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專題: 從大自然看創造者的打印法

2016年3月
專題策劃及撰稿:胡德明、馮兆雄、方思潔、馬日恆、區雯慧、陸思齊、林珊一
文/羽翌

 

 

2014年,我從上海交通大學申請到公休假後,有很多機會到中國不同的大學講學。講的是我自己最感興趣的題目--電動馬達。我還記得幾乎每堂課的頭十分鐘,我都是以這樣的開場白:

「電動馬達是由偉大的特斯拉(NicolaTesla)在大約130年前發明的。自那時起,電動馬達已被廣泛應用,為人類提供舒適和方便,如風扇、空調,以及最新的電動汽車都採用不同形式的馬達。事實上,現時最有名的電動車就取名為『特斯拉』。」

 

 

接著我會對學生說:「然而,Nicola的馬達事實上並不是人類所認知最早的馬達。你們是否知道,自然界中,其實也有類似的設計呢?無論是河流、湖泊,甚至人體,都有類似馬達的設計,它們被稱為鞭毛馬達(flagella motor),並一直在自然界運作著。鞭毛馬達的效率是百分之百的,而這是迄今發明的所有馬達也無法達到的。細菌依靠這些馬達來幫助它們在池塘中向前游移,而細菌在人體內流動的原理也是如此。雖然科學家很早之前就已經發現鞭毛馬達的存在,但也要等到八十年代精密的電子顯微鏡誕生後,才得知鞭毛馬達的結構和運作原理。」

 

 

 

 

 

 

一般講到這裡,我就會在投影片上展示鞭毛馬達和人造馬達的模型(見圖1),並接著告訴學生,「有趣的是,兩個馬達的相似程度高得驚人,一個是人造的,一個是天然的。所有的部件都非常相似,都具有定子和轉子,連軸的組織方式也非常類似。但你們有沒有注意到,當人類在130年前首次發明馬達時,他們完全不知道鞭毛馬達的結構和運作是怎樣的。你們想想這是湊巧嗎?人類設計出來的馬達竟然跟自然界的馬達如此相似!很神奇吧?」說到這兒,我通常會看到很多學生專注的神情,也有些學生在用智能手機把投影片上的照片拍下來。然後我就會把話題擱在這裡,轉回到課堂的其餘部分。

 

 

自然界裡也有3D打印?

 

 

自然界的創造方法非常耐人尋味,在某些方面來看,其實與立體打印很類似。事實上,立體打印最初一直被稱為「積層製造」,而「立體/3D打印」這個術語也是最近才流行的。傳統的製造方法稱為「消減製造」(subtractive manufacturing),即是在製造過程中,把一塊物料逐漸切割,最終成為設計的形狀。而積層製造的原理則相反,是把小片的材料逐漸相加,以形成設計中的最後形狀。鞭毛馬達是從單個細胞創造而來,然後細胞將其反覆倍增,創建成整體。這是自然界創造東西的方式,從小到大。這就是為什麼有些人說,與傳統的製造法相比,立體打印更接近自然界創造的方式。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

我們已經看到目前立體打印的先進技術,連人體器官也可以打印出來。儘管這仍處於實驗室研究的階段,但一些科學家認為,要打印出能真正移植人體的器官也是指日可待的事。科技發展的進速超越了我們的想像力,過去我們連想也想不到的事,現在都可能實現。幾年前,英國廣播公司報導說,美國麻薩諸塞州一所大學的研究人員創建了世界上體積最小的電動馬達,只有一個分子,甚至比鞭毛馬達更小。這種人造的馬達可以通過電流,把藥物在控管下輸送到人體特定部位。此法對其他器官引起的副作用微乎其微,因此能成就更有效的治療。人類致力研發的這些成果,都是我們值得慶賀的。然而,立體打印一座房子與鞭毛馬達的形成,兩者還是存在著根本上的差異。人造的單分子馬達可說是人類的一大傑作,但仍然遠比不上自然界奧妙的鞭毛馬達。大自然的「打印」方式依然是人類的立體打印無法比擬的。

 

 

 

 

 

 

最初的刻畫者

 

 

每次下課後,大部分學生都會離開教室,趕去上下一節課,又或是去吃午餐。偶爾有些學生會留下來,發問一些與電機有關的一般性問題;也有些會問及鞭毛馬達。解釋過後,如果有機會,我總會問他們一個問題,才讓他們離開教室:「你覺得我們人類跟那位創造了鞭毛馬達的,有什麼共同點嗎?」我心裡會默禱著他們的回答是:「或許是有一位神,在最初就把祂自己的形象刻印在人的心裡吧?」唯願福音的種子能撒在他們心中,並有一天萌芽成長。

 

 

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