背景
信息通訊技術的融合和發展催生了知識社會，並推動了創新模式的嬗變。科技創新不再是少數被稱為科學家的人群的專利，每個人都是科技創新的主體，生活、工作在社會中的用戶真正擁有最終的發言權。傳統的以技術發展為導向、科研人員為主體、實驗室為載體的科技創新活動正面臨挑戰，以用戶為中心、以社會實踐為舞台、以共同創新、開放創新為特點的用戶參與的創新2.0模式正在逐步顯現。Fab Lab正是在這個背景下產生的適應知識社會發展的以用戶為中心的套用創新模式。 知識社會下的創新2.0模式 應對信息通訊技術發展以及知識社會來臨的機遇與挑戰，不少國家和地區都在對以用戶參與為中心的創新2.0模式進行探索。中國正通過體驗、試驗、檢驗這“三驗”機制的建設，探索以用戶為中心、需求為驅動的套用創新園區（AIP）模式，完善城市管理科技創新體系中套用創新與技術進步的“創新雙螺旋”驅動。歐盟各國則斥巨資建設Living Lab讓用戶在真實的生活環境中參與共同創新，並將歐洲Living Lab網路的建設作為信息社會、知識社會條件下重塑其科技創新能力和全球競爭力的重要舉措。麻省理工學院（Massachusettes Institute of Technology，MIT）比特和原子研究中心（Center for Bits and Atoms，CBA）發起的Fab Lab則基於對從個人通訊到個人計算，再到個人製造的社會技術發展脈絡，試圖構建以用戶為中心的，面向套用的融合從設計、製造，到調試、分析及文檔管理各個環節的用戶創新製造環境。2006年，國際頂級學術期刊Nature對MIT研究人員圍繞Fab Lab理念在全球範圍內的努力和嘗試進行了專題報導和討論。 發明創造將不只發生在擁有昂貴實驗設備的大學或研究機構，也將不僅僅屬於少數專業科研人員，而有機會在任何地方由任何人完成，這就是Fab Lab的核心理念。相關構想和實踐對於充分調動社會參與科技創新的熱情，豐富公眾參與科技創新的手段，構建創新型城市、創新型國家具有重要的借鑑價值。Fab Lab構建模式與運行環境
2.1 Fab Lab的構建模式 Fab Lab是一個快速建立原型的平台，用戶通過Fab Lab提供的硬體設施以及材料，開放原始碼軟體和由MIT的研究人員開發的程式等電子工具來實現他們想像中產品的設計和製造。目前組建一個Fab Lab大約需要 2.5 ~ 5 萬美元的硬體設施和 0.5 ~ 1 萬美元的維護/材料支出費用。而每個Fab Lab的開發過程、創新成果也並非是獨立的，而是在整個Fab Lab網路中通過各種手段（如視頻會議）進行共享。 2.2 Fab Lab的技術運行環境 Fab Lab所提供的技術環境涵蓋開發的全流程：從設計、製造，到測試、調試、監控和分析，再到文檔整理。儘管有一個基本的工具集作為基礎，但根據特定需求充分利用特定環境下的資源和工具同樣重要。因此，Fab Lab也為用戶提供了製造自己所需工具的能力，用戶可以在Fab Lab的技術環境裡自行創造實驗過程中所需的特定用途工具[8]。 目前核心的開發設備包括以下幾部分：計算機控制的雷射切割器——將二維部件壓接裝配成為三維結構；標記切割器——生產印刷口罩，靈活電路及天線；精密（微米解析度）銑床——生產三維模具和表面貼裝電路板；更大的（4’*8’）的數控銑床——製造適合家居（和房屋）大小的部件；聚乙烯切割機；可程式控制工具——低成本高速嵌入式處理器（例如Atmel AVR Mega系列和 Tiny系列單片機）
每一個Fab Lab會配置一台或多台個人計算機，這些計算機用來整合實驗室中的其它工具。CAD/CAM軟體、二維或三維的機械設計，電子電路的建模、仿真和數據分析，印刷電路版（Printed Circuit Board，PCB）的布線設計，針對其它工具的接口設計和編程，以及出於交流和信息檢索目的的網路發布和文檔整理，這些工作都離不開計算機。
此外，為了向Fab Lab用戶群提供封裝好的工具，MIT媒體實驗室的草根創新小組（GIG）提供了“羅漢塔”系統——旨在實現輔助設計和加快商業電子系統原型構建的可擴展、模組化的計算結構單元。 “羅漢塔”由若干不同的基本功能模組構成，包括中央處理器和一系列加在它上面的功能電路版，涵蓋感測、觸發、數據存儲、通信、多媒體展現等功能。
用戶不僅可以利用“羅漢塔”設計並開展自己的實驗活動，而且也能構建自己的工具，例如低成本的示波器、簡版的個人計算機以及工具機的控制系統。擁有了構建工具的能力，使得用戶不僅可以通過增加新的功能模組擴展系統，而且將能夠真正的重建系統，甚至設計更加複雜的全新硬體系統。因此，“羅漢塔”系統本身就是一個集中體現Fab Lab研究和實踐活動精神的例子：即“利用Fab Lab設備製造出的新的Fab Lab設備”（Things that make things）。
2.2.2 Fab Lab環境裡的製造
個人製造是Fab Lab理念的主旨。強調將Fab Lab的創新重新套用於Fab Lab的開發環境中去。現有的Fab Lab在使用部分現成的商業製造工具的同時強調自行開發，不斷通過個人創新來擴充Fab Lab的軟硬體設備。如，Roland公司的高精度數控銑床、切割機和車床既可由標準的商業軟體控制，但同時Fab Lab研究組也開發了自己的套用軟體 CAD 和 CAM。定製的軟體工具提供了更大的設計空間，不僅能夠使用戶製作絕大多數二維或三維的實物，還將高精度銑床改裝成了用於自製印刷電路板（PCB）的工具，極大的縮短了簡單單面或雙面表面貼裝PCB的設計周期，也明顯縮短了一項創新從設計、製作到調試的總時間。另一個例子是目前研究人員正在進行通過數控銑床製作“自製精密數控銑床”的研究，這項研究的一旦成功將意味著今後從一台精密數控銑床開始，就可以大量複製自製的精密銑床，從而實現硬體設備的“自我複製”。
Fab Lab研究組非常重視設計和製造能力，以及硬體設計的重要性，因為這是在許多環境下實現個人製造的重要一環，例如印度的軟體開發已經取得了巨大的成功，但硬體開發卻仍遭遇瓶頸。Fab Lab製造電子電路的能力可作為一種突破瓶頸的途徑。電子製造過程很難脫離他人而獨立進行，這是由於晶片和一些元器件由於較高的製作工藝無法獨立製作，但PCB的製作和元器件焊接可在Fab Lab內完成，這也將極大的降低成本和節約開發調試時間。
2.2.3 Fab Lab環境裡的調試與測試
為了調試和檢驗PCB的設計，Fab Lab配置了一些基本的電子設備，包括示波器、電壓表、信號發生器及可程式微控制器開發工具。Fab Lab也為“羅漢塔”系統元件來代替這些特殊工具提供了可能。
Fab Lab的設備使用的關鍵是靈活性。MIT物理與媒體組研究人員Esa Masood開發了一種廉價的射頻分析器。在小批量生產的條件下，其成本也只有1250美元（大批量生產還可降低100美元的成本）。射頻分析器可測量10Hz到300MHz的阻抗，通過測量介電常數而獲知物質特性。這一技術正在探索中的套用包括牛奶脂肪含量的分析和郵政信件包含物的分析。另一位研究人員Kenneth Cheung在Fab Lab中設計並測試了拋物天線。在設計過程中，利用Fab Lab軟體CAD/CAM對天線拋物面的數學描述和對機器的精確控制，最終能夠設計出從幾厘米直逕到幾米直徑的木質支架拋物天線，且設計製作周期極短，充分發揮了個人製造“靈活快速”的特點。此外，物理與媒體組的其他相關研究也借用了Fab Lab的設備來進行創新。如Internet 0項目的研究在初期很大程度上依賴於Fab Lab快速製作印刷電路板的特點，使得研究的調試和測試工作變得快速而方便。
2.3 Fab Lab的共享模式
Fab Lab開發的全過程需要以技術文檔記錄以方便知識與創新的激盪、傳播和分享。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，有專門的Fab伺服器用於提供核心的技術支持；開源的版本控制軟體 Git 也被引進Fab Lab體系，用來控制龐大開發項目的文檔、代碼同步。Fab Lab的用戶可以利用計算機、掃瞄器、照相機將創新設計在思考圈子傳播，並得到他人的建議和評價。Fab Lab之間往往通過頻繁的視頻會議互相聯繫、共享，通過核心能力的共享使得使用者和項目也成為共享的資源。 致力於促進世界各地Fab Lab人員互動交流的配套的Fab Academy（製造學會）也正在快速的建設當中，可以進一步推動這個Fab Lab圈子的發展。
Fab Lab的建立與實踐
從Fab Lab的發展經驗來看，其在美國本土之外的很多的開發中國家，反而煥發出更強大的活力。Fab Lab不僅能夠幫助用戶設計並最終實現所需的對象和工具，更能為草根科技創新發展貢獻力量，使社會在其文化背景下以自身速率發展成為可能[8]。
Fab Lab的啟示
縱觀人類社會的發展歷程，科技創新的步伐從未停止。20世紀以來，信息通訊技術更是使推動科技創新以前所未有的速度日新月異。而什麼將成為人類實現創新的下一個支點？Fab Lab的理論與實踐圍繞個人製造和草根創新為我們勾勒出一幅值得期待的圖景。個人製造將為更廣泛的群體自由的施展其創新理念提供重要的基礎平台；草根創新則將使創新活動褪去過往象牙塔賦予的神秘光環，更緊密的結合社會發展的實際需求。二者的交匯恰恰是創新2.0最核心的思想實質。
從比特到原子
祥子 編譯自Computerworld[美] 引:在MIT的Fab Lab實驗室，Neil Gershenfeld已經研製出了成本只有1美元的Internet節點，現在他又開始致力於尋找可替換現有計算機和伺服器等傳統計算理念的結構裝配計算產品。
——記者：當您說人類正在進入第三次數字革命時，指的是什麼？
——Gershenfeld：在歷史上，我們已經歷了兩個非常突出而重要的階段：通訊和計算。我所指的第三個階段的實質就是微觀裝配技術(Fabrication)，它正處於邊緣發展階段。Fabrication研究其實是追求人體中核糖體的生物計算的境界。它基本上是一個分子計算機；它運行計算程式；它並不需要控制工具，因為它本身就是工具；其計算的輸出結果並不需要以比特(bits)來表現，而是以原子的排序來表示；但它又同時具備Claude Shannon和John von Neumann所發明的通訊和計算的所有特性。
CBA所面臨的一個最重要課題就是將已有的計算技術“原子化”。這是什麼意思呢？簡單而言，我們正在進行的研究就是發現原子的移動規律，將原子逐個進行研究，以將傳統計算中的比特轉化為以原子來表達，還要找到將原子還原成比特的方法。這就像當有一件事發生時，需要一個描述的過程，而聽到描述過程的人還要將事件還原到腦海中一樣。我們正在進行的研究就是如何以原子序列來精確地表達信息和描述計算過程。
——記者：這是計算機科學的一個新分支嗎？
——Gershenfeld：在許多方面，無論對計算還是科學而言，計算機科學的產生其實是最糟糕的一件事。目前所教導的計算機科學理論和發展規則過早扼殺了始於20世紀50年代的一種計算模式。實際上，大自然演化而來的生物體，就是一個比人類現有的計算機要高級得多的計算機。雖然量子計算為計算機科學帶來了又一個戲劇性的提升，但是傳統計算模式視之為重大發現的技術，往往在大自然界有許多途徑能夠實現。
——記者：您能就此舉個例子嗎？
——Gershenfeld：我們已經完成的第一項計畫是Internet 0，它可以讓你只需花1美元就可建立一個能連線到光纖交換機的Web伺服器。它採用了Internet最初的理念——相網際網路和端到端原則，並將其延伸到物理設備層。它可以讓你將IP網路運用到任何事物，而其成本僅僅與一枚RFID標籤相當。它是打破現今人們所見的計算概念條條框框的第一步，並且是最早進入現實世界的新計算技術。
——記者：可以再舉一個例子嗎？
——Gershenfeld：我們正在研究一種稱之為可替換計算(Fungible Computation)的技術，它可以把計算資源像原始材料一樣進行灌注、噴灑和平鋪，並且可以按照需要隨心所欲地布置到任何地方。例如，如果你有一台顯示器但覺得它還不夠大的話，或者有一台伺服器但配置已經落後的情況下，按照當前的做法往往是更換一台全新的顯示器或伺服器，這樣不但浪費資源、加重環保負擔，而且升級後的尺寸和性能並非完全或恰好滿足需要。但可替換計算技術的研究目標是毫米級或亞毫米級大小的計算機，可以將它們組裝成各種不同的形式(例如壁畫或牆紙的樣子)，再通過建立設計模型來讓這些微型計算設備區域性或全球性地有機組合起來(相互通訊和聯網)。如此一來，你的顯示器不但可以平鋪成牆上的一幅油畫，隨意捲起或平鋪開來，而且其尺寸可以按照需要隨時進行精細的調整；如果你的伺服器需要升級，可以將機器蓋子打開，將各種計算資源像原料一樣灌注進去即可。為了實現這一目標，我們正在將相關的微觀裝配、聯合生產工藝、封裝、通訊等技術環節推向更高的研究前沿，最為至關重要的環節還是設計模型的建立。
——記者：您的學生在MIT的Fab Lab實驗室里搞些什麼創造呢？
——Gershenfeld：他們始終在堅持搞一些連我也從未想到過的創造活動，例如有人對鸚鵡製造了一個供其上網的瀏覽器；有人製造了一件配有感測器和防禦性毛刺的裙子，以保護女性的人身安全；有人製造了一個鬧鐘，當它鈴聲大作的時候，主人為了關掉聲音必須費一番周折，這樣在達到驚醒目的的同時還確保那些懶人能及時去掉睡意、按時起床。這裡就像在沃爾瑪超市採購一樣，你可以打造任何你想要的東西。而這種可以實現隨心所欲的個性化需求的目標，正是Fab Lab所追求的技術研究理念。
——記者：有沒有一些企業對這種個性化的計算技術產生興趣？
——Gershenfeld：市場對個性化定製計算產品有潛在的需求，而且已嶄露緩慢啟動的跡象。與流水線上的批量生產不同，定製產品的模型並不標準而且不具持久性，所以像衣服、鞋和手機套等產品一般只實現向本地客戶的定製服務，因此在市場運作上具有一定的難度。
絕大部分大公司參觀了Fab Lab和其研發團隊之後往往會說：“這些年輕人製造的玩具確實很有趣，但我們只對實用的產品才感興趣。”我認為他們在重複歷史上的許多錯誤，例如當年大型機向PC轉化的時候，大型機的熱衷者們認為PC也只不過是玩具而已。這些傳統企業之所以將我們的新發明稱之為玩具，並非他們傻到看不出這些“玩具”的驚人潛力，而是擔心完全革新的技術會威脅到他們既成的商業模式和商業利益。
——記者：您接下來的計畫是什麼？
——Gershenfeld：分子裝配技術的發展約需經歷20年，相繼成立的各個Fab Lab的努力便是朝此目標邁出的一步。傳統的實驗室往往在設備上投資數百萬計的美元，但如今的Fab Lab僅通過兩三萬美元的設備投資就能實現微米和微秒級的研究，並且正在朝納米和納秒級的方向努力。最終，我們將以全新面貌(Star Trek-style)的分子裝配技術讓計算改頭換面，使一切與計算相關的事物看似從零開始。
