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(jī)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(qǐng)本文中介紹的這些大學(xué)和研究機(jī)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(kāi)源庫(kù)的建立，比如，美國(guó)NIH的3D打印交流平臺(tái)。技術(shù)+開(kāi)源庫(kù)，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(kāi)源庫(kù)，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(jī)構(gòu)：無(wú)

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(fèi)苦心。她與一支科學(xué)家團(tuán)隊(duì)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(guò)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(wèn)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(lái)的，那么，這艘船還是原來(lái)的那艘船嗎？這個(gè)問(wèn)題吸引了不少哲學(xué)家的注意力，“忒修斯之船”的問(wèn)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(wèn)：在3D即將到來(lái)的時(shí)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(yíng)養(yǎng)液（據(jù)說(shuō)可以保存幾年）中，正在德國(guó)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(duì)話（聲音穿透營(yíng)養(yǎng)液后由播放器發(fā)出）。

交流平臺(tái)

機(jī)構(gòu)：美國(guó)衛(wèi)生研究所（National Institutes of Health，NIH）

指數(shù)：★★★★★

美國(guó)NIH推出了3D打印交流平臺(tái)（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(shí)驗(yàn)設(shè)備和人體模型。這個(gè)交流平臺(tái)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(duì)于教學(xué)，乃至科研都至關(guān)重要。倘若對(duì)某一種蛋白質(zhì)弄不懂，這時(shí)一個(gè)活生生的3D蛋白質(zhì)模型擺放在眼前，難道不會(huì)有一點(diǎn)“開(kāi)悟”的作用。NIH明確指出，這個(gè)免費(fèi)網(wǎng)站（所有的數(shù)據(jù)都是開(kāi)源的）并不局限于科學(xué)家等高端知識(shí)分子，菜鳥(niǎo)（小朋友也算）也能享受，并有可能創(chuàng)造奇跡。菜鳥(niǎo)們也不用擔(dān)心不會(huì)使用網(wǎng)站，上面有專門針對(duì)新手的使用指南。

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

鯊魚皮

機(jī)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(shí)際是由數(shù)萬(wàn)計(jì)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(dòng)自如。為了找到其中的答案，哈佛大學(xué)科學(xué)家們?cè)诋?dāng)?shù)佤~市找到一條灰鯖鯊，并對(duì)它的皮膚進(jìn)行高分辨率掃描。他們放大一個(gè)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(shí)間。根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)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?yàn)樯a(chǎn)難度太大。

生物機(jī)器人

機(jī)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(jī)器人能收縮肌肉了。

近期，美國(guó)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(jī)器人”。與其他機(jī)器人不同的是，這款機(jī)器人有“肌肉”，科學(xué)家們能對(duì)其發(fā)號(hào)命令。要知道，人與動(dòng)物之所以行動(dòng)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(dòng)物也運(yùn)動(dòng)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(jī)器人的“骨骼”和“肌肉”。這款生物機(jī)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(jī)器人的用途也非常廣泛，比如遞送藥物、實(shí)施手術(shù)、災(zāi)難救助、海底探險(xiǎn)等。

接下來(lái)，科學(xué)家們將研究——如何更好地控制生物機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，說(shuō)不定會(huì)整合神經(jīng)元，用光來(lái)控制運(yùn)動(dòng)的方向，讓它更“智能”。據(jù)說(shuō)，科學(xué)家們還計(jì)劃把3D打印機(jī)運(yùn)用于本科生實(shí)驗(yàn)課中，鼓勵(lì)大學(xué)生們?cè)O(shè)計(jì)不同類型的生物機(jī)器人。

血管

機(jī)構(gòu)：波士頓布里翰婦女醫(yī)院（美國(guó)）

指數(shù)：★★

血管是人體重要的傳送器——向各器官運(yùn)送營(yíng)養(yǎng)、搬運(yùn)“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(xiàng)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(shí)驗(yàn)里，制作了人工血管。但是，這項(xiàng)技術(shù)離人體運(yùn)用還是將來(lái)時(shí)，卻至少讓我們看到了希望。因?yàn)椋壳爸委熝芄δ苋狈Φ燃膊〉囊粋€(gè)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(huì)排斥被移植的血管。

臉

機(jī)構(gòu)：利物浦大學(xué)（英國(guó)）

指數(shù)：★★★★★

英國(guó)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(lái)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(gè)左右對(duì)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(lái)，讓人們預(yù)見(jiàn)了3D技術(shù)，尤其是金屬3D打印機(jī)的廣闊運(yùn)用。在英國(guó)，利物浦大學(xué)建造了第一臺(tái)金屬3D打印機(jī)，它能運(yùn)用與生物相兼容的物質(zhì)，比如鈦，打印可移植器官。據(jù)說(shuō)，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(yùn)用。

責(zé)任編輯：尹穎堯