惠普公司的研究人員在最近的一期應用物理雜誌(Journal of Applied Physics)宣 稱,他們提出並證明了一種稱為”縱橫閂(crossbar latch)” 的納米級別的器件新 技術可以取代電晶體(transistor),正如上個世紀中葉電晶體取代真空管(vacuum tube)一樣,成為電子行業下一代核心基礎器件。
可編程的縱橫電路一直是納米級電子電路的關鍵結構之一。 但為了強調製作的可行 性,大部分縱橫電路設計都基於二維器件。這樣一來,信號的存儲和反轉成了縱橫電路 的兩個突出的弱點。在這篇題為“縱橫閂(Crossbar latch): 縱橫電路中的邏輯值 存儲,恢復與反轉”的論文中,來自惠普實驗室量子科學小組(Quantum Science Research Group)的Philip J. Kuekes, Duncan R. Stewart, 和R. Stanley Williams 共同提出了一個完整的解決方案。這種器件可以在信號線上存儲邏輯值,並能恢復和反 轉該值。該閂(latch)由穿插著兩根控制線的單根信號線構成。控制線與信號線之間 由分子節開關連接。通過控制線加入一系列脈衝電壓,並使分子開關轉向相反極,閂 (latch)可以執行“非(NOT)”操作。相應地,也可以執行“與(AND)”和“或 (OR)”操作。結合電阻和二極體邏輯門,這三項操作原則上使得所有基於縱橫電路, 甚至其他納米級別的積體電路的廣義計算成為可能。
「那無疑是我從沒嚐過的味道」,論文的第一兼通訊作者 Jonathan David Blutinger 回想起初期的失敗,委婉地承認:「其實不難吃,只是與眾不同。我們畢竟不是米其林大廚。」[1]所幸皇天不負苦心人,在多次修正後,美國哥倫比亞大學的團隊,終於做出原料一樣,但是不再坍塌的蛋糕,並於 2023 年 3 月的《npj 食品科學》(npj Science of Food)期刊上分享食譜。[2]
3D列 印蛋糕的失敗百態。圖/參考資料 2,Supplementary Figure 1(CC BY 4.0)
(4)把壓克力餐盤擺在 3D 印表機下,盛接針筒擠出的條狀物。其直徑約 1.5 毫米,會逐漸累積出蛋糕的半成品。[2]
(5)論文有寫到運用藍光和紅外線,為蛋糕加熱。不過,實驗方法的段落,僅提及 3D 印表機附設的藍光雷射二極體(blue laser diode),也就是下圖中黑色的長方體。[2]
圖/參考資料 2,Supplementary Figure 4(Left;CC BY 4.0)3D 列印蛋糕從失敗到成功的各個版本。影/參考資料 2,Supplementary Video 1(CC BY 4.0)
從上面的影片,可見早期幾個版本的蛋糕,非常容易崩垮。[2]研究團隊於是依據物質受力變形時,展現的黏性和彈性特質,即黏彈性(viscoelasticity),將食材分為「結構」與「填料」兩類,並在軟體中改變設計:[2, 3]用結構性強的全麥餅乾糊,作為蛋糕各層的形狀基礎,又以花生醬和榛果巧克力醬輔助支撐,再填入其他相對柔軟的原料。最後,他們調整 3D 印表機的針筒高度,並減緩列印的速度。如此擠出來的流體,尾端便不會蜷曲。能避免繩捲效應(coiling effect或rope-coil effect),破壞蛋糕表面的平整。要不然有時會出現本文開頭的圖組中,最末一塊蛋糕那種毛躁的外貌。[2]
a. 列印成功的蛋糕;b. 切開看內餡;c. 蛋糕設計;d. (1)全麥餅乾糊、(2)花生醬、(3)草莓果醬、(4)榛果巧克力醬、(5)香蕉泥、(6)櫻桃淋醬和(7)糖霜。圖/參考資料 2,Figure 1(CC BY 4.0)
3D 列印食品的推廣
目前 3D 列印食物尚未普及,此蛋糕的成形有如曇花一現。這一方面是基於科技新穎,懂得操作的人還少;另方面則因為這種印表機索價不菲,不是誰都玩得起。如果要商業化,研究團隊認為得採取 Gillette 刮鬍刀和 Nespresso 咖啡機的經營模式:壓低主要產品本身的價格,後續再從耗材獲利。換句話說,廠商賣出廉價的 3D 食物印表機,之後消費者就會以零買或長期訂購的模式,購買列印用的食譜和食物匣。食物匣的內容物,發展空間多元。除了碎肉和花生醬等泥狀物;也能推出醬油、橄欖油等液體;食鹽與胡椒之類的顆粒;還有百里香或香芹這類碎片等,任何可食用的東西。[2]
此外,在薄利多銷和產品開發的同時,也要提升大眾的接受度。偏好天然食材,或是不信任食品產業,都是對 3D 食物列印存有疑慮的原因。研究團隊提出的解方,是宣傳它的好處,例如:精準調配營養,不浪費材料;降低能源耗損;以及客製化的食譜等。[2]當然,似乎也就避而不談犧牲纖維質,以求列印順暢等問題。[1]總之,他們描繪出科技烹飪的美好願景,並且排除萬難,要讓飲食邁向全新時代。倘若有天上述的市場成熟,產品賣相比論文中的蛋糕誘人,您會願意品嚐嗎?