，但是，藝術(shù)家Diemut Strebe打印梵高耳朵的創(chuàng)作，卻是極致。這不僅是一次藝術(shù)體現(xiàn)，更是一次哲學(xué)探討。公元1世紀(jì)，希臘文學(xué)家普魯塔克（Plutarch）提出問題：如果忒修斯（Theseus）的船上的木頭被逐漸替換，直至所有的木頭都不是原來的，那么，這艘船還是原來的那艘船嗎？這個問題吸引了不少哲學(xué)家的注意力，“忒修斯之船”的問題也被稱為“忒修斯悖論”。同樣的，藝術(shù)家Diemut Strebe借梵高的耳朵發(fā)問：在3D即將到來的時代， 3D打印的梵高耳朵里究竟包含多少梵高的真正基因？

藝術(shù)家Diemut Strebe把梵高的“耳朵”放在營養(yǎng)液（據(jù)說可以保存幾年）中，正在德國卡爾斯魯厄藝術(shù)與媒體中心展出。參觀者可借助話筒與“耳朵”對話（聲音穿透營養(yǎng)液后由播放器發(fā)出）。

交流平臺

機構(gòu)：美國衛(wèi)生研究所（National Institutes of Health，NIH）

指數(shù)：★★★★★

美國NIH推出了3D打印交流平臺（NIH 3D Print Exchange，http：//3dprint.nih.gov/），使用者可以下載、編輯、共享3D打印數(shù)據(jù)模型，自己制作實驗設(shè)備和人體模型。這個交流平臺主要關(guān)于醫(yī)學(xué)，甚至提供了病毒的3D模型，比如西尼羅河腦炎病毒。

病毒模型有什么用？它對于教學(xué)，乃至科研都至關(guān)重要。倘若對某一種蛋白質(zhì)弄不懂，這時一個活生生的3D蛋白質(zhì)模型擺放在眼前，難道不會有一點“開悟”的作用。NIH明確指出，這個免費網(wǎng)站（所有的數(shù)據(jù)都是開源的）并不局限于科學(xué)家等高端知識分子，菜鳥（小朋友也算）也能享受，并有可能創(chuàng)造奇跡。菜鳥們也不用擔(dān)心不會使用網(wǎng)站，上面有專門針對新手的使用指南。

NIH之所以建立這個網(wǎng)站，還是延續(xù)了美國政府“透明大數(shù)據(jù)”的政策，希望發(fā)動民眾的力量，把科技推向一個新高度。

鯊魚皮

機構(gòu)：哈佛大學(xué)

指數(shù)：★★★★

鯊魚以速度快而著稱，但是，皮膚是鋸齒狀的鯊魚為什么身手敏捷，這一直困擾著科學(xué)家們。哈佛大學(xué)的科學(xué)家們3D打印出鯊魚皮，發(fā)現(xiàn)了其中了奧秘。

表面上，鯊魚的皮膚光滑，但實際是由數(shù)萬計的像牙齒的鱗片組成。這些鱗片能大大減少海水的阻力，讓鯊魚行動自如。為了找到其中的答案，哈佛大學(xué)科學(xué)家們在當(dāng)?shù)佤~市找到一條灰鯖鯊，并對它的皮膚進(jìn)行高分辨率掃描。他們放大一個鱗片，建立模型，試圖3D打印鯊魚皮。為了找到最合適的3D打印材料，科學(xué)家們花了整整一年的時間。根據(jù)實驗測試，這種鯊魚皮提升了6.6%的游泳速度。

但是，科學(xué)家們認(rèn)為制作鯊魚皮泳衣尚早，因為生產(chǎn)難度太大。

生物機器人

機構(gòu)：伊利諾伊大學(xué)厄巴納?香檳分校（University of Illinois at Urbana-Champaign）

指數(shù)：★★★★

機器人能收縮肌肉了。

近期，美國伊利諾伊大學(xué)厄巴納?香檳分校的科學(xué)家們展示了一款行走的“生物機器人”。與其他機器人不同的是，這款機器人有“肌肉”，科學(xué)家們能對其發(fā)號命令。要知道，人與動物之所以行動自如，得益于骨骼上的肌肉，而肌腱將骨骼和肌肉聯(lián)系在一起。肌肉的收縮速度越快，人與動物也運動得越快。受這一啟示，科學(xué)家們用水凝膠和活細(xì)胞，3D打印出機器人的“骨骼”和“肌肉”。這款生物機器人的速度由電脈沖頻率控制，頻率越高，“肌肉”收縮速度越快。這款機器人的用途也非常廣泛，比如遞送藥物、實施手術(shù)、災(zāi)難救助、海底探險等。

接下來，科學(xué)家們將研究——如何更好地控制生物機器人的運動，說不定會整合神經(jīng)元，用光來控制運動的方向，讓它更“智能”。據(jù)說，科學(xué)家們還計劃把3D打印機運用于本科生實驗課中，鼓勵大學(xué)生們設(shè)計不同類型的生物機器人。

血管

機構(gòu)：波士頓布里翰婦女醫(yī)院（美國）

指數(shù)：★★

血管是人體重要的傳送器——向各器官運送營養(yǎng)、搬運“垃圾”。科學(xué)家們已經(jīng)能人工制造心臟、肝臟和肺，但是人工血管仍然是一項巨大挑戰(zhàn)。得益于3D打印技術(shù)，波士頓布里翰婦女醫(yī)院研究者們已經(jīng)在實驗里，制作了人工血管。但是，這項技術(shù)離人體運用還是將來時，卻至少讓我們看到了希望。因為，目前治療血管功能缺乏等疾病的一個途徑是移植。然而，捐獻(xiàn)數(shù)量有限，即便找到了血管捐獻(xiàn)者，被移植者的身體有可能會排斥被移植的血管。

臉

機構(gòu)：利物浦大學(xué)（英國）

指數(shù)：★★★★★

英國男子斯蒂芬?保羅在2012年的一次摩托車事故中，面部嚴(yán)重受傷——頰骨、下巴和鼻子都摔壞了，頭部也受到了損傷。

來自利物浦大學(xué)的專家克里斯?薩克利夫利用幾何學(xué)，CT掃描了斯蒂芬?保羅的頭部和臉部，3D打印了一個左右對稱的模型，再3D打印缺失的人體部位。這次把CT掃描和3D打印結(jié)合起來，讓人們預(yù)見了3D技術(shù)，尤其是金屬3D打印機的廣闊運用。在英國，利物浦大學(xué)建造了第一臺金屬3D打印機，它能運用與生物相兼容的物質(zhì)，比如鈦，打印可移植器官。據(jù)說，金屬3D打印已在牙科、整形科和獸醫(yī)等醫(yī)療領(lǐng)域有所運用。

責(zé)任編輯：尹穎堯