ブルースカイ・プリンティング – 3Dプリンティングが次に目指すもの

新たなアプリケーションと画期的な技術が、3Dプリント業界にどのような黄金時代をもたらすか。

3Dプリントに必要な独自の知識、専門技術、学問分野は、驚くべき方法で人類を前進させるために利用されており、野心的なプリント企業に新たなビジネスチャンスをもたらす可能性がある。

まずは、すでによく知られているが、さらなる探求が可能なもの、すなわちプリンテッドエレクトロニクスから始めよう。

プリント回路基板は1940年代から何らかの形で存在していたが、3Dプリントの台頭は、回路だけでなく、完全なセンサーやその他のコンポーネントを個人用保護具（PPE）などのスマート衣服に埋め込むことができることを意味する。実際、導電性素子やマイクロセンサーを生地自体にプリントすることで、衣服全体がセンサーとなり、心拍数、皮膚温度、動き、位置などの情報をリアルタイムで読み取ることができるようになった。

湖南大学の研究者による興味深い2022年の論文「スマート衣類のための3Dプリンティング技術：トピックレビュー」、

中国は、インテリジェント素材の台頭が3Dプリント衣類の開発に新たな機会を提供するだろうと予測している。

「3Dプリント技術は、衣服と電子機器の完璧な融合を実現し、スマート衣服が特定の機能を実現するのを助けることができる。さらに、機能的な3Dプリント技術を衣服に応用することで、人々に最も快適で便利な着用体験を提供するだけでなく、従来の衣服に対する消費者の認識を完全に覆すことができる」と同論文は述べている。

衣服から、さらに皮膚に近いところに装着されるもの、つまり義肢装具に目を向けることができる。スマートなPPE、例えばすでに労働者の疲労を伴う手作業を助けるために使用されている外骨格から、カスタムメイドの3Dプリント義肢に至るまで、大きな飛躍はない。

患者の解剖学的構造をスキャンし、身体にぴったりフィットするカスタムインプラントやプロテーゼをプリントする能力は、すでにかなり確立された技術である。しかし、3Dプリンティング技術がより洗練され普及するにつれて、その潜在的な影響力は大幅に増大する。

例えば、格子構造のようなものを使って新しいタイプの高度なメタマテリアルをプリントできるようになれば、人工関節をより軽く、より強く、よりスマートにすることができる。さらに、技術の成熟に伴って3Dプリンティングのコストが削減されれば、以前はオーダーメイドの医療を受けることができなかった人々も利用できるようになる。

義肢装具が何であるかは誰もが知っているが、実際の人間の生態を印刷することはどうなのだろうか？真実は、あなたが最初に考えるほど奇妙なものではないかもしれない。

メイヨー・クリニックの研究者たちは、すでに「3Dバイオプリンター」（生きた細胞を含む生体適合性材料を使用して、組織の3次元構造をプリントする）を使用して、損傷したり病気にかかったりした組織や臓器を研究するために、さまざまな身体部分の組織モデルを作製している。彼らは、3Dバイオプリンターが生きた細胞を成形し、複雑な疾患の治療や治癒を可能にする日を思い描いている。

実際、その可能性への一歩は、すでにWyss研究所のReConstructプロジェクトで起こっている。そこでは、乳房切除後の乳がん患者の乳房再建術の一環として3Dバイオプリンターが使用されている。患者自身の細胞を利用して脂肪組織を作り、ゼラチンベースの「インク」を組織に3Dプリントし、相互に連結した血管網を作る。その後、インクは溶けて洗い流され、組織を生かすために血液が流れる開いた血管網が残る。

星を目指すという人類の新たな熱意が、こうした試みを後押しするかもしれない。3Dプリンティングはすでにロケット部品の製造に使用されており、他の惑星に恒久的な居住地を確立しようとする際に、現地で調達した材料を使用して重要な役割を果たすことは間違いない。しかし、真に革命的な3Dプリンティングの開発が行われるのは宇宙への旅であると、3Dプリンティング食品会社BeeHex（https://www.beehex.com）の創設者であるAnjan Contractor氏は言う。

重力の問題がなければ、下の層が上の層に押しつぶされる心配もなく、人間の組織が何層にも印刷される日が来るだろう。

「これは遅かれ早かれ実現すると確信しています」とコントラクターは言う。「創薬や人間の部品に必要な組織や臓器は、宇宙で育てることができる。30年、60年、100年かかるかもしれないが、実現する可能性は高い。その基礎は3Dプリンティングにある。

現在、コントラクターとBeeHexのチームは、医療危機の時だけでなく、人々の毎日の健康に役立つ画期的な3Dプリント製品を作っている：3Dプリント食品だ。

実のところ、3Dプリンターによる「食品」は以前から存在していたが、初期の取り組み（基本的には砂糖ペーストを使ったもの）は、美食的な魅力に欠けるものだった。しかし、NASAからのありがたい助言のおかげで、現在では食べる価値があり、栄養的にも有益な3Dプリント食品がある。

NASAは現在、宇宙飛行士に個別に包装された保存可能な料理を提供している。しかし、これらのオプションは宇宙で6ヶ月しか持たないように設計されており、食事は貴重な保管場所を取り、包装はゴミとなる。

2013年、NASAは中小企業技術革新研究（SBIR）契約をシステムズ・アンド・マテリアルズ・リサーチ・コーポレーション（SMRC）に授与した。SMRCは、3Dプリンターでゼロから食品を作るというアイデアを説明した。SMRCは、タンパク質やでんぷんなどの風味のない多量栄養素を乾燥粉末として保存し、3Dプリンターに直接供給して、プリントヘッドで油や水を混ぜることを提案した。さらに微量栄養素やフレーバーを液体やペーストとしてパックに入れ、インクジェットで供給することもできる。

最初の提案は概念的な段階に過ぎなかったが、このプロジェクトは最終的にBeeHex社の設立と、完全なピザを3DプリントできるChef 3Dフードプリンターの開発につながった。BeeHexは現在、パーソナライズされた3Dプリンターによる朝食用栄養バーの製作を検討しており、その材料は、遺伝、代謝、血液マーカーなど、その人個人のニーズに応じたものとなる。

7世紀の木版印刷から遠く離れている。しかし、それがページ上の文字であれ、月面の宇宙食であれ、人類の歴史における印刷の役割はこれまでと同様に重要である。