幾十年來(lái)，計(jì)算機(jī)處理能力的指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)推動(dòng)了技術(shù)的發(fā)展，摩爾定律（Moore's Law）預(yù)測(cè)了這一趨勢(shì)。從基本的機(jī)械設(shè)備到高度復(fù)雜的微處理器，這一軌跡推動(dòng)了個(gè)人電腦、筆記本電腦和智能手機(jī)的小型化和普及?，F(xiàn)在，隨著量子計(jì)算的出現(xiàn)，新的飛躍即將到來(lái)。與一次只表示一個(gè)值（0 或 1）的經(jīng)典比特不同，量子比特可以同時(shí)表示兩種狀態(tài)的組合。這意味著，傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)一次測(cè)試一種可能性，而量子計(jì)算機(jī)可以一次探索多種可能性，從而大大加快復(fù)雜問(wèn)題的解決速度。分子模擬、物流優(yōu)化和密碼學(xué)的進(jìn)步只是這一新領(lǐng)域改變的一小部分領(lǐng)域。

在建筑行業(yè)這一反應(yīng)緩慢的行業(yè)，材料發(fā)展也迎來(lái)了突破性的時(shí)刻。從雕花石材到鋼筋混凝土，從原木到高性能復(fù)合材料，每一種新材料都擴(kuò)展了建筑的結(jié)構(gòu)、美學(xué)和功能界限。然而，近年來(lái)，研究人員一直在測(cè)試超越傳統(tǒng)被動(dòng)觀念的新一代材料。這些是智能材料，能夠感應(yīng)、響應(yīng)環(huán)境和用戶(hù)，甚至與環(huán)境和用戶(hù)互動(dòng)，挑戰(zhàn)了舊有建材的概念。

不過(guò)智能并不意味著意識(shí)，而是感知刺激、適應(yīng)行為以及與數(shù)字系統(tǒng)集成的能力。在實(shí)踐中，這種智能主要以三種方式表現(xiàn)出來(lái)。

自適應(yīng)材料

自適應(yīng)材料是指那些在不依賴(lài)電子設(shè)備或主動(dòng)機(jī)制的情況下對(duì)環(huán)境變化做出物理反應(yīng)的材料。它們的“智能”在于材料本身的內(nèi)在特性。在強(qiáng)烈陽(yáng)光下變暗的熱致變色玻璃、隨溫度變形的形狀記憶合金、濕性材料以及被動(dòng)調(diào)節(jié)熱量的相變材料都是此類(lèi)示例。

一個(gè)開(kāi)創(chuàng)性的案例是讓·努維爾 （Jean Nouvel） 的 Institut du Monde Arabe （1987）。它的南立面有 240 個(gè)設(shè)備，其靈感來(lái)自傳統(tǒng)的阿拉伯 mashrabiyas——光敏光闌，可以根據(jù)光線打開(kāi)和關(guān)閉，就像相機(jī)鏡頭一樣。盡管依賴(lài)于機(jī)械機(jī)制，但該項(xiàng)目預(yù)見(jiàn)了當(dāng)代適應(yīng)性系統(tǒng)的邏輯，結(jié)合了能源效率、氣候控制和文化參考。

同樣，阿布扎比的 Al Bahr 塔采用由可移動(dòng)幾何元素制成的動(dòng)態(tài)立面，可自動(dòng)對(duì)陽(yáng)光照射做出反應(yīng)。通過(guò)在不依賴(lài)傳統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)的情況下減少建筑物的熱負(fù)荷，它們指向了一種被動(dòng)、環(huán)境敏感性能的新范式。

響應(yīng)式材料

DOSU Studio，Bloom

自適應(yīng)材料是被動(dòng)響應(yīng)的，而響應(yīng)式材料則基于可編程的刺激（電、磁、化學(xué)或熱）運(yùn)行，允許實(shí)時(shí)調(diào)整環(huán)境和功能條件。DOSU Studio 的 Bloom 項(xiàng)目就是一個(gè)著名的例子：一個(gè)由熱雙金屬合金制成的裝置，在陽(yáng)光下自然卷曲，形成根據(jù)太陽(yáng)輻射打開(kāi)或關(guān)閉的移動(dòng)表面。由 Enric Ruiz-Geli 設(shè)計(jì)的 Media-TIC 大樓 （Cloud 9） 使用 ETFE 立面，帶有“氣泡”，這些氣泡會(huì)隨著熱量而膨脹或收縮，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)通風(fēng)和自然采光。

Enric Ruiz-Geli ， Media-TIC

Philip Beesley，Hylozoic Ground

另一個(gè)具有里程碑意義的實(shí)驗(yàn)是加拿大藝術(shù)家菲利普·比斯利 （Philip Beesley） 的 Hylozoic Ground（菲利普·比斯利在2010年威尼斯建筑雙年展（Venice Architecture Biennale）的加拿大館內(nèi)安裝了一片亞克力葉子森林，這片人工森林是由一個(gè)復(fù)雜的小透明亞克力網(wǎng)狀鏈接格子構(gòu)成的，仿佛擁有生命）。

該裝置結(jié)合了輕質(zhì)聚合物、傳感器、微處理器和致動(dòng)器，通過(guò)燈光、運(yùn)動(dòng)和聲音對(duì)觸摸和環(huán)境變化做出反應(yīng)。該項(xiàng)目受到 hylozoism（一種哲學(xué)學(xué)說(shuō)，歸因于前蘇格拉底物理學(xué)或斯多葛主義，認(rèn)為宇宙中的所有物質(zhì)都是有生命的）的啟發(fā)，模擬了一個(gè)對(duì)人體敏感的交互式生態(tài)系統(tǒng)。

Mediated Matter，Aguahoja

由 Neri Oxman 領(lǐng)導(dǎo)的 Mediated Matter 小組的研究也開(kāi)辟了顛覆性途徑。在 Aguahoja 中，甲殼素、纖維素和果膠等生物聚合物被 3D 打印成對(duì)濕度和溫度做出反應(yīng)的形式，同時(shí)可生物降解并被編程為在環(huán)境中消失。在 Totems 中，藻類(lèi)和藍(lán)藻等活微生物被整合到生物打印中，以代表地球大氣的演變。在這些情況下，物質(zhì)變成了一個(gè)活生生的、適應(yīng)性強(qiáng)的信息系統(tǒng)。

當(dāng)建筑成為交互界面

最先進(jìn)的前沿領(lǐng)域是材料不僅能夠反應(yīng)，還具有收集、處理和傳輸數(shù)據(jù)能力的地方。帶有嵌入式傳感器的混凝土監(jiān)測(cè)裂縫和應(yīng)力;涂層根據(jù)天氣算法調(diào)整不透明度;智能光伏表面優(yōu)化了捕獲能量的分配。

The Edge

在阿姆斯特丹的 The Edge 大樓中，傳感器幾乎集成到每個(gè)建筑元素（從地板到照明設(shè)備）中，實(shí)時(shí)監(jiān)控溫度、占用率和消耗量，并自動(dòng)調(diào)整建筑系統(tǒng)。在 Foster + Partners 的彭博歐洲總部，自然通風(fēng)和數(shù)字控制表面的結(jié)合實(shí)現(xiàn)了高能效和對(duì)環(huán)境敏感。

Jenny Sabin，Lumen

如果說(shuō)這些企業(yè)建筑代表了數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智能建筑的實(shí)際應(yīng)用，那么 Jenny Sabin 的作品在實(shí)驗(yàn)和感官維度上探索了相同的原理。作為一名建筑師、設(shè)計(jì)師和研究人員，Sabin 將科學(xué)、生物學(xué)和數(shù)字制造相結(jié)合，創(chuàng)造了對(duì)光線、溫度和人類(lèi)存在做出反應(yīng)的自適應(yīng)紡織結(jié)構(gòu)。Lumen （MoMA PS1） 和 PolyThread 等裝置將光致發(fā)光線、3D 針織和仿生幾何圖形相結(jié)合，創(chuàng)造出挑戰(zhàn)靜態(tài)形式和功能概念的互動(dòng)空間。雖然其中許多材料仍處于實(shí)驗(yàn)階段，但它們指向了未來(lái)的實(shí)際應(yīng)用，例如動(dòng)態(tài)遮陽(yáng)系統(tǒng)、響應(yīng)式臨時(shí)庇護(hù)所和適應(yīng)用戶(hù)行為的室內(nèi)裝飾。

（注：2017年，Jenny Sabin Studio 在紐約 MoMA PS1 的庭院內(nèi)安裝了一個(gè)身臨其境的互動(dòng)結(jié)構(gòu)。臨時(shí)展館由超過(guò) 1,000,000 碼的數(shù)字針織纖維制成，并包含 100 個(gè)機(jī)器人編織的回收線軸凳。該裝置將在整個(gè)夏季繼續(xù)展出，設(shè)計(jì)了一個(gè)集成的噴霧系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以響應(yīng)游客的接近，幫助他們保持涼爽。）

變革的未來(lái)：建材智能化

智能材料的出現(xiàn)也帶來(lái)了新的道德和社會(huì)困境。使用學(xué)習(xí)、交互和收集數(shù)據(jù)的元素進(jìn)行設(shè)計(jì)需要責(zé)任感、監(jiān)管和透明度。建材智能化不應(yīng)僅僅被視為一種技術(shù)進(jìn)步，而應(yīng)被視為一種新的文化范式——呼吁重新思考技術(shù)、建筑和生活之間的關(guān)系。

我們正面臨著一種變革的可能性，建筑可以整合計(jì)算邏輯、環(huán)境感知和響應(yīng)能力——就像生物體一樣：敏感、適應(yīng)性強(qiáng)。正如量子計(jì)算挑戰(zhàn)了計(jì)算可能性的極限一樣，智能材料也挑戰(zhàn)了可以構(gòu)建、設(shè)計(jì)甚至想象的極限。物質(zhì)與信息、自然與技術(shù)的融合，迫使我們重新思考建筑的基礎(chǔ)。

▌編輯：同辰科技

▌來(lái)源：ArchDaily、友綠網(wǎng)