admin | 2014-04-19

Fab Lab 创新模式及其启示(转载)

Fab Lab 创新模式及其启示(转载)

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期刊:科学管理研究
作者:宋刚; 陈凯亮; 张楠; 唐蔷; 朱慧
单位:北京大学遥感与地理信息系统研究所; 麻省理工学院比特和原子研究中心; 清华大学公共管理学院; 北京市市政管理委员会科技处

信息技术融合与发展为科技创新模式嬗变提供了新机遇。本文讨论了Fab Lab 创新模式的发展背景及典型案例, 并重点分析了其对我国以用户创新为中心的应用创新实践的理论及现实意义, 以期引发研究与实践领域围绕用户参与的创新2. 0 模式发展的深入思考。

信息通讯技术的融合与发展推动了知识社会的形成, 也深刻的改变着人们生活、工作方式、组织方式与社会形态。信息革命和知识社会不仅使得计算无所不在、网络无所不在, 带来了计算与网络的普适, 改变了信息获取、处理和传播的方式, 使得信息普适、知识普适, 以知识为基础的创新活动也变得无所不在。社会形态越来越呈现出复杂多变的流体特性, 传统的社会组织及其活动边界正在/ 融化。传统意义的实验室的边界以及创新活动的边界也随之”“ 融化”, 真正生活、工作在社会中的用户才是创新的主体。

以生产者为中心的创新模式正在向以用户为中心的创新模式转变, 创新不再是少数人的专利, 而应成为民主的参与。应对信息通讯技术发展以及知识社会面临的机遇与挑战, 不少国家和地区都在对以使用者参与为中心的创新2.0 模式进行探索。中国正通过体验、试验、检验这/ 三验0机制的建设, 探索以用户为中心、需求为驱动的应用创新园区( AIP) 模式, 完善城市管理科技创新体系中应用创新与技术进步的“双螺旋” 驱动。欧盟各国则斥巨资建设Living Lab 让用户在真实的生活环境中参与共同创新, 并将欧洲Living Lab 网络的建设作为信息社会、知识社会条件下重塑其科技创新能力和全球竞争力的重要举措。麻省理工学院( Massachusettes Institute of Technolog y, MIT) 比特和原子研究中心( Center for Bits and Atoms, CBA) 发起的Fab Lab 则基于对从个人通讯到个人计算, 再到个人制造的社会技术发展脉络, 试图构建以用户为中心的, 面向应用的融合从设计、制造, 到调试、分析及文档管理各个环节的用户创新制造环境。2006年, 国际顶级学术期刊Nature 对MIT 研究人员围绕Fab Lab 理念在全球范围内的努力和尝试进行了专题报导和讨论。

一、Fab Lab 的背景及发展历程

Fab Lab 即数字自造实验室( Fabrication Laboratory) , 是美国MIT比特与原子研究中心发起的一项新颖的实验—-一个拥有几乎可以制造任何产品和工具的小型的工厂。该中心主任Gershenfeld教授认为, 目前, 人类正处于第三次数字革命的前夕, 在这次以“个人制造”为核心的革命中, 相关的材料技术和信息技术已经露出苗头。从某种意义上说, Fab Lab 正是这即将到来的革命大潮前跃起的浪花。

Fab Lab 的最初灵感来源于Gershenfeld 教授于1998 年在MIT 开设的一门课程“如何能够创造任何东西”, 这很快成为他最受欢迎的一门课。没有技术经验的学生们在课堂上创造出很多令人印象深刻的产品, 如为鹦鹉制作的网络浏览器( http: //lab1 cba1 mit. edu/ phm/ demos/ alex.mpg ) , 收集尖叫的盒子( http: / / lab1 cba.mit. edu/ phm/ demo s/scream. mpg) , 保护女性人身安全的配有传感器和防御性毛刺的裙子等等。可以制造任何想要的东西, 而这种可以实现随心所欲的个性化需求的目标,也逐渐成为Fab Lab 萌芽的创新研究理念。

学生们的创新活动的热情使Gershenfeld 教授受到了鼓舞。Gershenfeld 教授认为与其让人们接受科学知识, 不如给他们装备、相关的知识以及工具让他们自己来发现科学。随后, 第一个Fab Lab于2001 年在波士顿建立。第一间Fab Lab 由美国国家科学基金会( National Science Foundation) 拨款建造, 旨在提供完成低成本制造实验的所需环境。在Fab Lab 中, 创造自己想象中的事务的渴望激发着用户。这种用户也被称之为“领导者用户( Leaduser)”, Er ic von Hippel 教授曾指出, “领导者用户”领先于用户总体的主流。

目前, 全球已经建立了30 家遵循类似理念和原则的实验室。第一家国际Fab Lab 建立在哥斯达黎加。目前挪威、印度、加纳、南非、肯尼亚、冰岛、西班牙和荷兰等国家也在从事着Fab Lab 的相关尝试,在最近六个月内预计还会有五家新的Fab Lab 建立。

二、Fab Lab 的构建模式与运行

2.1 Fab Lab 的构建模式
Fab Lab 是一个快速建立原型的平台, 用户通过Fab Lab 提供的硬件设施以及材料, 开放源代码软件和由MIT 的研究人员开发的程序等电子工具来实现他们想象中产品的设计和制造。目前组建一个Fab Lab 大约需要2.5 ~ 5 万美元的硬件设施和0. 5 ~ 1 万美元的维护/ 材料支出费用。而每个Fab Lab 的开发过程、创新成果也并非是独立的, 而是在整个Fab Lab 网络中通过各种手段( 如视频会议) 进行共享。

2.2 Fab Lab 的技术运行环境
Fab Lab 所提供的技术环境涵盖开发的全流程: 从设计、制造、 到测试、调试、监控和分析, 再到文檔整理。目前核心的开发设备包括以下几部分: 计算机控制的激光切割器—-将二维部件压接装配成为三维结构; 标记切割器—-生产印刷口罩, 灵活电路及天线; 精密( 微米分辨率) 铣床—-生产三维模具和表面贴装电路板; 更大的( 4,* 8,) 的数控铣床—制造适合家居( 和房屋) 大小的部件; 聚乙烯切割机;可程序设计控制工具—-低成本高速嵌入式处理器( 例如Atmel AVR Mega 系列和Tiny 系列单片机)

2. 2.1 Fab Lab 环境里的设计
每一个Fab Lab会配置一台或多台个人计算机, 这些计算机用来整合实验室中的其它工具。此外, 为了向Fab Lab 用户群提供封装好的工具, MIT 媒体实验室的草根创新小组( GIG) 提供了“罗汉塔”系统—-旨在实现辅助设计和加快商业电子系统原型构建的可扩展、模块化的计算结构单元。“罗汉塔” 由若干不同的基本功能模块构成, 包括中央处理器和一系列加在它上面的功能电路版, 涵盖传感、触发、数据存储、通信、多媒体展现等功能。

用户不仅可以利用“罗汉塔”设计并开展自己的实验活动, 而且也能构建自己的工具, “罗汉塔”系统本身就是一个集中体现Fab Lab 研究和实践活动精神的例子: 即“利用Fab Lab 设备制造出的新的Fab Lab 设备”( Things that make things) 。

2. 2. 2 Fab Lab 环境里的制造
个人制造是Fab Lab 理念的主旨。强调将Fab Lab 的创新重新应用于Fab Lab 的开发环境中去。现有的Fab Lab 在使用部分现成的商业制造工具的同时强调自行开发,不断通过个人创新来扩充Fab Lab 的软硬件设备。如, Roland 公司的高精度数控铣床、切割机和车床既可由标准的商业软件控制, 但同时Fab Lab 研究组也开发了自己的应用软件CAD 和CAM。定制的软件工具提供了更大的设计空间。另一个例子是目前研究人员正在进行通过数控铣床制作“自制精密数控铣床”的研究, 这项研究的一旦成功将意味着今后从一台精密数控铣床开始, 就可以大量复制自制的精密铣床, 从而实现硬设备的“自我复制”。

Fab Lab 研究组非常重
视设计和制造能力, 以及硬件设计的重要性。例如印度的软件开发已经取得了巨大的成功, 但硬件开发却仍遭遇瓶颈。Fab Lab 制造电子电路的能力可作为一种突破瓶颈的途径。PCB 的制作和元器件焊接可在Fab Lab 内完成, 这也将极大的降低成本和节约开发调试时间。

2. 2.3 Fab Lab 环境里的调试与测试
为了调试和检验PCB 的设计, Fab Lab 配置了一些基本的电子设备, 包括示波器、电压表、信号发生器及可程序设计微控制器开发工具。Fab Lab 也为“罗汉塔” 系统组件来代替这些特殊工具提供了可能。
Fab Lab 的设备使用的关键是灵活性。MIT物理与媒体组研究人员Esa Masood 开发了一种廉价的射频分析器。射频分析器可测量10Hz 到300MHz 的阻抗, 通过测量介电常数而获知物质特性。这一技术正在探索中的应用包括牛奶脂肪含量的分析和邮政信件包含物的分析。另一位研究人员Kenneth Cheung 在Fab Lab 中设计并测试了抛物天线。此外, 物理与媒体组的其他相关研究也借用了Fab Lab 的设备来进行创新。如Internet 0 项目的研究在初期很大程度上依赖于Fab Lab 快速制作印刷电路板的特点, 使得研究的调试和测试工作变得快速而方便。

2. 3 Fab Lab 的共享模式
Fab Lab 开发的全过程需要以技术文文件记录以方便知识与创新的激荡、传播和分享。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, 有专门的Fab 服务器用于提供核心的技术支持; 开源的版本控制软件Git 也被引进Fab Lab 体系, Fab Lab 的用户可以利用计算机、扫描仪、照相机将创新设计在思考圈子传播, Fab Lab 之间往往通过频繁的视频会议互相联系、共享。致力于促进世界各地Fab Lab 人员互动交流的配套的Fab Academy( 制造学会) 也正在快速的建设当中。

三、Fab Lab 的建立与实践

Fab Lab 不仅能够帮助用户设计并最终实现所需的对象和工具, 更能为草根科技创新发展贡献力量, 使社会在其文化背景下以自身速率发展成为可能。

Fab Lab 研究组在推广过程中, 为Fab Lab 的建立过程中的订购、安装、培训、程序设计及项目发展方面提供帮助。为了可以更好的支持这些功能, 总部通过设在挪威的Fab 基金会的协调。

3.1 哥斯达黎加: 推行自主学习理念
于2002 年夏天成立的哥斯达黎加技术研究所 ( T EC) 是第一个国际Fab Lab, 并将网络自主学习 ( LIN) 的理念引入了哥斯达黎加。
发展中国家通常实践着别的国家和地区基于自身目标而设计的技术。LIN 的建立将改变这种现状, LIN 的核心团队把关注点放在了与哥斯达黎加当地低收入农村相关的项目上。
参与Fab Lab 的学生利用“罗汉塔”技术构建了自己的无线环境监测模块并应用于农业种植, 也发明了用于皮肤病检查的便携式医疗设备。同时, LIN 也使当地的学生扩大了知识面。

3. 2 印度: 在Fab Lab 中解决本地棘手问题
在印度, Vigyan Ashram 的Fab Lab 发映了这一理念带来的技术变迁和社会变迁。Vigyan Ashram是在印度Pabal 村旁设立的一个小型教育基地, 它也是第二个国际Fab Lab。这个基地关注实践技能的教学。由于Vigyan Ashram 地处农村, 控制成本、方便的制作PCB 对于Fab Lab 的正常运作非常重要。
值得一提的一个创新应用是可以进行精确时间计算的柴油机引擎。此外还有诸如用于更替旧打印机的齿轮的设计、牛奶成分检测计和人体血液监测仪等等有趣的发明。这即是Fab Lab 的用武之地。

3. 3 挪威: 因地制宜的创新活动
Fab Lab 同样倡导使用者根据当地自然条件的特点展开全流程创新活动。Fab Lab 模式在挪威不同自然条件下催生的若干无线通信应用则是很好的例证。无线通信技术在山区被牧民们发展为“绵羊通讯”装置, 通过这种无线电装置不仅能够使牧人能够管辖超过视野范围的羊群, 也能够周期性系统性地追踪到任意一只羊从出生到出售的全过程。原理相近的技术对于海边的渔民则成为适用的“出海船只定位系统”。

3. 4 西班牙: 体验自主学习的快乐
Fab Lab 创新模式及其启示(转载)

西班牙作为新近加入的Fab Lab 成员, 在巴塞罗那的Fab Lab 正探寻着一个新的发展模式。即在Fab Lab 中开设教育项目, 使Fab Lab 学员在尽情发挥想象力。同时通过授予学位提高学员的社会竞争力。这是Fab Lab 一直强调的其“社会外延”的另一种新的表达方式。
由于Fab Lab 还着眼于通过创新带来经济机遇, 在Fab Lab 中产生的发明都具有被商业化的潜力。Fab 基金投资机构通过多种金融手法: 从网上广告Fab Lab 发明, 到小额信贷( microf inance) , 到风险投资( Venture Capital) , 再到两者的结合体, 也就是称之为micr o- VC 的方法。

四、Fab Lab 的启示

什么将成为人类实现创新的下一个支点? Fab Lab 的理论与实践围绕个人制造和草根创新为我们勾勒出一幅值得期待的图景。个人制造将为更广泛的群体自由的施展其创新理念提供重要的基础平台; 草根创新则将使创新活动褪去过往象牙塔赋予的神秘光环, 二者的交汇恰恰是创新2.0 最核心的思想实质。
创新2. 0 是用户创新, 是面向需求的应用创新,是创新模式的创新, 与此相关的探索和思考已逐渐升温。而Fab Lab 对创新2.0 的贡献主要在于, 它从微观领域出发的实践主义发展思路为相关理论和思考提供了宝贵的支点。一方面, Fab Lab 选择了技术基础迥然不同的国家和地区展开实验, 却总能将与当地文化、环境、特定需求的融合主旨贯穿始终; 另一方面, Fab Lab 注重实践, 尊重客观条件, 使用户创新具有的很强的可实现性。“罗汉塔”系统或许对于专业的电子设备研发人员早已并不陌生。但当它神奇的出现在印度农村, 它的价值就需要被重新评估和考虑了。

随着技术的发展、社会的进步, 以用户为中心、需求为驱动、以社会实践为舞台、以共同创新、开放创新为特点的用户参与的创新2.0 模式正在逐步显现。与欧洲的Living Lab 模式相比, 二者各有特点。Living Lab 试图根植于发展迅猛、无所不在的移动技术, 而Fab Lab 则希望通过推动自下而上的创新彻底改变创新主体来实现应用需求与研发创新的融合。Fab Lab 的实践和经验为用户参与创新,成为创新主体提供了切实可行的支撑环境, 也将为我国构建应用创新体系提供重要借鉴。

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