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注：数字材料是由多个具有物理特性的立体像素离散点组成。
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图片来源：Jonathan Hiller
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大多数物理目标体都具有模拟特性。模拟信息系统是连续的，意味着模拟信息系统下的信息传递是流畅的。如钟的分针是绕着时钟连续运转，而数字钟不是连续运转的，数字钟中间有60个非常明确的中间状态，它停留在一种状态，然后瞬间切换到另一种状态。我们常用的计算机文档就是数字型的，因为它们是由“0”和“1”字节组成，中间没有任何间隔。
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相反，大多数当前的制造技术都是模拟型的，因为所生产的材料实际上都具备连续性。不过事实并非如此。
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我第一次见到尼尔·格申费尔德是在麻省理工学院的比特和原子研究中心。坦率地讲，我很钦佩他能为自己的研究中心取了一个这么确切的名字，而我始终都不能为我自己的研究工作精髓想一个比较恰当的名字。2005年夏天，我和他刚完成第一轮电池打印测试，测试结果是电池仅仅从电子性能上来说具有“数字性”，从其他方面来说，它具有物理性能和模拟性：电池是由连续的原材料流组成的。
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我试图详尽地解释整个电路打印过程，但尼尔显得有点儿着急。“为何不在里面放置一个带有整个预置电路的芯片呢？”他边问边打开一个抽屉，拿出一个比米粒大不了多少的微型晶体管芯片，如果放入一点儿电路，而不是一点儿墨水，会是怎样的效果？
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起初，我认为格申费尔德的理解出现偏差。放置一个预置电路板简直就是耍小聪明，因为它使得印刷电路在一开始就不能正常运转。然而，随着我思考的深入，我发现这个“小聪明”似乎能行。一个生物体是由22组模块组成（22组氨基酸），这22组氨基酸能够通过自身不同的排列组合产生无数蛋白质，最终形成生命形态。
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生物学家能够快速地指出对生命来说氨基酸并非全部。当然，生命体需要能够组合和分离氨基酸的能量。但从某种意义上讲，生命结构是由氨基酸模块组成的。这种组合使得生物意义上的生命形态具有自我修复的功能。动物和植物之所以能够互相消化共存，又可以重复转化为各自生命质体，是因为我们所有的生命体都是由这小小的22组相同的模块组成。
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同理，像素就是一个图像中的一组模块，字节就是一组信息的一个单元，氨基酸就是一个生物物质的一组模块，立体像素就是一个体积像素（其名字由此而来）。物质的最小基本单位是原子，打印机的最小基本单位应该大一点儿，大概有几百微米，与一粒沙子一样大。
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图14–7
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注：一台快速装配机就像3D打印机，逐层构造物体。但是快速装配机是通过组装大量小模块逐层构造目标体。
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图片来源：Jonathan Hiller
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如同艺术家调色板里的颜料一样，一些不同类型立体像素就足以满足你的各种需求。如果说不足24种元素就能创造所有生命体的话，那么一组基本的立体像素就能打开广阔的想象空间。首先，我们中和硬性和软性立体像素，仅用这两种类型的立体像素，就可能制造硬性和软性的材料。如果加入导电的立体像素，就能制造配线；如果加入电阻器、电容器、感应器和晶体管性能的立体像素，就能制造电路；如果加入驱动器和传感器的立体像素，那么就可以做机器人了。
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立体像素只能存在于实验室环境下，也就是说，能够处理立体像素的打印机还不能在实际情况下工作。但是认为日常物体将由数以亿计的指令形成的微小立体像素构成，这一想法令人震惊。正如氨基酸就是低等级的公分母，能够使大自然很好地循环各种物质，同样，如果所有产品都是由一些最基础的立体像素组成，那么产品也就是可打印的，也能被分解、重印成其他产品形态。
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为了让3D打印成为可能，我们首先要制作微型立体像素，并找到一个能快速处理立体像素的途径。快速计算法要求的是，用沙粒大小的立体像素制作一个鞋盒大小的物体，就需要近10亿个立体像素来完成。而处理这10亿个立体像素需要花很多时间，即使机器人能每秒成功装配一个立体像素，处理完也需要大约30年。解决办法就是平行排列立体像素，同时装配整个图层上的立体像素。
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图14–8
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注：由一台快速装配机组装的第一个由1万个立体像素构成的物体。它还是比较粗糙，就像早期的计算机制图一样。或许有一天我们将拥有一台千兆立体像素打印机。
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图片来源：Jonathan Hiller
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未来的装配机能够挑出大量平行排列的立体像素（就是同时将多立体像素并行处理），并同时将这些像素重新排列组合放回各个图层，这就意味着我们打开了通向“数字材料”的大门。为了区别原始的模拟打印机，我们称这些新一代的机器为“快速装配机”。3D打印机之后的下一次革新就是从模拟材料到数字材料的转换。
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3D打印：从想象到现实 [:1700398881]
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模拟–数字混合打印
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试想一下，在一个由无数微型模块组成的人造世界里，每个模块的尺寸相同、形状相同，都具有电子和机械连接器。正如微型乐高方块一样，也就100微米大小，和屏幕上一个像素差不多大，这些模块相互咬合。24组模块中的每一个在体积上都是独立的，如同墨盒里的墨粉一样被运向快速装配机。
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