如果说前两次数字革命（计算和通信）改变了我们的世界——数字通信使我们得以交互全球，数字计算使我们得以分享知识，那么正在到来的第三次数字革命的核心议题就将是“设计现实”，它将更广泛地惠及每一个人，并给每一个普通人带来改变自己、改变社会和改变世界的全新机会。
无论是技术层面，个人数字化赋能的方式、原子的本地化和标准化、与机器学习和深度学习的融合发展，还是从单线经济模式到新循环经济转换过程中物流、原材料、能源的新发展模式，甚至建造“数制”工坊本身，当所有的机器就像细胞一样可以不断“增殖”，当机器可以不断复制机器的时候；当我们不仅可以编程电路板，还可以编程生物细胞，完成从“智造万物”到“生长万物”的演化的时候，我们又将如何设计现实？设计出的现实又是怎样的呢？这就是这本书所探讨的内容。
可以说，《设计现实》通过一个个真实生动的案例，从个人、社会、经济、教育多个维度为我们展示了一份通向未来的生存与发展指南。

推荐序
序言
第1章 智造万物
制造：可编程的原子世界
教育：从DIY到DIT
应用：漫长供应链的定制化可能
启示：创制物品的红利
组织：仁慈的“独裁者”
第2章 第三次数字革命
智造获取
数字化公民
赋能的生态系统
防范风险
大挑战
第3章 背后的科学
从摩尔定律到拉斯定律
通信、计算与制造
从乐高积木到核糖体分子模型
维度诅咒和智能设计
第4章 路径创造
反应式批判
被动与主动
变化速率
生态系统
自然增长与规模增长
第5章 原子与比特的进化路线图
社区制作：工具
数制：一个工坊制造另一个工坊
转化：虚拟到现实
无所不在：从1到1000000000000
第6章 未来的现实
人与技术交汇的乌托邦
预言性转化模型
装配工和煎饼早餐
结论
后记
致谢
参考文献

《设计现实》已经是我负责为尼尔·格申斐尔德教授
翻译的第二部书了。如果说第一部书——《智造：一场新
的数字革命》的出版是在其英文原著出版10年后对当年尼
尔教授对于数字时代的个人智能制造预言的回顾审视的话
，那么这本书——《设计现实》——则是站在10年前《智
造》里预测中的当下，面对下一个10年，或者更久远的时
期内，人类数字化生存的全面展望。
2018年夏天，当第14届全球智造学术年会(FAB 14)在
法国南部的图声兹召开的时候，尼尔教授再一次介绍和验
证了他的摩尔定律，全世界建成的“数制”工坊(fab lab)
的数量，在每一年半的时间里，会翻一番：全球数制工坊
总量已经超过2 500个了。
“数制”工坊在全球范围内迅速蔓延开来，星罗棋布
的个人智造终端空间，让越来越多的创客可以将们大脑里
的创意智造出来，全球实验室通过线上直播平台和网络学
习与知识同步系统链接起来，推进个人制造(DIY，Do It
Yourself)的共创和分享(DIT，Do It Together)。这大大
赋予了人们实现设计的能力，孕育了人工智能时代新的生
产方式。
工业革命时期，生产流通从挖掘原材料开始，通过全
球物流将原材料运抵工厂，并加工制造成产品，再把产品
运输到全世界消费终端市场，这是单线经济(linear
economy)模式；随着信息时代的到来，电子设计文档（比
特）可以通过互联网在全球流通，实现数制工具产品本地
化(原子)。智造，这种把物流成本，原材料成本和能源消
耗降到最低的本地制造模式，就是新的循环经济(circular
economy)的基础，它成为网络时代生态、经济、社会可持
续发展的动力，不断改变着世界的发展模式和经济格局。
随着智能时代的到来，各国也紧抓机遇，努力在未来
全球战略中奠基新的格局。
中国正在努力成为世界科技强国。“科技兴则民族兴
，科技强则国家强”。我们不断提升对“科技强国、科教
兴国”战略国策的认识，强调自主创新和核心竞争力提升
。《中国制造2025》的提出，展示了中国制造业转型升级
的决心，以实现从“中国制造”(Made in China)到“中
国设计”(Design in China)的巨大转变。科技要强大，
人才培养是第一步，造就一批有自主创新能力的科技人才
和有独立知识产权的技术关系到中国未来的格局。近两年
，中国在K-12教育中全面铺开综合素养、STEM/STEAM及科
创教育；在大学层面推进新工科建设等全面创新人才培育
机制及系统，以应对人工智能时代人才培养的新需求。
2013年，在我的主持和团队的努力下，同济大学设计
创意学院成立了中国大陆第一家“数制”工坊实验室。
2014年3月1日，第一场开放夜活动正式登陆上海，标志着
中国“数制”工坊(fab lab O)开始了一段使命，逐步将全
球数制工坊网络和理念在中国落地以生根发芽。
未来，我们将继续拓展全球网络课程——智造学术
(FAB Academy)在国内的推广，同时将核心课程本土化，
通过实践，演化成植入各类学校的课程系统：“智造学术X
”(FAB O Academy X)针对的是大学、职业院校、高中；
“数制乐园”(FAB O Playground)是专门针对K-12的贯穿
式的课程体系；同时拓展一系列“项目导向式学
习”(Project Based Learning)的主题性实验室模块，包
括“可持续生态”“生物合成”“人工智能”“智能可穿
戴”“机器人”“增强现实”“3D打印”“未来城市”“
未来生活”“飞行器”等。
中国“数制”工坊及课程已经先后进驻上海科技大学
、湖南机电职业学院、常州机电职业学院、上海格致中学
、上海市同济黄浦设计创意高中、苏州领科海外学校、上
海市宝山行知中学、同济附属实验学校（嘉定）等十多个
知名高校、职业院校及K-12学校。同时，fab lab实验室也
为上海包玉刚民办实验学校、YKPAO、上海阿德科特国际学
校等多所知名学校开发了创新课程。
2018年1O月，尼尔教授受邀来中国南京参加“2018世
界智能制造大会”(2018 World Intelligent
Manufacturing Summit)并发表主题演讲“智能制造的未
来”(The Future of Fabrication)。会议期间，尼尔会
同中国“数制”工坊主办了名为“中国智造集群”的主题
沙龙，并将“中国智造学术”课程定义为在中国本土开展
“数制”工坊的内容蓝本。
让我们一起努力懂憬：当未来的某一天，在世界上的
任何一个角落，分布着像便利店一样方便可及的“数制”
工坊，任何人都可以发送比特文档，并通过3D打印机等机
器将个性化的产品智造出来的时候；当3D打印机等智能机
器通过不断打印新的零件来组装更多打印机，也就是机器
可以不断复制机器的时候；或者，当我们不仅能编程电路
板，还可以编程生物细胞，完成从“智造万物”到“生长
万物”的演化的时候，我们又将如何设计现实？设计出的
现实又是怎样的呢？
最后，感恩为这本书的出版而付出的所有支持者。
丁峻峰
同济大学创意学院副教授
中国“数制”工坊(fab lab O)实验室主任

一个全新的概念，一场新商业引擎推动的数字革命，一种人工智能时代全新的生产方式，一套全新的思维方式和未来话语体系，一份通向未来的生存与发展指南！
本书是一个全面的宣言，它将引领数字制造时代的到来，这是数字革命的第三步。

当我们第一次提出写这本书时，我们的经纪人约翰·
布罗克曼的反应是：“好主意！我们将失去三位作者。”
当这种想法传到我们未来的编辑T.J.凯莱赫那里时，他说
了同样的话。我们向他们解释，三方合作不是偶然的，这
对我们想讲的故事至关重要。
我们去看望母亲，跟母亲聊天，那时母亲的健康状况
正在下降，《设计现实》的创作想法随之诞生了。她不再
能够加入我们的讨论了，但我们的声音令她很高兴。在我
们讨论的时候，我们意识到我们的职业方向完全不同，但
正在数字制造的交叉点上相互碰撞。将我们的观察结果一
字一句编在书里，理论上讲，都源于爱。
事实证明，写这本书更像是劳动，它是我们对第三次
数字革命所面临的所有挑战和机遇的缩影的概述。在我们
尝试到失败之前，我们从未意识到我们每个人的思维过程
有多么不同，我们甚至不能写出一个简单的叙事线索。我
们开始了第二次尝试，将我们的每一个想法分成一系列的
独立片段，成功地把想法分散。T.J.的评价是：“当你在
错误的道路上行驶时，转身回去永远都不会太晚。”
只有在那时，我们才意识到，将我们的观点和方法统
一起来，对我们而言是一项巨大的挑战。事实上，当我们
告诉别人我们在一起写一本书时，最常见的反应是“你们
没有互相厮杀？”我们也会听到一些关于兄弟之间很难进
行合作的故事。但最终，我们持有的不同观点相互碰撞，
我们面临的挑战都为我们综合来自科学、社会科学和人文
科学的观察结果做好了铺垫。
尼尔的职业生涯始于贝尔实验室。在那里，他使用激
光和粒子加速器进行原子和核物理实验，这些基础的研究
发生在不易造成广泛影响的郊区。最终，他还前往世界上
一些最偏远的地区开办工坊，并帮助这些地区创建了科学
和娱乐交流中心，这就像一个位于好莱坞的美国国家科学
院办公室，将严肃的科学融人大众传媒。
艾伦一开始在好莱坞和中国从事电影业。然后，他被
游戏发行商美国动视公司招聘过来，最终他成立了工作室
。他继续同库克湾部落理事会和白宫等合作伙伴一起搞研
究，他们发现电子线媒体利用游戏进行学习，产生了很大
的社会影响。从那以后，他为“科学美国人））杂志撰写
文章，并担任美国国家科学基金会和美国国防部高级研究
计划局的首席研究员，与比特和原子中心及智造基金会共
同制作游戏。
乔尔在促进劳资合作和实施高绩效工作系统方面有着
丰富的工作经验，随后他被任命为伊利诺伊大学劳动和就
业关系学院院长、劳动和就业关系协会主席，以及哈佛大
学法学院“谈判杂志”的编辑。他在美国国家科学基金会
的协调参与方方面的工作促使他研究了“数制”工坊。从
社会角度来看，“数制”工坊这一理念极具挑战性。
虽然“数制”工坊是我们都遇到的一个思路，但我们
对它们的看法却截然不同。尼尔做好了实战准备，开火，
瞄准——经常以快速原型制造的精神率先尝试事物，但不
能完全理解实战的后果，只是会在后来评估其影响。他在
这里写了关于拉斯定律的文章，对“数制”工坊的功能进
行多方位的表述，但这些灵活的功能仍需要被测试。艾伦
生活在管理创意项目的世界，这些项目需要传递明确的愿
景和信息，他坚持采用一致性的原则描述拉斯定律的整体
连贯性。社会科学家乔尔想把拉斯定律变成一个可测试的
命题，他希望每个人都能够做出积极调整以推动写作。
谈判中的分歧一直延续到我们的家庭餐桌上。我们在
费城长大，但我们的父母在休假时，会带我们去亚利桑那
州、牙买加和英国。在我们的青年时期，我们的父母鼓励
我们探索世界，追随激情，并为他人的生活带来积极的改
变。而且，永远不要害怕一个糟糕的双关语（在这本书中
可以用三个词来概括：拉斯就是摩尔）。
跟别人谈论这本书时，他们会问我们的第二个问题是
：“你们的父母做了什么？”我们的父母（沃尔特和格拉
迪丝）都是劳工仲裁员、劳资关系教授，以及国家协会的
领导人（乔尔进入了家族企业）。在餐桌上定期讨论的话
题就是我们父母带回家的仲裁案件。这些案件需要证据评
估、讨论并予以解释。同时，讨论和解释的过程也要求我
们有技巧，有毅力，有幽默感。在那时，任何正在谈话的
人都充满压力地深呼吸，为下一个准备发言的人提供开场
白。这也是写这本书的感觉。
我们已经开始意识到，我们在编写这本书时遇到的困
难和分歧反映了我们每个人世界观中的相对弱点——我们
相互指责的弱点。我们可以轻松地为技术、大众传媒和管
理等领域的追随者分别写作，统一我们的背景比形成交集
更加困难。但这就是第三次数字革命将要面临的状况。

《设计现实》提供了一个关于如何利用新兴技术
实现数字制造的发人深省的对话。格申斐尔德家族三
兄弟不仅让我们注意到数字制造所带来的机遇，而且
还让我们注意到这种技术的广泛传播将给社会管理方
面带来的挑战。
——《科学》杂志
在《设计现实》中，格申斐尔德家族三兄弟为加
速融合数字世界和物理世界（比特和原子），推动人
类下一个进化阶段的发展，提供了一张引人注目的路
线图。
——雷·库兹韦尔 作家和未来学家
如果过去70年我们讲述的是将原子转化为比特的
故事，那么接下来的70年，我们将讲述比特再转化为
原子的故事。格申斐尔德家族的成员在未来的不同场
景中奋力拼搏，这些场景强调了计算机制造的可能性
和挑战。对于第三次数字革命，没有比这更好的点对
点的探索了。
——温特·瑟夫 谷歌公司副总裁兼首席互联网
传播官
《设计现实》是一个全面的宣言，它将引领数字
制造时代的到来，这是数字革命的第三步。“数制”
工坊是全球现存的1000多个数字化制造试验台的集合
，它的指数级增长巩固了作者的全面愿景。他们总结
了十多年来成功和失败的经验教训，大力倡导将“数
制”工坊作为一个模型，加速全人类数字制造的增长
和普及。
——贾斯汀·拉特纳 英特尔公司前首席技术官
“数制”工坊在全球范围迅速蔓延开来，这样星
罗棋布的个人智造终端空间，让越来越多的创客可以
将他们大脑里的创意智造出来，全球实验室通过线上
直播平台实现了与知识系统的同步连接，推进由DIY到
DIT的转变，这大大赋予了人们实现设计的能力，孕育
了人工智能时代的生产方式。《设计现实》面对下一
个10年，或者更久远的时期，对人类数字化生存的做
了全面展望。
——丁峻峰 中国“数制”工坊实验室主任

第一次数字革命是通信的革命。在此之前，模拟电话信号是随着距离的增加而衰减的。而今天，在遍布全球的互联网上，相距再远的人交流起来也仿佛近在咫尺。
第二次数字革命是计算的革命。曾经，模拟计算机由充栋的齿轮、滑轮或真空管组成，运行时间越长，积累的错误越多。而今天，人们口袋里的便携电脑，其功能已堪比当年国家实验室的超级计算机。
我们正迎来第三次数字革命，这是制造的革命。前两次革命使通信与计算日新月异，而这一次，任何人都能智造（几乎）万物。这次革命可能会比前两次的意义更重大，因为它正利用比特王国的可编程性来塑造原子世界。
数字计算机的标志性应用是个人电脑，尽管一度被忽视，但个人电脑最终还是颠覆了整个计算机行业。同样，数字制造的标志性应用是个人制造，它能使消费者摇身一变成为创造者，就地满足个性化需求，而无须远程购买规模生产的产品。
数字制造这一概念已经有几十年的历史了，最初是指利用数控机床进行制造。事实上，它的内涵更加深刻，如同我们将在后面几章看到的，它既是全新的思想，也可以追溯到远古的概念：数字化不单是指对一个物品的描述，还包括对其进行实际构建。这与前两次数字革命有异曲同工之妙。我们认识或使用一项技术，无须等到它完全成熟。从数字制造的技术扩散及其正在产生的影响（本章的主题）来看，从三次数字革命的历史沿革来看（第3章），从未来的研究路线图来看（第5章），第三次数字革命都有迹可循。这些章节综述了理解第三次数字革命所需的科技知识，以及形成这次革命的背景。
三次数字革命的指数级发展洪流都始于最初的一缕涓流，今天，第三次数字革命正方兴未艾（如果你关注它的话）。本章讨论的是当前的形势，介绍雪莉．拉斯特的初创发现（我们称之为“拉斯定律”），即“数制”工坊的数量每一年半翻一番。本章还将解释何为“数制”工坊、如何使用它、它的应用和含义，以及它是如何组建的。
环视当下对展望未来至关重要，因为拉斯定律这一意义非凡的概念持续发酵，如同摩尔定律一样，不仅改变了技术的内容，还将改变技术的操作者。我们将在这一章中读到先行者们利用“数制”工坊完成一系列优秀作品、塑造物品物理形态、编程物品功能的故事。今天，完成这些任务需要“数制”工坊的工具，以及支撑工坊运转的供应链。假以时日，将有更多人能够用上同样的设施，而随着技术进步，工坊运营成本将会降低，数字制造的功效将会提升。这些内容会在后面几章中做介绍。
制造：可编程的原子世界
Fab lab是“数制”工坊的简称（也可以是神奇实验室的简称），是麻省理工学院比特和原子中心（CBA）的一个外延项目，我是这个中心的主任。成立比特和原子中心的目的是研究计算机科学与物理学之间的边界，这是个令我百思莫解的问题。计算的目的和用途是表达物理。比特和原子中心的研究人员参与了一些项目，比如首次使用计算机创建微观量子系统，利用其奇特的手段解决重大问题，其速度快于计算机的传统方式。另一个比特和原子中心小组致力于用计算机设计、初创一些生物有机体。这些工作没有硬件和软件之分，它们是紧密集成在一起的。该研究得出的最重要的结论，是认识到数字通信和计算与制造之间存在一个基本交汇点，这一概念将在后面几章中展开。
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