成长中的发明家

世界各地的社区领导们对个人制造工具的需求越来越多，他们正接受新兴技术为其所在区域的食物与商业带来的增长，同时，还要利用这些技术来提高民生。他们不再袖手旁观，需求与机遇的结合正引领着他们成为科技型领导人。

梅尔（Mel）

梅尔·金（Mel King）是波士顿社区活动里相当年轻的元老级人物。他几乎是靠着自己的摸索协助创造了现代城市规划。

1968年梅尔领导了“帐篷城”（Tent City）的营地建设。当时，波士顿把城市中心的一块土地卖给一位前消防委员长。这位前消防委员长下令拆除区域内的低收入住房，为建造大型停车场腾出空间。显然，当地居民并不赞成这个主意，他们占领了那块土地以示抗议。随着抗议活动的进行，他们还在那里支起帐篷，“帐篷城”由此得名。他们的坚持最终让低收入住房被纳入城市综合体设计中，这地区后来被称为“帐篷城”以纪念当时的抗议活动。帐篷城为城市、州和联邦在依据综合收入进行住房开发、都市区域划分等方面提供了具有参考价值的案例。

◇社区中心

梅尔现在负责帐篷城的南端技术中心。如今，他把科技作为自己的事业，为城市低收入人群创造机会。作为一个社区中心，南端技术中心日夜对外开放，欢迎任何感兴趣的人。人们可以在街上闲逛时走进中心参观，或者报名参加中心的课程，了解更多来发展自己的兴趣或掌握一门有用的技能。除了课程配置材料和认证考试所需的费用，课程是免费的。

梅尔发现，电视网络还未报导过类事他和他的社区邻居们的这些故事，于是他开始与社区组织以及市级议员合作，为当地居民自主制作的节目提供传播渠道。

当他意识到数字革命没有进入他所在的社区时，他继续为南端技术中心提供电脑与课程。从那时起，他增加了一项活动，将废弃电脑的零件重组成可用电脑，让社区内外的个人或团体均可使用。

接下来在南端技术中心我们创立了“数制”工坊实验室，目标不仅是达到科技的利用的民主化，也要实现科技发展的民主化。当机器运送到实验室后，实用培训也会从“你好，世界”的英文字母“hello-world”这个范例开始，利用工具把这些文字裁剪、打印出来。在一切都正式开始前，这些只不过是练习，然而依靠自己的能力进行的练习也会更加有趣。制作出来的立体“hello-world”字体代表真正的个性化制造的机遇来临。

在南端技术中心里的人们，尤其是孩子们，把个性化的文字和图片打印在很多触手可及的物品上：珠宝、鞋子、工具，等等。实验室开始制造个性定制的弹出贺卡、立体模型以及从加纳的“数制”工坊寄来的“阿丁克拉”（Adinkra）^[1]符号。所有的这些活动似乎都在为科技发声：“我生固我在。”

◇个性制造

使用切割工具剪裁过各式各样的高科技材料后，梅尔想，如何才能让南端技术中心持续不断地为机器提供加工的材料呢？要解决这个问题，倒是给丢弃在的垃圾，或者，更有甚者，那些高性能材料——纸板盒、塑料包装袋、胶合板集装箱等，提供了“翻身”的机会。这些材料的工程过程都将重量、力度、表面光洁和成本最优化地相结合，而波士顿像其他城市一样，到处都充斥着这样的材料。

由于梅尔的“数制”工坊里有着精密的制造工具，社区变废为宝，将废弃的运输箱转化成原材料，再重新被制造成其他物品。比如，女孩们在南端技术中心出售的高科技工艺品，对个人能力展示，社区废物回收和城市经济都产生了良好的影响。而对社区来说，原本希望渺茫的事，如今却有了实现的可能。正如梅尔所说：“火车后轮的速度慢于前轮的速度，除非进行改进，后轮的速度才会有所提升。”在南端技术中心，个性化制造为火车后轮的加速提供了机会。

纳纳·柴（Nana Kyei）

纳纳（Nana Okotwaasuo Kantamanto Oworae Agyekum）三世是“欧曼内恩”（Omanhene），即加纳的部落大酋长，生活中被称为“柴·安彭撒”（音译，Kyei Amponsah）。“纳纳”是对酋长的尊称，位及酋长之下的，是区级酋长（divisional chiefs）和小酋长（lesser subchiefs，各村的头人）。成为加纳部落里的酋长不仅仅是一份工作，也是一种生活方式，更背负了终身的责任。酋长是族群中精神、政治和司法的领袖，是受人敬仰的部落文化遗产的保护者，还是现世和其祖先之间精神和血脉的桥梁。

在加纳南部，酋长由母系相传筛选而来。当部落中需要产生一位新的酋长时，部落的“母后”和镇上的“立王者”（king maker）也就是那些老者，会推选最具潜力的皇室成员，并“选中”酋长。被选中是一份殊荣，却也是一件福祸参半的事情，因为这也开启了一个完全不同的人生。

◇纳纳

成为酋长的仪式被称为“坐上凳子”（enstoolment），象征酋长权力的是一张凳子而不是一顶王冠。但它可比王冠实用多了，因为酋长可是住在农村而不是白金汉宫里。除了凳子，还有一些代表权威的侍从跟随他。一位侍从为酋长撑伞，避免阳光直接照射到酋长身上；另一位“语言家”代表酋长发言，因为平民是不允许和酋长直接交谈的，即使平民和酋长就这样面对面站着，发言人也需要互相转述二者的谈话。

我初次见到加纳的纳纳·柴（Nana Kyei）时，他正着便装微服私访，以免官方侍从在一旁碍手碍脚。他在加纳和英国长大，随后到美国念书，之后在美国从事IT产业。在他任职技术顾问时被选中成为酋长，并被召传回加纳。于是他将之前和今后的事业结合，把酋长这个看似古老的职位一下带入了21世纪。

尽管在20世纪初，酋长的权力逐渐被占领非洲的英国殖民政府剥夺，但酋长一职仍然被保留下来，以利于维持部落持续存在的表象。而且，酋长是传递殖民指令、实现英国间接统治的有利渠道。这种安排在英国殖民渗入当地行政管理（Native Administration）时被正式化。英国政府还接管了任何会对其政治及经济控制产生影响的职责，最为重要的就是利润颇高的沿海奴隶贸易。更为严重的是，针对外居地主设置的部落间竞争，亦是“分而治之”（divide and rule）政策的一部分，这加速了加纳的分裂，维持了英国的势力。

1957年加纳脱离英国殖民宣布独立，而此时在英式教育下成长的城市精英开始有意回避当地颇具特色的酋长制度。人民、政权、经济活动等都向城市涌去，削减了加纳重要的农业生产力。

尽管如此，酋长的地位在当地仍然受到尊敬。2004年，我见到了纳纳·柴，他设想着酋长一职会成为新权威的基础，这个权威不同以往，是建立在创意而不是政治或金钱之上。他希望领导人民将当地的需求同新兴的技术相结合，这更像是他任职技术顾问时所做的工作。

在“数制”工坊实验室于加纳塔科拉迪技术研究院（Takoradi Technical Institute）落成后不久，纳纳·柴在那里公开露面。他推掉了原有的行程，抵达实验室并讨论能满足当地需求的可行项目。他提出要关注加纳的信息技术和能源渠道两大问题。平均网速为64Kb/秒（相当于一条快速拨号线路）的互联网连接每月花费约450美元，而在加纳的大多数地区还未设有互联网，而提供能源的状况则更为落后。

加纳大部分电力来自沃尔特湖（Lake Volta）的水力发电。1996年，水力为全国提供的发电量约为10亿瓦，这相当于美国一座大型发电站的发电量。但仅满足加纳能量需求的10%，大部分能源需求、剩余的70%则由燃烧木柴提供。木柴源于对森林的砍伐，这一不可持续的做法不仅抬高了电价，减少了树木的数量，还带来一系列滥砍滥伐导致的成本。

在加纳，我参观了当地一所由木柴供能的小酒厂。每2～3周就有一大批砍伐的木材运送至酿酒厂，耗资500万赛地（加纳货币），约50美金。在整个国家的人均收入仅为几百美元的情况下，这个小酒厂的年均能源消费却高达几千美元。

当酋长的雨伞为他遮挡加纳的烈日时，每平方米的光照在日照强烈时能提供成千瓦特的能源。不管白昼或黑夜，天气晴朗或多云，太阳辐射的平均产能也能达到几百瓦特。我的住所平均消耗电能约为1000瓦，这些电能可以通过收集几平方米的日照来提供。

加纳现今的太阳能利用分为两种：一种是简易的太阳能聚光器，汇聚阳光可用于烹饪，不过在其他方面就不太实用；另一种是太阳能电池板，产生几百瓦电能的成本为几百美元。因为太阳能电池板的价格相当于一个人的年均收入，所以使用者并不多。

◇能源计划

纳纳·柴详细阐述了太阳能利用的需求和可行的对策，但显然，目前的方案都还不能快速地满足整个国家的能源需求。太阳能聚光器的产能太少，仅能用于烹饪；而太阳能电池板的产能又太多，产生和存储电能的成本太高昂，需要昂贵的配套家电。另外，在收集和利用太阳能时均有能量损失，所以太阳能利用的总效率很低。

然而，太阳光可以做比做饭和发电多得多的事情。在建造简单的太阳能灶和复杂的半导体太阳能电池板之间，利用精密的制造工具进行尺寸控制为太阳能利用提供了新方法，也给这些老想法注入了新的活力。其中一种，孩子们都熟知的在大晴天用放大镜，让聚焦的太阳光作为切割工具。如果用计算机取代手工对阳光进行方向控制，激光切割机中昂贵又耗能的工业激光就可以被免费的太阳光所替代了。

有一个想法可追溯到1913年，古怪的发明家尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla）在那年获得新型涡轮机的专利。传统的涡轮机运转起来就像是飞机的机翼，通过改变气流或水的方向产生推动力。而要制造出涡轮机内一套固定可转动的叶片却是一件充满挑战的事，特斯拉优雅的设计则运用了一个更加简单的方法。当液体流经物体表面时，会产生一个被称为“边界层”（boundary layer）的过渡区。流体的分子和涡轮物体相互碰撞而减速，因此流动的液体在物体表面便能有效地停止。距离表面较远的分子受距表面较近的分子的影响而减速，进而影响距离更远的分子的速度，这就产生了流动的液体和固体表面之间的速度梯度（velocity gradient）。速度的梯度则在物体表面形成阻力。

界层很薄，厚度小于1毫米。特斯拉的圆盘间隙根据边界层的厚度设计。他发现，当圆盘间的间隙过大时，液体更容易从圆盘之间流过；而当圆盘间的间隙过小时，液体则根本无法从其间隙流过。若圆盘间的间隔宽度刚好等同于边界层的厚度，流过其间的液体与圆盘之间的黏附力，会形成从液体到圆盘间高效的能量转换。

◇特斯拉涡轮机

现在由于流体速度过快情形下会破坏边界层黏附，“特斯拉涡轮机”并没有得到广泛运用，例如它在大型喷气客机的引擎中就无法使用。但在流速较慢的情况下，通过精细的圆盘间隔分布，涡轮机却能发挥很好的作用，让流体或气体与涡轮之间的能量发生转换。

如果汇聚阳光的弧形碟面不是用来烧开水做饭，而是将水煮开产生蒸汽并启动涡轮机，那涡轮机的旋转运动能使各种机械运转起来。这些动力可直接启动机器、抽水或提升重物以储能，或者启动发电机和空调的压缩机。

纳纳·柴深知，降温在一个气候炎热的国家对于食物、药品以及人民的重要性。加纳大约有1/3的食品因为在运输途中未得到冷藏而变质。用太阳能供暖很容易，那么用太阳能制冷呢？也是可行的，这还要感谢另一个老想法，再加上实验室的工具使赋予新的应用可能。1928年，法国物理学学生乔治·兰克（George Ranque）偶然发明了涡流管。压缩的空气从垂直的方向压进管中，就像演奏家演奏长笛时对着笛孔吹气一样。管中有一套精密的螺旋形装置让压缩的空气在其中的转速可以达到每分钟100万转。这一过程将冷热空气分离，使热空气聚集在螺旋装置的边缘而冷空气聚集在轴心。排气通风装置再分别将冷热空气分离排出，提供热蒸汽和冷空气。

涡流管能有效地分离气流中的高速（热）分子和低速（冷）分子。在工业生产过程中，涡流管生成约-45.6℃（-50℉）的低温。不过涡流管并没有运用在空调里，因为以压缩制冷剂来制冷的传统系统相比，涡流管效率较低；但不同于传统的空调，涡流管没有活动部件，也不用化学剂，所以在可获得压缩空气的情况下，涡流管还是非常方便的。

用“数制”工坊的工具制造涡流管这一想法引导我来到“Kokompe”，加纳的一个车库区。这里的加工厂生产并维修运送食物的卡车，由于没有冷冻设备食物往往在运送途中变质。当涡流管连接到加工厂的空气压缩系统后，引发了一阵骚乱。工人们纷纷停下手头工作，去感受一支简单的管子带来的凉气。他们不讨论这支管子与“数制”工坊的关系，反而直接跳到涡流管的产能和功效问题上。他们所想的是，能否用卡车的废气驱动涡流管，以及到底要多久才能生产出这玩意儿。

◇兰克的涡流管

涡流管和特斯拉涡轮机是主流工程的边缘产品，将古怪的发明家，非正当交易，模棱两可的解释和严谨科学，甚至更加精密的应用互相搅合在一起。从加纳的小村庄到麻省理工的实验室，纳纳·柴对新兴科技的兴趣，推动持续研究，探索这类精密仪器的如何驾驭太阳能的可能。事实上，太阳能利用背后的数字令人震惊。保守估计，假设每平方米面积产能100瓦，加纳238 533平方公里的土地可以产出约1013瓦的电力，这相当于10个核反应堆的能源输出。如果由计算机控制下的结构复杂的设备，能生产出太阳能收集器时时刻刻捕获太阳能，加纳将由一个贫穷的国家转变为拥有最为重要自然资源和能源的富有的国度。在由能源经济带来的地缘政治的影响下，用光能而不是石油推动经济发展带来的前景，要比加纳的疆土还要广阔。酋长的想法确实能创造能量。

◇降温的双手

阿尼尔（Anil）

阿尼尔·古谱塔（Anil Gupta）是草根发明界的全球导师。有着艾哈迈达巴德（Ahmedabad，印度第6大城市）印度管理学院（Indian Institute of Management）背景的他，将自己的事业定位在：发现并协助隐藏在我们眼皮底下的发明家。

阿尼尔运营的“蜜蜂网站”（Honeybee Network）模仿蜜蜂的工作方式，即在不损害花朵的情况下采集花粉，并通过花粉传播将花朵联系起来。蜜蜂网站收集草根发明家们的想法，通过分享而不是掠夺这些想法来帮他们实现目标。最新的统计显示，该网站已收集了一万位发明家的数据。

一位印度发明家无法为他的小农场购置一台价格约2 500美元的拖拉机，不过他买得起800美元的摩托车。于是他想了一个办法，用价值400美元的工具箱，将摩托车改造成一台三轮拖拉机（这当然是一台能动的拖拉机，还是一辆实用的交通工具）。另一位农业发明家在施肥时遇到了类似的问题，他的解决办法则是改造一辆自行车。

一位印度农村的发明家，他烦恼的是农村里没有电，但有小公牛。这些随处可见的牛，拉动着农业工具，背负重荷，是农业经济的引擎。这位发明家想，为什么牛没有被用来发电呢。他想用一个神奇的装置套在牛身上并连接到发电机，将牛绕圈移动的能量转换成电能。这样一台牛发电装置可以产生大约一千瓦电能，足够供一座农场或几所住房使用。而这些牛看起来也毫不介意被套上这些装置，只是多拉一次活儿而已。作为能源，牛的好处和煤炭比起来要多得多。它们是可持续能源（只要它们一直被饲养），也是可再生能源，没有哪种发电设备可以“复制”出下一代。这位发明家发现：即使是它们的排泄物也相当有用，胜过化肥；他利用牛粪作为电解液制造电池。

当阿尼尔把我介绍给一群草根发明家时，我发现这是一个令人震撼的经历。我还曾天真地想着我可以传授一些技术知识给他们。我向他们介绍了在麻省理工学院和实际进行相关个人制造的研究，并请他们提问。其中一位先生提到，他制造的谷粒叶轮机（grain impeller）遇到了麻烦。这台机器有一根长螺杆用来输送谷物，但长螺杆却在输送稻谷时由于受力而磨损得很快。他问我是否有任何建议。

◇发明大师

◇农场里的运输机

◇牛前后的动力

我告诉他可以运用一种高科技方案：通过在金属表面生成一层陶瓷涂层来增强表面强度。不过当我看到他一脸茫然的样子时我有些沮丧，我担心所说的这种高科技在当地并不常见，反而迷惑了他。但是没过一会儿，他领悟到当下该做的事就是在金属表面形成陶瓷，就开始寻找哪一种陶瓷更为合适。他的朋友们也提出了一些类似的疑问，例如有自我润滑功能的合金，以及改变物相后能维持在恒温状态的材料。他们自己已经毫不费力地掌握了大量科学背景材料，向我提的问题也远远超出了我的认知范围。

我已经没必要向这些发明家们介绍个人智造的可行性，因为他们早已通过制造事物来谋生了。他们发现将计算机与制造联系起来的办法就在于提升空间尺寸掌握的精度。尽管他们可以构想诸如“摩托一拖拉机”、“自行车一喷雾器”这样的东西，但在把想法变成现实时却困难重重。那些先切割再组装的零件，其形状并不是他们所设计的那样。他们想要，并且需要的，是“净成形”制造的现代工业化实践，而不是任何一件发明或一项科技。这使得材料必须置于你需要的地方，而不是从别的地方再转移过来。这涉及增材制造（additive fabrication）的流程领域，将在下一章节做详细介绍。

梅尔·金、纳纳·柴·安蓬撒和阿尼尔·古普塔虽然身处非常不同的环境，却有着相同的角色和责任。他们的工作不是动手发明，但对科技的可行性有着精准的直觉，这一点，他们比很多发明家做得好。面对这一情况，他们抓住了个人制造的时机，在其所在的区域捷足先登。在他们看来，个人制造虽不是连续发展的技术，但却更像是我们人类历史自然发展要迈向的下一步。在这些人和他们全世界的同类的指导下，个人制造的工具可以开拓世界上自然界宝贵的资源：那就是他们的人们和人们脑子里面的想法。

【注释】

[1].译者注：非洲加纳阿丁克拉族（Ghanaian Adinkra）的文化符号。