Эра автоматического строительства

Грядет новый перелом: промышленная революция 2.0 или, точнее, 3D: вместо того, чтобы строить дома, мы будем их печатать, даже на Марсе

«Когда я рассказывал, что начну печатать дома, строители надо мной смеялись», – вспоминает профессор Берок Хошневис (Behrokh Khoshnevis), заведующий Центром автоматизированных технологий быстрого производства Университета Южной Калифорнии. Он приехал в США из Ирана в 1978 году. Когда в его стране вспыхнула революция Хомейни, он решил остаться на Западе, чтобы принять участие в другой революции. «Меня всегда интересовало создание вещей, а в начале 80-х я увидел первые эксперименты по изготовлению объектов методом additive manufacturing, то есть объемной печати, который заключается в точном наложении друг на друга слоев материала до получения необходимой формы изделия», – говорит ученый.

Этот способ противоположен широко применяемой технике фрезерования, когда предметы создаются при помощи удаления слоев материала. 3D-печать позволяет создавать формы, которые невозможно получить отливкой или фрезеровкой. Инженеры NASA, американского управления по космическим исследованиям, тестируют сейчас новый ракетный двигатель с инжектором, сделанным из двух «напечатанных» элементов. Для создания такого узла традиционными методами потребовалось бы 115 деталей.

Проблемы с точностью

3D-печать – это меньше деталей, меньше поломок, а также значительная экономия исходного материала и возможность создавать формы, чего сложно добиться иным путем. Неудивительно, что новый метод стал активно использоваться в авиационной промышленности. В новейшем американском истребителе F-35 примерно 900 «напечатанных» элементов, а в пассажирском Boeing 787 Dreamliner – около 30.

Эта техника прекрасно подходит для создания дорогих объектов с уникальными свойствами, однако совершенно бессмысленна для массового производства. «Главный недостаток 3D-печати – это время, которое требуется на изготовление предметов», – говорит Хошневис. Управляемый автоматом компьютер накладывает слои материала: чем сложнее форма изделия, тем они должны быть тоньше, и тогда процесс может продолжаться часами. Именно этот недостаток не дает покоя калифорнийскому ученому. «Как печатать большие объекты, чтобы это не длилось бесконечно? Единственный способ – накладывать более толстые слои. Проблема в том, что в этом случае страдает качество», – вспоминает Хошневис о первых попытках экспериментов в этом направлении.

Потом произошло землетрясение, которое затронуло Лос-Анджелес и повредило множество зданий, в том числе дом Хошневиса. И на ученого снизошло озарение: заполняя трещины гипсом, он понял, что необходимые инструменты у него под рукой. Строители сотни лет выравнивают поверхность стен шпателями, значит, пришло время оборудовать ими машины. За одной идеей пришла другая: почему нельзя просто напечатать сразу целый дом?

Безумие? В своем выступлении на фестивале «Метаморфозы» в варшавском центре науки «Коперник» Хошневис объяснял, почему его не остановил скепсис строительной отрасли: «Сейчас уже почти все производится автоматами. Для создания одежды, обуви, электронных приборов требуется все меньше участия человека. Практически полностью автоматизировано производство автомобилей, а ведь там нужна особая четкость. В сравнении с автомобилем строительство дома кажется простым». Только раньше никому не приходило в голову автоматизировать строительство.

Ирано-американский ученый приступил к осуществлению дела всей своей жизни: все аргументы указывали на то, что он прав: то есть, что строить дома при помощи 3D-печати вполне реально. «Печать» здания площадью 200 квадратных метров должна занимать примерно сутки. Одновременно с экономией времени появляются другие плюсы: автоматизация уменьшит число несчастных случаев в строительной сфере (только в США каждый год на стройках погибают около 10 тысяч человек, а 400 тысяч получают увечья). Быстрый процесс строительства означает меньшие траты: сокращается срок кредитования, уменьшается расход материалов. Метод 3D-печати позволяет создать новые формы зданий, которые были невообразимы при использовании традиционных строительных технологий. Несмотря на свой суперсовременный характер, он прекрасно подойдет для использования в местах природных катастроф, например, при восстановлении зданий после землетрясений.

Чтобы сделать эти мечты реальностью, нужно «всего лишь» преодолеть технические сложности. «Сложнее всего печатать стены. Самый лучший материал – это бетон. К сожалению, он очень капризен и агрессивен, распадается на фракции при прохождении через сопло, с ним ничего нельзя сделать, если он застыл», – рассказывает Хошневис. Ученый объехал весь мир и посетил всех крупнейших производителей цемента. Познакомившись с тайнами строительной химии, он смог усовершенствовать свой «принтер». В новое тысячелетие он вошел с готовым прототипом своего устройства, которое восхитило даже немцев и было представлено в еженедельнике Der Spiegel. Но потом наступил кризис, который особенно сильно сказался на строительной отрасли. Поток денег на продолжение работ иссяк, но Хошневис не сдался, а только решил поднять планку. Раз пока не получается печатать дома на земле, можно начать делать это в космосе – с такой идеей ученый обратился в NASA.

Печать домов на Марсе

Если подходить к освоению космоса всерьез, в конце концов, придется строить базы на Луне и Марсе. При этом сложно вообразить себе, что строительные материалы будут доставляться с Земли: транспортировка одного кирпича обошлась бы в тысячи долларов. Лучше привезти туда машину, которая «напечатает» объекты из имеющихся на месте материалов. Чтобы избежать обвинений в пустом фантазировании, Хошневис добыл немного лунного грунта, чтобы изучить его строительный потенциал. Результат получился настолько многообещающим, что NASA согласилось начать сотрудничество.

Ученый понимает, что ему, скорее всего, не суждено увидеть лунные базы, построенные по своей технологии. Но дело, как он уверяет, не в этом: стремясь к звездам, легче обнаружить решения, которые смогут изменить жизнь на Земле. Кризис заканчивается, и Хошневис идет в новое наступление. На этот раз в качестве предпринимателя и основателя компании, которая будет продавать технологию «печати» домов. Жалеет он лишь о том, что не открыл собственный бизнес на 10 лет раньше.

В сущности, важен не сам бизнес, а желание изменить мир. Хошневис полагает, что каждый человек обладает потенциалом Леонардо Да Винчи, Эйнштейна и Эдисона, только не умеет этот потенциал использовать. «Если бы гигантские средства, которые идут сейчас на развитие техник убийства, шли на полезные цели, большинство проблем человечества были бы давно решены, а на Луне и Марсе цвела бы жизнь», – уверен ученый.

Возможно, он мечтатель, но не безумец: за его идеями стоят конкретные открытия, проекты, прототипы. И, что еще важнее, он не одинок. Идею «печати» домов развивают и другие инженеры и архитекторы, вступив в борьбу за то, кому удастся сделать первое настоящее здание. Например, голландская компания DUS Architects уже создала аппарат KamerMaker для изготовления домов из пластика.

Когда Хошневис начинал свои изыскания, технологии трехмерной печати делали свои первые шаги, ими занимались лишь академики или богатые фирмы сектора наиболее продвинутых технологий. Сейчас простой 3D-принтер можно купить за 700 долларов. Конечно, автомобиль или дом на нем пока не сделаешь. А зачем вообще людям нужны такие устройства? Похожий вопрос в 1977 году задавал про персональные компьютеры Кен Олсен (Ken Olsen), который был в то время главой крупного компьютерного концерна Digital Equipment. В тот же самый год Стив Джобс и Стив Возняк представили миру Apple II – первый персональный компьютер, который добился коммерческого успеха. Фирмы Олсена уже давно нет, персональные компьютеры изменили мир, а Apple, запустивший эту революцию, стал самой дорогой компанией мира.

Нынешние визионеры, как Берок Хошневис, Нил Гершенфелд (Neil Gershenfeld), руководящий лабораторией Битов и Атомов в Массачусетском технологическом институте, или главный редактор культового журнала энтузиастов цифрового мира Крис Андерсон (Chris Anderson), считают, что пришло время передать людям новые возможности. Личные компьютеры и интернет дали им доступ к информации, которую раньше контролировали государственные институты и корпорации, а сейчас новые технологии производства позволят простым людям управлять материей.

Речь идет не о возвращении к средневековью в версии хай-тек, где каждый будет сам делать для себя вещи, а о перестройке нашей фантазии. Воображение массового общества было сформировано системой массового дешевого производства, которое требовало концентрации капитала в руках крупных корпораций, а политической власти – в структурах национальных государств. Эта модель поддерживалась инфраструктурой: энергетической системой, которой требуются большие источники энергии, и системой циркуляции информации, базирующейся на контроле со стороны государства и корпораций. Продолжением этой логики был процесс глобализации.

Эта система работала, пока казалось, что других вариантов не существует. Но наступивший кризис вызвал волну неудобных вопросов. В качестве ответа на них появилась альтернатива, показывающая, что политико-экономическая система может быть устроена иначе и опираться на более демократическую децентрализованную модель. Ее фундаментом должны стать получение энергии из разнообразных и небольших источников энергии, микропроизводства товаров вблизи от рынков сбыта, а также децентрализованная система обмена знаниями и информацией.

Звучит как утопия, однако эта утопия реалистична, поскольку ее воплощению в жизнь не мешают никакие технологические преграды. Что же останавливает распространение таких идей, как быстрое и дешевое возведение домов по методу Хошневиса? С одной стороны, сопротивление боящегося перемен истеблишмента, а с другой – обоснованные опасения неожиданных последствий применения новых технологий, ведь автоматизация строительства приведет, например, к сокращению числа рабочих мест. А строительство – это один из последних секторов экономики, дающих работу мужчинам с невысоким уровнем образования, у которых нет шансов найти себе место в других сферах.

Земля – это не Марс

Очевидно, что успех промышленной революции 2.0 совсем не предопределен и в меньшей степени зависит от самих технологий. Насущно необходимы общественные и культурные инновации, в результате которых появятся новые институциональные решения и нормы, позволяющие воспользоваться новым потенциалом. От изобретения паровой машины до изобретения идеи социального государства прошло почти столетие, которое изобиловало кровавыми столкновениями между сторонниками прогресса, прежнего уклада и теми, кому не подходило ни то, ни другое.

Опираясь на прошлый опыт, мы, возможно, сможем избежать повторения истории. Не стоит, однако, рассчитывать, что новые принципы будут придуманы машинами, а архитектура нового общества распечатана на принтере. Земля – это не Марс. И именно этот далеко выходящий за рамки технологического поля вызов кажется самым захватывающим и достойным скрытого во всех нас потенциала Эйнштейнов и Эдисонов. Много таких людей присутствовали наверняка на фестивале «Метаморфозы» в Центре науки «Коперник» и внимательно вслушивались в слова Хошневиса, вдохновляясь перспективой экспериментов с будущим.

Таких мест – «фаблабов», «медиалабов» и «хакерспейсов» – во всем мире становится все больше. 200 лет назад в начале промышленной революции подобным образом экспериментировали с действительностью утописты в фаланстерах или последователи религии Сен-Симона. Именно они строили потом Суэцкий канал, развивали железнодорожные сети, а их преемники создавали новые общественные институты. Неужели мы окажемся глупее?

Источник: InoSmi