「超装備」インタビュー | 呂炳衡院士：夢を持つことは一種の幸福である

インテリジェント設備は、大型ドキュメンタリー「スーパー設備」の重要な部分です。 3D プリンティングは、インテリジェント機器の重要な部分として、人類の知恵、想像力、技術の進歩の関係を人々に示します。 2018年1月25日、中国の3Dプリント技術の第一人者である呂炳衡院士が北京で韓静主任のインタビューを受けた。

Q: こんにちは、呂院士！退院後すぐに武漢に駆けつけて会議に臨まれたと聞きました。そして、今度は武漢から北京まで遠路はるばる旅をして「スーパー設備」のインタビューを受けられました。番組へのご支援、誠にありがとうございます。 3D プリント技術の分野のリーダーとして、3D プリントに初めて触れたのはいつですか?

A: 1992年に私はアメリカで客員研究員として、デトロイトのフォード自動車工場を訪問しました。そこでは自動車の試作品の開発に3Dプリントが使われており、当時は非常に興味を持ちました。 1993年に私が中国に帰国した後、西安の軍事工場がこの技術を採用したいと考え、私にプロジェクトのデモンストレーションを依頼してきました。当時、すでに3Dプリンター機器の輸入手配は済んでいたが、その後経済情勢の変化により購入できなくなった。中国では3Dプリントへの関心が高く、輸入機器の価格も高いので、自分たちで開発したらどうだろうと考えました。

Q: 3Dプリントとの出会いは偶然だったんですね。中国に帰国後、需要があることがわかり、やってみようと決心したんですね。でも、気になるのは、1993年にはもう50歳近くになっていたんですよね？ 40 代や 50 代の人がやり直して、国内で誰もやったことのないまったく新しいことをやりたいと思うとき、並外れた勇気が必要です。それで、残りの人生を 3D プリンティングに捧げる決断をしたきっかけは何だったのですか?

A: 当時、この技術開発には多額の資金が必要だとアドバイスする人もいました。お金がなかったらどうしますか？お金は人が見つけるものだと思います。社会にそのような需要がある限り、この技術を開発するためのお金は必ず見つかるでしょう。当時、私は科学研究で残った10万～20万元を使って原理研究をしました。

1994 年、私は先進製造技術会議に出席するために北京に行きました。当時私は准教授だったので、講演する予定はありませんでした。フリースピーチセッションでは、私はステージに上がり、このテクノロジーを皆さんに紹介しました。科学技術省のリーダーは非常に興味を持っており、私に提案書を書くように依頼しました。時間の制約があったため、私は4、5ページだけ書いて彼に渡しました。半月後、当局から検査のために人を派遣するという通知を受け取りました。

その後、当時技術部副部長だった崔先潔氏が視察に来た。私は残業してプロトタイプを作りました。とてもシンプルなものでしたが、原理を実証し、ソフトウェアとハードウェアのモデルも備えていました。それを見た彼は非常に満足し、西安交通大学と250万元の支援協定を締結した。

数年後、彼と再会した時、彼は私と握手した時に私の手にタコがあったので、実務経験のあるこの人にプロジェクトを任せた方が信頼できると思ったと話してくれました。私は11年間工場で働き、あらゆる種類の旋削、フライス加工、研削、研磨を行ったので、タコがあります。

Q: 握手した瞬間に、あなたは夢想家ではなく実行者だと分かりました。 1993 年に初めて 3D プリンティングに触れてから 25 年が経ち、3D プリンティングという言葉は、なじみのない言葉から馴染みのある言葉へと変化しました。現在、金属印刷とバイオ印刷は 3D 印刷技術の分野で比較的重要な 2 つの分野であることは誰もが知っています。また、バイオ 3D 印刷は、初の人工椎骨の印刷と人体への移植の成功など、チームの最大のハイライトでもあります。 3Dバイオプリンティング技術の医療分野への応用と今後の展望についてお話しいただけますか？

A: まず、3Dプリントは完全にデジタル化された技術であり、素材を重ねるポイントを正確に制御できるため、非常に柔軟性があります。人体の骨や臓器は個性的で複雑な形状をしており、その複雑で個性的なニーズを満たすことができるのは3Dプリントだけであるため、3Dプリント技術はバイオメディカル分野で急速に発展してきました。整形外科では、医師に手術計画や医療モデルを提供したり、交通事故や癌治療手術などで切除した骨の再建を個人に合わせて行ったり、人工インプラントを非常に正確に作成したりすることができます。

生物学的3Dプリント技術を使用して作成した人工下顎と同様に、私たちはそれを20件以上の症例に使用しており、そのすべてが非常に成功し、患者に朗報をもたらしました。

科学研究で最も熱く議論されている分野は、人工皮膚、人工角膜、人工心臓弁、さらには人工肝臓、人工腎臓、人工心臓など、能動臓器をどのように作るかであり、その展望も非常に広い。もちろん、道のりはまだ長いです。人体への影響に関しては、非常に慎重にならなければなりません。良い面だけを見るのではなく、悪い影響があるかどうかも考慮しなければなりません。多くの臨床検証と多くのデータが必要です。

Q: 先ほど、バイオ 3D 印刷技術による生体臓器の印刷の将来展望についてお話しいただきました。これは、近い将来、臓器の 1 つががんになった場合、その病気の臓器の代わりに新しい臓器を印刷できるという意味ですか?これは、フェイスブックの創設者マーク・ザッカーバーグ氏と『ゼロ・トゥ・ワン』の著者ピーター・ティール氏を思い出させます。二人とも人間の寿命が延びることに自信を示し、今世紀中に「不死」が達成されるとさえ言っていました。では、将来、3D プリント技術と医療手段を組み合わせることで、人間の老化や病気を克服できると思いますか?

A: 人間の老化を遅らせ、長寿を実現できるかどうかは、主に遺伝子科学の研究にかかっています。今朝、この点で大きな進歩があったことを知りました。上海の研究所が2匹の猿のクローンを作成しました。これも、この点で人類が成し遂げた大きな進歩だと思います。私たちの生活の中では、怪我や局所的な病変により臓器が損傷するさまざまな状況に遭遇しますが、このとき、3Dプリント技術は再生医療に非常に良い道を切り開きました。

生体臓器の創造は遺伝子科学を補完します。遺伝子科学は人間の老化を遅らせ、3Dプリント技術は人体のすべての臓器が健康に生きることを可能にします。損傷した場合は、新しいものを作ることができます。これにより寿命が延びるだけでなく、すべての臓器を健康な状態に保つことができます。

Q: あなたが述べた展望は確かに非常に魅力的です。ハリウッド映画でも同様のシナリオが描かれています。たとえば、将来的には、映画では「強化人間」とも呼ばれるサイボーグや合成人間を作り出すことができるようになります。これは、人体の本来の臓器の一部と人工臓器を組み合わせて、より強い人間を作り出すものです。ホーキング博士は脳を除いて体の他の部分はすべて交換可能なので、ある意味未来人のような人物だと言う人もいます。実際にこれを達成するにはどのくらいの時間がかかるか予測していただけますか?

A: 局所臓器再生は10年から20年以内に実現可能になり、応用可能になると思います。しかし、それが元の脳と統合できるかどうかについては、さらなる研究が必要です。人工臓器を生かし続けることと、それをより複雑な脳で制御できるようにすることは別の話です。

現在の医学研究では、人間の寿命は主に感情という非常に複雑で高度な生理学的プロセスに影響を受けることがわかっています。現在私たちが研究している再生細胞は、まだ低レベルの生物学的プロセスです。脳とうまく連携するためには、さらに詳細な研究が必要です。さらに、人間は倫理的な問題があるかどうかについて深く考える必要があります。

Q: 人工臓器というと、どうしても素材の革新を考えざるを得ません。たとえば、3D プリントされた骨は、初期のチタン合金から、後に PEEK 材料としても知られるポリエーテルエーテルケトンへと進化しました。この変化についてどう思われますか?

A: 3D プリント技術は常に進歩しており、材料科学も常に発展しています。過去には、生体適合性が高く副作用がないことからチタン合金が人工骨の印刷に使用されていましたが、特定の臓器を置き換える場合には問題が発生することもあります。

例えば、私たちの歯はチタン合金で作られていますが、見た目は常に入れ歯のようで、あまり美しくなく、患者に心理的なプレッシャーを与えてしまいます。例えば、頭蓋骨が損傷し、チタン合金で修復した場合、その熱伝導率は異なります。金属は熱を素早く伝導し、頭皮に近いため、周囲の温度に敏感です。これにより、患者は頭皮に冷たさを感じ、非常に不快になります。

しかし、PEEK素材にはこの問題はありません。熱伝導率は人間の骨とほぼ同じで、強度も非常に優れており、人間の骨よりも高いです。金属よりは若干劣りますが、人間の骨の代替品としては十分です。

Q: 3D プリント技術に加えて、4D プリントという用語も登場しました。 3D プリントは空間的な概念ですが、4D プリントは 3 次元空間に時間の次元を加えたものを指すのでしょうか?

A: 4D プリンティングは、実際にはスマートマテリアルを使用して 3D プリンティングを行うものです。温度や磁場などの環境の変化を制御することで、それに応じて形状を変えることができます。

例えば、部品を印刷するには、まず容器を作りますが、その中に複雑なパイプを設置する必要があり、3D 印刷ではそれができない場合があります。そこで 4D 印刷を使用し、まずワイヤーを印刷して入れ、温度や電磁場を変えて誘導すると、設計した曲面形状になります。容器に入れるのが難しい複雑な物体を小さな物体に変え、変形させて機能を回復させます。

4Dプリントでは、直線を印刷したり、2次元のオブジェクトを印刷したり、環境を変えることで3次元のオブジェクトに変換したりできます。これが4Dプリントの利点です。

Q: 確かに想像の余地がかなりありそうですね。人にとって夢を持つことは祝福です。私が西安交通大学であなたに初めてインタビューしたとき、宇宙 3D プリントの夢について聞かせてほしいと言われたのを覚えています。今日、私たちが2度目にあなたを訪問するとき、より多くの聴衆にあなたの夢を共有してもらえますか？

A: 宇宙で物を印刷することも、人々のニーズから始まりました。私たちは宇宙に宇宙ステーションを建設し、他の惑星に仕事をしに行きますが、私たちの機器や部品も消耗や損傷を受けます。地球上で印刷して宇宙に打ち上げると、打ち上げコストが非常に高くなります。宇宙ステーションに3Dプリンター装置を送るのが良いでしょう。宇宙ステーションで交換が必要な部品があれば、直接プリントアウトして交換することができます。この方法なら、時間も短く、コストも低くなります。

もちろん、宇宙 3D プリントにはいくつかの新たな問題に直面する必要がありますが、宇宙プリントには多くの利点もあります。地球上で 10 メートルの長さのものを作ろうとすると、産業機械も 10 メートル以上の長さが必要になるかもしれません。製品が大きくなると、より大きな設備が必要になり、コストも非常に高くなります。しかし宇宙では、小さな装置で大きなものを印刷することができます。宇宙には重力がないので、印刷された物体は変形せず、支えも必要ありません。これは非常に便利です。

例えば、私たちは宇宙に太陽光発電所を建設しています。宇宙の太陽エネルギーは地球の大気の妨げがなく、非常に純粋で、発電効率は地球の5倍です。宇宙の無限の空間と非常に安価なエネルギーを利用することで、地球上の製造活動を宇宙に移すことができます。粉末材料や原材料を宇宙に打ち上げ、宇宙で高速列車や大型飛行機を印刷し、ゆっくりと地上に着陸させて地球上の人々が使用できるようにするだけです。これにより、地球上でこれらのものを製造するために必要なエネルギーとスペースが大幅に節約されます。節約したスペースを活用して高級住宅を建てたり、緑化を行ったり、地球の生態環境を変えたりすることができます。

そういう可能性はあると思うので、私は若者を率いてこの夢のために戦っていきたいです！

Q: あなたの考えは、将来、宇宙に宇宙印刷工場を建設し、無尽蔵の太陽エネルギーと宇宙の無重力環境を利用し、小型の機械を使用して理論上は無限の大きさのものを印刷し、その後、これらのものを地球に持ち帰って人類に役立てることで、地球の空間、材料、エネルギーを節約できるというものです。この夢は、呂院士だけのものではなく、すべての中国人の夢でもあると思います。ドキュメンタリー「スーパー機器」が焦点を当てているのは、イノベーション、インテリジェンス、そして未来です。この美しい夢が一日も早く実現することを願っています。どうもありがとうございます！

出典: 国立ラピッドマニュファクチャリング工学研究センター

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