Медицина

Общие тенденции развития технологий

Первый протез руки был создан для Готфрида фон Берлихингена, который жил в Германии в 15–16 веках и потерял свою правую руку во время одного из боев. Средневековые мастера сделали для него железную руку, которая не только позволяла ему выглядеть, как обычный человек, но и держать в ней меч. Сегодня же эта рука находится в музее фамильной крепости Хорнберга как напоминание о том, с чего начинались «бионические» протезы.

За последние несколько лет 3D-печать в медицинской отрасли перешла из категории научной фантастики в практическое применение: самым первым и простым ее использованием является изготовление имплантов. Главным преимуществом таких имплантов является идеальный размер, который подходит под конкретного пациента — поскольку до того, как его изготавливать, делают 3D-сканирование и модель необходимого органа. Ткань создается на 3D-принтере по той же технологии, что и при обычной печати, однако вместо пластика используются различные типы клеток. Например, для создания прототипа печени применяется три типа клеток: гепатоциты, звездчатые клетки и клетки эпителия.

В США уже есть пациент, которому напечатали часть черепа: успешную операцию провели в штате Коннектикут. При этом поражает скорость, с которой был изготовлен 3D-имплант ​​ — со дня 3D-сканирования до операции прошло всего 2 недели. В Принстонском университете напечатаны уже целые органы: например, бионическое ухо, которое не только выглядит, как настоящее, но и содержит чувствительную к звуковым волнам антенну и живые клетки.

С помощью технологии 3D-печати изготавливают временные коронки для стоматологии, части печени для трансплантации, и тому подобное. Наверное, одним из важнейших аспектов использования технологии 3D-печати является изготовление индивидуальных протезов, которые не только идеально повторяют форму и анатомические особенности конкретного человека, но и содержат микроскопические отверстия для повышения их прочности.

Сегодня разработаны и напечатаны несколько моделей искусственных рук и ног с довольно высоким функционалом, позволяющим пользоваться даже маленькими предметами. Данные модели незначительно отличаются друг от друга, однако то, что их объединяет — это высокая цена, которая делает их недоступными для большинства людей с инвалидностью. Однако энтузиасты уже разрабатывают модели с применением более дешевых материалов, которые могут быть сделаны в домашних условиях с помощью 3D-принтеров.

Например, еще в 14 лет школьник из Колорадо Истон ЛаШапель создал свой первый роботизированный протез руки в домашних условиях, а уже спустя восемь лет он основал компанию Unlimited Tomorrow, которая сосредоточилась на производстве современных технологичных протезов. Такие роботизированные протезы, идеально соответствующие потребностям человека, можно будет создать с помощью 3D-принтера по стоимости намного меньше тех, что существуют на рынке на сегодняшний день. Так история железной руки барона фон Берлихингена продолжается через полтысячелетия.

...

Влияние на общество, экономику, государство

Прежде всего, протезирование как таковое позволяет сохранить людей с инвалидностью в качестве активной части социума — именно это является основой инклюзии, которая приобретает особое значение в нашем современном обществе. А 3D-печать позволяет значительно расширить границы как протезирования, так и трансплантации для людей, которые нуждаются в этом, но далеко не ограничивается этими возможностями.

Уже сейчас Эйми Маллинз, которая является едва ли не самой известной в мире спортсменкой и моделью, с помощью протезов ног меняет свой рост и формирует собственную идентичность. Кроме нее можно вспомнить о Виктории Модеста — британской певице и фотомодели с ампутированной левой ногой ниже колена, которая превращает собственный протез в часть своего образа.

Появилась возможность печатать протезы верхних конечностей на 3D-принтере для пострадавших в военных конфликтах — в частности, для беженцев из Сирии. Стоимость таких протезов не превышает $20 при обычной цене в несколько сотен. Кроме того, напечатанные протезы легче традиционных, что также важно.

Кроме протезирования конечностей, что делается уже более-менее массово с помощью 3D-печати, появилось и другое направление ее развития: например, печать клеток для трансплантации в поджелудочную железу. Первый биопринтер для такой печати уже передан в клинику Аделаиды (Австралия) и используется для лечения пациентов с сахарным диабетом.

Также сегодня на 3D-принтере можно напечатать среднее ухо и вернуть человеку слух — соответствующие успешные исследования проведены в университете штата Мэриленд в Балтиморе. С помощью технологии 3D-печати можно достичь точности на субмиллиметровом уровне, позволяющем успешно проводить операции, которые при использовании обычных технологий бывают успешными в количестве 1 на 1 300 случаев.

И, наконец, технология 3D-печати в ближайшем будущем позволит успешно бороться с бесплодием — по крайней мере об этом свидетельствуют первые опыты на мышах, которым напечатали искусственный яичник, позволивший восстановить репродуктивную функцию. Стоит отметить, что ученые создали яичник не полностью, а только его основу, поскольку весь яичник является пока слишком сложным по своей структуре для воспроизведения.

Массовая технология 3D-печати в медицине, по мнению известного американского изобретателя и футуролога Рэя Курцвейла, станет лишь после 2030 года. А уже через 15 лет может появиться технология, которая позволит создавать новые органы для человека внутри тела.

...

Строительство

Общие тенденции развития технологий

Развитие технологии 3D-печати не могло оставить в стороне такую ​​отрасль как строительство. За последние несколько лет было представлено несколько проектов 3D-принтеров, которые могут напечатать жилье из различных материалов.

Организация WASP (World’s Advanced Saving Project) представила 3D-принтер Big Delta высотой 12 метров, предназначенный для строительства дешевого жилья с использованием местных материалов.

В Амстердаме в 2017 году был реализован 3D Print Canal House — трехлетний проект, в рамках которого международная команда партнеров из различных секторов вместе работала над 3D-печатью полноразмерного дома, напечатанного на крупном мобильном 3D-принтере Kamermaker, разработанном архитекторами. Цель проекта — произвести революцию в строительной индустрии и предложить новые индивидуальные жилищные решения по всему миру.

В Миннесоте был создан StroyBot — 3D-принтер для печати домов из цементного раствора, изобретателем которого является украинец Андрей Руденко. Именно он стал первым, кто напечатал первый 3D-гостиничный номер для Lewis Grand Hotel на Филиппинах еще в декабре 2015 года.

Китайская компания ZhouDa в 2015 году создала 3D-виллу из шести 3D-модулей весом примерно 100 килограмм каждый всего за три часа (однако стоит отметить, что печать готовых элементов длилась больше времени). Интересен тот факт, что для производства этой виллы использовались материалы, полученные из промышленных и сельскохозяйственных отходов. Напечатанный дом может выдержать землетрясение до 9 баллов, не боится воды и огня.

Еще одна китайская компания Winsun напечатала стандартный 5-этажный дом и роскошную виллу на 1 100 квадратных метров, чтобы продемонстрировать собственные возможности. Главным преимуществом строительства таким способом является значительная экономия строительных материалов, которая может составлять 30–60% благодаря использованию переработанных вторичных материалов, а себестоимость 1 100-метровой виллы составляет всего лишь $161 000.

В России компания «Спецавиа» из Ярославля с помощью собственной модели 3D-принтера S-1160 печатает строительные элементы с помощью стандартного цемента марки 500, который доступен в продаже в любом магазине строительных материалов. Рабочая поверхность строительного 3D-принтера составляет 10х11х2.7 метров.

Американская архитектурная фирма WATG предлагает разработку дизайна Curve Appeal и Branch Technology для строительства с помощью технологии 3D-печати. При этом WATG использует опыт программы Case Study Houses (1945–1966 года), которая изучала легкие и дешевые технологии для строительства в послевоенные годы. На сегодняшний день к старому опыту добавлены еще и технологии, которые смогут сделать дома энергоэффективными.

Наиболее прогрессивным и инновационным на сегодняшний день является система D-Shape, которая была разработана Энрико Дини. Она позволяет создавать полноразмерные здания из песчаника без всякого вмешательства человека с использованием стереолитографичного процесса, для которого нужен только песок и специальное неорганическое вещество. При этом полученный материал делает ненужным использование арматуры для усиления конструкции, и в то же время его невозможно внешне отличить от искусственного мрамора, а химически он на 100% дружественен к окружающей среде.

...

Влияние на общество, экономику, государство

Методы 3D-печати могут привести к культурной революции, поскольку то, что еще несколько лет назад казалось невозможным, уже воплощается в конкретных проектах. Удешевление строительства с помощью технологий 3D-печати, а также использования вторичных промышленных отходов может дать возможность бедным слоям населения во всем мире получить собственное жилье. Инфраструктура социальной защиты и реабилитации тоже может испытать необратимые изменения благодаря распространению этих технологий.

Новые технологии строительства позволят не только возводить здания дешевле и быстрее, что уже возможно, но и изменят структуру социума в целом. Новые городские образования будут постоянно наращиваться при помощи инновационных строительных работ и дополняться новыми структурами, чтобы удовлетворить потребности людей. Этот постоянно меняющийся организм в каждый момент времен будет чем-то напоминать технологии Web 2.0, с помощью которых формируются wiki-сайты, но происходить все будет уже не в онлайн, а в оффлайн.

Для того чтобы построить дом, уже не нужно будет вызывать рабочих и строительную технику. Достаточно будет заказать необходимый файл с проектом жилья, откорректировать его согласно собственным пожеланиям и вызвать одного строительного робота, который сможет напечатать и собрать дом из подходящих материалов.

В то же время распространение технологии 3D-печати приведет к развитию «умных» и «зеленых» городов, которые будут дружественными к окружающей среде, что будет значительно отличаться от глобализированной экономики современности, на смену которой может прийти гиперлокальная и персонализированная экономика нового времени.

...

ЗD-печать в быту

Общие тенденции развития технологий

Технология 3D-печати не является достаточно новой по сравнению с другими технологиями — ее активное развитие приходится на 2010-е годы, хотя патент на эту технологию был получен еще в 1984 году. Использование данной технологии было отложено из-за нехватки бизнес-перспектив по мнению French General Electric Company, однако уже в 90-е годы в США стали появляться первые коммерческие компании, которые ее применили.

На сегодняшний день 3D-печать используется в производстве, медицине и, конечно, как домашнее хобби, поскольку стоимость 3D-принтеров уменьшилась на порядки. И одной из возможностей развития технологии стала персонализация вещей.

На ресурсе Thingiverse, где собраны 3D-модели для широкого пользования, можно найти более 50 000 проектов — от одной из самых простых моделей, например, подставки для ложки, которая может пригодиться среди кухонных принадлежностей, до масштабной модели черепа акулы в виде запонок или головоломок. Однако это далеко не единственные модели, которые могут быть персонализированы — каждый может напечатать себе ремешок для часов, ортопедические стельки, док-станцию, чехол для iPhone или кольца для шторки в душе.

В настоящий момент основным ограничением для 3D-печати является материал, поскольку большинство домашних моделей принтеров работает с фотополимерами. Однако с более широким применением в быту других материалов персонализация вещей в ближайшем будущем может достичь гораздо большего.

Производитель шведского суперкара Koenigsegg уже объявил, что при производстве своего гиперкара One:1 использует немало компонентов, сделанных на 3D-принтере. В мае 2015 года Airbus сообщил, что модель Airbus A350 XWB имеет более 1 000 деталей, которые также были созданы с помощью этой технологии. Поэтому уже в ближайшем будущем мы сможем напечатать автомобиль или даже самолет по собственным предпочтениям с помощью 3D-принтеров.

Отдельно стоит упомянуть о том, что 3D-принтеры позволяют печатать огнестрельное оружие — и это может привести к новой дискуссии в обществе по реализации права на защиту личности. В США уже были попытки бороться с распространением моделей оружия для 3D-принтеров, однако каждый запрет только способствует распространению информации. Определенным компромиссом в США стало разрешение на печать огнестрельного оружия, которое может быть определено традиционными методами (например, металлоискателем). Однако, например, правительство Великобритании уже заявило, что производство 3D-оружия будет незаконным на территории королевства.

Таким образом, мы видим, как эволюция новой технологии поднимает целый пласт старых проблем (патенты, интеллектуальная собственность, копирайт, права на промышленный дизайн) — все это должно быть пересмотрено в рамках развития 3D-печати. Однако распространение технологии, и, прежде всего, возможность самостоятельно собрать 3D-принтер и таким образом в условиях регулирования быть «невидимым» для государства, требует построения новых правил игры.

...

Влияние на общество, экономику, государство

Технология 3D-печати на сегодняшний день является одной из прорывных в современном обществе. Долгое время идут споры о том, что именно эта технология за счет персонализации позволит изменить рынок массового потребления многих продуктов. Если произойдет массовая адаптация этой технологии к рынку и обществу, то, действительно, немало продуктов можно будет самостоятельно напечатать на своем домашнем 3D-принтере, а не тратить деньги на их покупку. Пока же, даже после нескольких лет ее активного развития, она остается в сфере интересов гиков и любителей создавать что-то своими руками.

Важным фактором влияния на инновационное развитие в целом, который необходимо учитывать, является использование промышленной 3D-печати, позволяющей удешевлять компоненты и делать их легко заменяемыми. Теоретически, именно в такой мелкой персонализации может заключаться вектор развития экономики в ближайшие годы, когда товар будет производиться промышленностью, однако персонализация вещей будет отдана покупателям.

Еще одним фактором, который активно обсуждают уже некоторое время, является еще большее размывание границ между домом и работой с распространением технологии 3D-печати. В то же время для бизнеса эта технология открывает возможности для распространения дизайна новых вещей по всему миру, что может привести к изменениям в сфере доставки товаров. При этом производство становиться максимально локальным и персонализированным, поскольку каждый владелец 3D-принтера сможет проявлять свою индивидуальность. Уже сейчас каждый может купить индивидуальные бутсы Nike, созданные с помощью 3D-принтера на основе сканирования ног покупателя.

Наиболее фантастически звучит создание 3D-принтера, который может самовоспроизводиться, — однако такие разработки уже успешно ведутся в рамках проекта RepRap, что позволяет печатать части самого себя (однако для сборки все еще нужен человек!).

Для государства развитие технологии 3D-печати означает бОльшее доверие к гражданам, поскольку создать тотальный контроль за распространением технологии будет сложно. При этом домашнее производство вещей изменит как занятость населения, так и структуру налоговых платежей. Демократизация средств производства может поставить немало новых вопросов: переработка наноматериалов, регулирование интеллектуальной собственности, распространение оружия и других подобных.

Также перед обществом появится немало новых вызовов — например, уже сейчас в производстве в США работает людей меньше, чем получают пособие по безработице. Уменьшение доли промышленного производства из-за его автоматизации и распространения 3D-печати может еще больше обострить проблему безработицы среди производительного населения, вызывая широкий общественный резонанс.

В глобальном плане наименее развитые государства и общества больше нуждаются в технологии 3D-печати, поскольку она позволяет создать необходимые инструменты для локальных нужд и при этом не тратить время и средства на доставку необходимых промышленных товаров.