信息時(shí)代影響經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的關(guān)鍵信息技術(shù)

■ 禚 明

信息時(shí)代影響經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的關(guān)鍵信息技術(shù)

■ 禚 明

以信息技術(shù)為核心的高新技術(shù)，催生了云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)+、3D打印技術(shù)和4D打印技術(shù)等關(guān)鍵信息技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了經(jīng)濟(jì)全球化的全面深化，促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)社會(huì)迅猛發(fā)展，引發(fā)了經(jīng)濟(jì)社會(huì)的深刻變革。

自20世紀(jì)90年代以來(lái)，信息技術(shù)革命推動(dòng)的信息化浪潮席卷全球。隨著信息技術(shù)革命飛速發(fā)展和向各個(gè)領(lǐng)域加快滲透與融合，以信息技術(shù)為核心的高新技術(shù)，催生了云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)+、3D打印技術(shù)和4D打印技術(shù)等關(guān)鍵信息技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了經(jīng)濟(jì)全球化的全面深化，促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)社會(huì)迅猛發(fā)展，引發(fā)了經(jīng)濟(jì)社會(huì)的深刻變革。

一、云計(jì)算技術(shù)

當(dāng)前，云計(jì)算技術(shù)給互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展注入了新的活力，它在資源共享、資源管理、資源配置、并行計(jì)算、協(xié)同工作、容錯(cuò)服務(wù)、信息服務(wù)等方面提供了無(wú)限大的發(fā)展空間。因此，云計(jì)算技術(shù)日益受到世界各國(guó)的高度關(guān)注，并將其作為技術(shù)創(chuàng)新的重要方向。

（一）發(fā)展背景

云計(jì)算的思想可以追溯到20世紀(jì)60年代，被譽(yù)為“人工智能之父”的美國(guó)計(jì)算機(jī)科學(xué)家麥卡錫曾預(yù)言：“計(jì)算遲早有一天會(huì)變成一種公用基礎(chǔ)設(shè)施?！边@也就是說(shuō)，計(jì)算能力可作為一種商品進(jìn)行流通，就像煤氣和水電一樣，取用方便。云計(jì)算是通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行傳輸?shù)?，所謂云計(jì)算就是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在云端，應(yīng)用和服務(wù)存儲(chǔ)在云端，充分利用數(shù)據(jù)中心強(qiáng)大的計(jì)算能力，實(shí)現(xiàn)用戶(hù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的自適應(yīng)性。2007年10月，IBM公司和Google宣布在云計(jì)算領(lǐng)域合作后，云計(jì)算立刻引起人們的關(guān)注，并迅速成為世界各國(guó)關(guān)注的熱點(diǎn)。

（二）基本概念

云計(jì)算是以互聯(lián)網(wǎng)為載體，利用虛擬化等手段整合大規(guī)模分布式可配置的網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)、應(yīng)用等計(jì)算資源，使其以服務(wù)的方式提供給用戶(hù)，滿(mǎn)足用戶(hù)按需使用的計(jì)算模式。之所以稱(chēng)為云計(jì)算，是因?yàn)檫^(guò)去在圖中往往用“云”來(lái)表示電信網(wǎng)，后來(lái)也用“云”來(lái)表示互聯(lián)網(wǎng)及其基礎(chǔ)設(shè)施。因此，“云”其實(shí)是網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)的一種比喻說(shuō)法，以“云”來(lái)類(lèi)比這種計(jì)算服務(wù)。

（三）基本內(nèi)涵

云計(jì)算是當(dāng)代科學(xué)研究中數(shù)據(jù)爆炸式增長(zhǎng)的需求與計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)步能夠處理大規(guī)模數(shù)據(jù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是解決海量信息存儲(chǔ)與處理的有效手段。從技術(shù)發(fā)展的本質(zhì)來(lái)看，云計(jì)算代表了信息技術(shù)發(fā)展的先進(jìn)理念，倡導(dǎo)人們以廉價(jià)的方式按需獲取強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算和存儲(chǔ)能力。

（四）基本特征

云計(jì)算的新穎之處在于它幾乎可以提供無(wú)限的廉價(jià)存儲(chǔ)和計(jì)算功能，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)整合大規(guī)模分布式可用資源，可在數(shù)秒內(nèi)達(dá)成處理數(shù)以千萬(wàn)計(jì)甚至億計(jì)的信息，實(shí)現(xiàn)與“超級(jí)計(jì)算機(jī)”同樣強(qiáng)大效能的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，減少用戶(hù)終端的處理負(fù)擔(dān)，是解決終端用戶(hù)海量信息存儲(chǔ)與處理的有效手段。這種全新計(jì)算服務(wù)模式的主要特征包括：一是超大規(guī)模。“云”具有相當(dāng)?shù)囊?guī)模，一般擁有數(shù)百上千臺(tái)服務(wù)器，能賦予用戶(hù)前所未有的計(jì)算能力。二是虛擬化。云計(jì)算所請(qǐng)求的資源來(lái)自“云”，而不是固定的有形的實(shí)體。三是高可靠性。“云”使用了數(shù)據(jù)多副本容錯(cuò)、計(jì)算節(jié)點(diǎn)同構(gòu)可互換等措施來(lái)確保服務(wù)的高可靠性。四是通用性。云計(jì)算不針對(duì)特定的應(yīng)用，在“云”的支撐下可以產(chǎn)生千變?nèi)f化的應(yīng)用。五是高可擴(kuò)展性?！霸啤钡囊?guī)?？梢詣?dòng)態(tài)伸縮，滿(mǎn)足應(yīng)用和用戶(hù)規(guī)模增長(zhǎng)的需要。六是按需服務(wù)?！霸啤笔且粋€(gè)龐大的“資源池”，用戶(hù)可按需購(gòu)買(mǎi)使用。七是極其廉價(jià)。“云”采用自動(dòng)化集中式管理，降低了日益高昂的數(shù)據(jù)中心管理成本，增強(qiáng)通用性，大幅提高了資源的利用率。

二、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

“物聯(lián)網(wǎng)”是將各種信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來(lái)而形成的一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò)，其目的是讓所有的物品都與網(wǎng)絡(luò)連接在一起，系統(tǒng)可自動(dòng)、實(shí)時(shí)地對(duì)物體進(jìn)行識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控并觸發(fā)相應(yīng)事件。

（一）基本概念

所謂物聯(lián)網(wǎng)，就是在計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，利用無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)通信等技術(shù)，構(gòu)造一個(gè)覆蓋萬(wàn)事萬(wàn)物的網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)物品的自動(dòng)識(shí)別和信息的互聯(lián)互通。“物聯(lián)網(wǎng)”的概念一經(jīng)提出，立即受到世界各國(guó)的廣泛關(guān)注，在需求和研發(fā)的相互推動(dòng)下，迅速熱遍全球。目前，IBM提出的“智慧地球”戰(zhàn)略已經(jīng)正式提升為美國(guó)的國(guó)家戰(zhàn)略，并希望通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，能掀起如當(dāng)年“信息高速公路”戰(zhàn)略一樣的科技和經(jīng)濟(jì)浪潮，繼而成為管理全球的戰(zhàn)略工具。

（二）發(fā)展背景及其基本內(nèi)涵

“物聯(lián)網(wǎng)”最初是以美國(guó)麻省理工學(xué)院自動(dòng)識(shí)別中心研究的產(chǎn)品電子代碼為核心，利用射頻識(shí)別、無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)通信等技術(shù)，基于計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)造的一個(gè)覆蓋全球的實(shí)物互聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)就是將各種信息傳感設(shè)備及裝置與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來(lái)而形成的一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò)，它使所有物品都與網(wǎng)絡(luò)連接在一起。物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)質(zhì)就是利用射頻自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)物品的自動(dòng)識(shí)別以及信息的互聯(lián)與共享。

物聯(lián)網(wǎng)是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)以及移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)之后全球信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮，物聯(lián)網(wǎng)把信息技術(shù)充分應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，通過(guò)把感應(yīng)器安裝在設(shè)備與裝置上，組成一個(gè)龐大的物聯(lián)網(wǎng)。這個(gè)巨大的網(wǎng)絡(luò)組織通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)，使人們能夠?qū)μ幱邶嫶缶W(wǎng)絡(luò)中的人與設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況實(shí)施監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)管控對(duì)象的智能化與精確化的管理。物聯(lián)網(wǎng)是一項(xiàng)十分復(fù)雜的技術(shù)，必須建立起龐大的信息網(wǎng)絡(luò)。這個(gè)巨大而龐雜的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)涉及到社會(huì)的方方面面，蘊(yùn)含著巨大的發(fā)展?jié)摿?，?duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展具有極其重要的作用。

（三）本質(zhì)特性

本世紀(jì)初，歐盟發(fā)布的一份物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目戰(zhàn)略研究議程稱(chēng)，物聯(lián)網(wǎng)將是未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)不可分割的重要組成部分，是一個(gè)動(dòng)態(tài)的全球網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，物聯(lián)網(wǎng)具有以下三個(gè)方面的特性：一是物聯(lián)網(wǎng)并非互聯(lián)網(wǎng)的延伸，物聯(lián)網(wǎng)建立在特有基礎(chǔ)設(shè)施上，是一個(gè)獨(dú)立的新系統(tǒng)，但不可否認(rèn)的是，物聯(lián)網(wǎng)的部分基礎(chǔ)設(shè)施必須依存于互聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中；二是物聯(lián)網(wǎng)具有信息技術(shù)的共性，將隨著新的業(yè)務(wù)的不斷出現(xiàn)需不斷發(fā)展；三是物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)一樣，包括多種不同的通信模式。

（四）對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的影響

物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)和發(fā)展極大地推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展，同時(shí)也豐富了社會(huì)生活，促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展。一是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展促使社會(huì)生產(chǎn)方式發(fā)生了改變，在物聯(lián)網(wǎng)生產(chǎn)方式下，傳統(tǒng)的借助于機(jī)器生產(chǎn)的方式將升級(jí)為借助于強(qiáng)大的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)也隨之發(fā)生深刻變革。二是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展促使人們的生活方式發(fā)生改變，物聯(lián)網(wǎng)用途十分廣泛，它的出現(xiàn)和發(fā)展不僅改變了社會(huì)的生產(chǎn)方式，同時(shí)改變了人們的生活方式。三是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展促使人們的生存方式發(fā)生改變，物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代是一個(gè)智能化的時(shí)代，它不僅改變著信息社會(huì)的方方面面，而且還在更深層面上改變著人們的行為方式與思維模式，進(jìn)而改變?nèi)藗兊纳娣绞剑谝欢ǔ潭壬掀鸬街厮苋藗儗?duì)社會(huì)的認(rèn)知及改變?nèi)藗冃袨榱?xí)慣的作用。

三、大數(shù)據(jù)技術(shù)

隨著以博客、社交網(wǎng)絡(luò)為代表的新型信息發(fā)布方式的不斷涌現(xiàn)，以及云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等高新技術(shù)的深入發(fā)展，數(shù)據(jù)正以前所未有的速度不斷地增長(zhǎng)和積累，大數(shù)據(jù)時(shí)代悄然來(lái)到。

（一）基本概念

大數(shù)據(jù)是指規(guī)模遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)軟件處理能力的海量數(shù)據(jù)集合，一般包含數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、分析和共享系統(tǒng)等。之所以稱(chēng)為大數(shù)據(jù)，不僅在于數(shù)據(jù)容量大，更在于通過(guò)對(duì)海量數(shù)據(jù)的交換、整合和分析，發(fā)現(xiàn)新知識(shí)，創(chuàng)造新價(jià)值。大數(shù)據(jù)作為繼云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)之后信息技術(shù)的又一次重大突破，必將促使人們生產(chǎn)生活方式以及經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展發(fā)生重大改變。

從經(jīng)濟(jì)社會(huì)建設(shè)指導(dǎo)看，大數(shù)據(jù)是促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)轉(zhuǎn)型發(fā)展的“新引擎”，從經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要看，大數(shù)據(jù)是推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)創(chuàng)新發(fā)展的“助力器”，從推進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展作用看，大數(shù)據(jù)是實(shí)現(xiàn)精細(xì)管理的“壓艙石”。因此，加強(qiáng)大數(shù)據(jù)建設(shè)，從中分析和挖掘出推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的特點(diǎn)規(guī)律，促進(jìn)人們認(rèn)知水平和管理者的戰(zhàn)略思維層次提高，是在新的起點(diǎn)上推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)創(chuàng)新發(fā)展的必然選擇。

（二）基本內(nèi)涵

在大數(shù)據(jù)概念產(chǎn)生的初期，人們對(duì)大數(shù)據(jù)的理解和認(rèn)識(shí)主要從數(shù)據(jù)規(guī)模出發(fā)，但隨著信息技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)大數(shù)據(jù)的解釋也不斷發(fā)生變化。大數(shù)據(jù)的概念之所以會(huì)發(fā)生變化，是因?yàn)閿?shù)據(jù)量的巨大并不是大數(shù)據(jù)的唯一特征，大數(shù)據(jù)的海量數(shù)據(jù)、大規(guī)模數(shù)據(jù)等概念只是著眼于數(shù)據(jù)規(guī)模本身，沒(méi)有充分反映數(shù)據(jù)處理及其應(yīng)用。因此，大數(shù)據(jù)并不僅僅是在規(guī)模數(shù)據(jù)的集合，而是集數(shù)據(jù)對(duì)象、技術(shù)與應(yīng)用三者于一身的共同體。

（三）對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的影響

在當(dāng)今經(jīng)濟(jì)社會(huì)中，大數(shù)據(jù)是資本資源、人力資源和自然資源之外的第四種生產(chǎn)要素。大數(shù)據(jù)時(shí)代，誰(shuí)擁有大數(shù)據(jù)的規(guī)模及其處理、應(yīng)用能力，誰(shuí)就能夠贏(yíng)得發(fā)展先機(jī)和競(jìng)爭(zhēng)的主動(dòng)權(quán)。一是大數(shù)據(jù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用能夠催生新的產(chǎn)業(yè)形態(tài)。大數(shù)據(jù)廣泛涉及到交通、教育、醫(yī)療、衛(wèi)生等社會(huì)公共領(lǐng)域和環(huán)保、制造、科研生產(chǎn)等領(lǐng)域，蘊(yùn)藏著巨大的產(chǎn)業(yè)成長(zhǎng)潛能與發(fā)展空間，大數(shù)據(jù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用會(huì)催生新的產(chǎn)業(yè)形態(tài)并帶動(dòng)一系列新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，衍生出新的產(chǎn)業(yè)形態(tài)。二是大數(shù)據(jù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用能夠產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。大數(shù)據(jù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用不僅能夠催生新的產(chǎn)業(yè)形態(tài)，而且能夠?yàn)榻?jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展創(chuàng)造重要價(jià)值，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。三是大數(shù)據(jù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用能夠提高社會(huì)治理水平，有效提升政府管理與服務(wù)效率。

四、互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)

“互聯(lián)網(wǎng)+”是互聯(lián)網(wǎng)思維深化發(fā)展與實(shí)踐的成果，互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)不但推動(dòng)了社會(huì)的進(jìn)步，而且促使經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展不斷發(fā)生新的變化。因此，從某種意義上講，“互聯(lián)網(wǎng)+”正引領(lǐng)人們走向一個(gè)嶄新的時(shí)代。

（一）基本含義

所謂“互聯(lián)網(wǎng)+”，就是用互聯(lián)互通的方式提高經(jīng)濟(jì)社會(huì)運(yùn)行效率，以互聯(lián)網(wǎng)為紐帶，以網(wǎng)絡(luò)思維為基礎(chǔ)，結(jié)合生產(chǎn)、生活等經(jīng)濟(jì)社會(huì)運(yùn)行的各個(gè)方面，革新傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，推動(dòng)新興行業(yè)。形成更廣泛的以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)設(shè)施和創(chuàng)新要素的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展新形態(tài)。

（二）支撐條件

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是“互聯(lián)網(wǎng)+”最基本的支撐條件，作為“互聯(lián)網(wǎng)+”的創(chuàng)新基點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)呈現(xiàn)出不同以往的特征。例如，網(wǎng)絡(luò)信息海量化、云計(jì)算常態(tài)化、互聯(lián)網(wǎng)演進(jìn)持續(xù)化、互聯(lián)網(wǎng)移動(dòng)化等等。如何適應(yīng)“互聯(lián)網(wǎng)+”發(fā)展趨勢(shì)與要求，充分發(fā)揮互聯(lián)網(wǎng)的規(guī)模優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)由消費(fèi)領(lǐng)域向生產(chǎn)領(lǐng)域拓展，加速提升產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平，切實(shí)增強(qiáng)創(chuàng)新能力，構(gòu)筑經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展新優(yōu)勢(shì)和新動(dòng)能成為“互聯(lián)網(wǎng)+”發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)。

（三）與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的關(guān)系

當(dāng)前，以物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算 、大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)等為代表的新一代信息技術(shù)不斷取得突破，創(chuàng)新應(yīng)用風(fēng)起云涌，催生新興產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。特別是“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)與經(jīng)濟(jì)社會(huì)的融合不斷深入，推動(dòng)著各行各業(yè)的升級(jí)轉(zhuǎn)型，人類(lèi)的經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)和社會(huì)生活方式正在發(fā)生深刻變革?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”在經(jīng)濟(jì)社會(huì)諸多領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，為其與不同領(lǐng)域的深度融合打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，“互聯(lián)網(wǎng)+”已經(jīng)成為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的新引擎，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展從要素驅(qū)動(dòng)向創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展。

五、3D打印技術(shù)

3D打印技術(shù)作為第三次工業(yè)革命的代表性技術(shù)之一，越來(lái)越受到世界各國(guó)的關(guān)注。美國(guó)《時(shí)代》周刊將3D打印技術(shù)列為“美國(guó)十大增長(zhǎng)最快的工業(yè)”。

（一）本質(zhì)

3D打印技術(shù)又叫“添加制造”技術(shù)，也稱(chēng)增材制造或增量制造。3D打印技術(shù)是指通過(guò)連續(xù)物理層疊加，逐層增加材料來(lái)生成三維實(shí)體的技術(shù)，與傳統(tǒng)的材料加工技術(shù)不同，因此稱(chēng)之為“添加制造”技術(shù)。作為一種綜合性應(yīng)用技術(shù)，3D打印技術(shù)綜合了數(shù)學(xué)建模技術(shù)、機(jī)電控制技術(shù)、信息技術(shù)、材料科學(xué)與化學(xué)等諸多方面的前沿技術(shù)，具有很高的科技含量。

（二）對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的影響

作為一種新興的先進(jìn)信息技術(shù)，3D打印技術(shù)在極大改變?nèi)藗兩a(chǎn)生活方式的同時(shí)，對(duì)傳統(tǒng)制造業(yè)也將產(chǎn)生廣泛而深刻的影響。一是使制造工藝發(fā)生深刻變革。3D打印技術(shù)改變了通過(guò)對(duì)原材料進(jìn)行生產(chǎn)的加工模式，大大節(jié)省了材料和生產(chǎn)時(shí)間。二是帶動(dòng)制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)重大飛躍。3D打印技術(shù)融合了激光技術(shù)、控制、網(wǎng)絡(luò)以及材料科學(xué)等諸多方面技術(shù)和知識(shí)的高新技術(shù)，隨著3D打印技術(shù)的深入發(fā)展，將有力推動(dòng)新材料技術(shù)和智能制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍。三是使工業(yè)制造發(fā)生革命性變化，促進(jìn)產(chǎn)品生產(chǎn)向個(gè)性化轉(zhuǎn)變。

（三）未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

隨著3D打印技術(shù)和商業(yè)應(yīng)用的發(fā)展，產(chǎn)品大批量的個(gè)性化的定制將成為重要的生產(chǎn)模式。與此同時(shí)，隨著智能制造的進(jìn)一步發(fā)展成熟，新的信息技術(shù)、控制技術(shù)、新材料技術(shù)以及人工智能技術(shù)等不斷發(fā)展，3D打印技術(shù)也將在經(jīng)濟(jì)社會(huì)中扮演更加重要的角色。未來(lái)，3D打印技術(shù)的發(fā)展將體現(xiàn)精密化、智能化、通用化以及便捷化等主要趨勢(shì)。

六、4D打印技術(shù)

4D打印技術(shù)是將3D打印的基礎(chǔ)材料擴(kuò)展到智能材料的產(chǎn)物。由于采用了智能材料，4D打印的對(duì)象可以隨時(shí)間和外界環(huán)境的變化自動(dòng)變形，其應(yīng)用將在軍事、醫(yī)療、電子等領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

（一）由來(lái)

2014年5月，美國(guó)大西洋理事會(huì)發(fā)布了題為《下一個(gè)浪潮：4D打印與可編程物質(zhì)世界》的報(bào)告，對(duì)4D打印技術(shù)的優(yōu)勢(shì)、現(xiàn)狀及發(fā)展前景等進(jìn)行了闡述。該報(bào)告認(rèn)為，4D打印技術(shù)是一項(xiàng)全新的顛覆性技術(shù)，將會(huì)對(duì)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

4D打印技術(shù)是對(duì)3D打印技術(shù)的進(jìn)一步拓展，它的創(chuàng)新之處在于以“可編程物質(zhì)”作為原材料，然后用3D打印技術(shù)制造出各類(lèi)實(shí)物產(chǎn)品。其中，“可編程物質(zhì)”是一種具有自我塑造能力的物質(zhì)，它的形狀、密度、光學(xué)特性、電磁特性等物理性質(zhì)能夠按預(yù)先設(shè)定的方式進(jìn)行改變。

美國(guó)對(duì)4D打印技術(shù)研究較早。2007年，美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局就啟動(dòng)了一些項(xiàng)目，旨在研究可收縮的微型機(jī)器人和“可編程物質(zhì)”。2009年，該項(xiàng)目第一階段研究完成，在理論上成功驗(yàn)證了宏觀(guān)的三維固態(tài)物體可以由一些介于宏觀(guān)和微觀(guān)之間的中尺寸微粒構(gòu)造而成，并具備自我塑造能力。隨后，美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局發(fā)布《實(shí)現(xiàn)可編程物質(zhì)》報(bào)告，制定了相應(yīng)的計(jì)劃，用于指導(dǎo)軍用微型機(jī)器人的研發(fā)。

（二）基本原理

利用4D打印技術(shù)進(jìn)行制造一般有兩種形式：一種是組成該物品的各部分連接在一起，可自行變換組裝成一個(gè)完整的結(jié)構(gòu)；另一種是該物品直接由三維像素組成。三維像素是一種基于體積的像素，是“可編程物質(zhì)”的基本單元，與平面像素類(lèi)似，它既可以聚集形成更大的“可編程物質(zhì)”，也可以由“可編程物質(zhì)”分解而成。

（三）發(fā)展

4D打印技術(shù)還處于研發(fā)階段，正在探索大規(guī)模應(yīng)用的可能。該技術(shù)目前只能打印自動(dòng)變形的條狀物體，其下一步的研究目標(biāo)是打印片狀物體，然后才是結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜的物體。

2013年9月，美國(guó)陸軍同時(shí)在三所大學(xué)投資用于開(kāi)發(fā)4D打印技術(shù)，目的是創(chuàng)建一種可以改變織物結(jié)構(gòu)的材料，開(kāi)發(fā)自適應(yīng)偽裝的作戰(zhàn)服。2015年1月，由美國(guó)“神經(jīng)系統(tǒng)”設(shè)計(jì)工作室制作的全球首件4D打印連衣裙問(wèn)世，其最大的特點(diǎn)在于，即便在運(yùn)動(dòng)中也會(huì)時(shí)刻貼合穿戴者的身體。這款連衣裙是根據(jù)4D打印“運(yùn)動(dòng)學(xué)連衣裙”的概念制作的，總計(jì)3212個(gè)零件被4709個(gè)接環(huán)連接在一起，以保證其柔軟度和靈活性，堪稱(chēng)為模特量身定制。

（四）應(yīng)用前景

歷史上有很多發(fā)明引發(fā)了技術(shù)革命，如無(wú)線(xiàn)電和互聯(lián)網(wǎng)等，4D打印技術(shù)的逐步應(yīng)用也有望帶來(lái)重大影響。美國(guó)麻省理工學(xué)院自組裝實(shí)驗(yàn)室的斯凱拉?蒂比茨教授認(rèn)為，4D打印技術(shù)可以讓物體實(shí)現(xiàn)在地下管道等難以接觸到的地方進(jìn)行自我組裝，將來(lái)還會(huì)應(yīng)用到家具制造、汽車(chē)生產(chǎn)甚至是建筑等領(lǐng)域。

此外，4D打印技術(shù)還具有很高的軍用價(jià)值。目前，美國(guó)陸軍和海軍正在研制功能更強(qiáng)大的4D打印系統(tǒng)，用于在戰(zhàn)場(chǎng)上即時(shí)打印出所需的武器系統(tǒng)和零部件，從而搶奪戰(zhàn)機(jī)并節(jié)約時(shí)間和成本。

除了打印武器裝備零部件和維修工具外，美軍還希望利用4D打印技術(shù)制造出可自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度的作戰(zhàn)服、可自我變形提升飛機(jī)性能的機(jī)翼、可用于修復(fù)受損裝備的自我修復(fù)材料、可用于信息安全的自行分解材料等。據(jù)分析，4D打印技術(shù)的終極目標(biāo)是制造可以變形的機(jī)器人。

南京郵電大學(xué)教育技術(shù)學(xué)院）