幾十年來，計算機處理能力的指數(shù)級增長推動了技術的發(fā)展，摩爾定律（Moore's Law）預測了這一趨勢。從基本的機械設備到高度復雜的微處理器，這一軌跡推動了個人電腦、筆記本電腦和智能手機的小型化和普及?，F(xiàn)在，隨著量子計算的出現(xiàn)，新的飛躍即將到來。與一次只表示一個值（0 或 1）的經(jīng)典比特不同，量子比特可以同時表示兩種狀態(tài)的組合。這意味著，傳統(tǒng)計算機一次測試一種可能性，而量子計算機可以一次探索多種可能性，從而大大加快復雜問題的解決速度。分子模擬、物流優(yōu)化和密碼學的進步只是這一新領域改變的一小部分領域。

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

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

自適應材料

自適應材料是指那些在不依賴電子設備或主動機制的情況下對環(huán)境變化做出物理反應的材料。它們的“智能”在于材料本身的內(nèi)在特性。在強烈陽光下變暗的熱致變色玻璃、隨溫度變形的形狀記憶合金、濕性材料以及被動調(diào)節(jié)熱量的相變材料都是此類示例。

一個開創(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 個設備，其靈感來自傳統(tǒng)的阿拉伯 mashrabiyas——光敏光闌，可以根據(jù)光線打開和關閉，就像相機鏡頭一樣。盡管依賴于機械機制，但該項目預見了當代適應性系統(tǒng)的邏輯，結合了能源效率、氣候控制和文化參考。

同樣，阿布扎比的 Al Bahr 塔采用由可移動幾何元素制成的動態(tài)立面，可自動對陽光照射做出反應。通過在不依賴傳統(tǒng)機械系統(tǒng)的情況下減少建筑物的熱負荷，它們指向了一種被動、環(huán)境敏感性能的新范式。

響應式材料

DOSU Studio，Bloom

自適應材料是被動響應的，而響應式材料則基于可編程的刺激（電、磁、化學或熱）運行，允許實時調(diào)整環(huán)境和功能條件。DOSU Studio 的 Bloom 項目就是一個著名的例子：一個由熱雙金屬合金制成的裝置，在陽光下自然卷曲，形成根據(jù)太陽輻射打開或關閉的移動表面。由 Enric Ruiz-Geli 設計的 Media-TIC 大樓 （Cloud 9） 使用 ETFE 立面，帶有“氣泡”，這些氣泡會隨著熱量而膨脹或收縮，動態(tài)調(diào)節(jié)通風和自然采光。

Enric Ruiz-Geli ， Media-TIC

Philip Beesley，Hylozoic Ground

另一個具有里程碑意義的實驗是加拿大藝術家菲利普·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復雜的小透明亞克力網(wǎng)狀鏈接格子構成的，仿佛擁有生命）。

該裝置結合了輕質聚合物、傳感器、微處理器和致動器，通過燈光、運動和聲音對觸摸和環(huán)境變化做出反應。該項目受到 hylozoism（一種哲學學說，歸因于前蘇格拉底物理學或斯多葛主義，認為宇宙中的所有物質都是有生命的）的啟發(fā)，模擬了一個對人體敏感的交互式生態(tài)系統(tǒng)。

Mediated Matter，Aguahoja

由 Neri Oxman 領導的 Mediated Matter 小組的研究也開辟了顛覆性途徑。在 Aguahoja 中，甲殼素、纖維素和果膠等生物聚合物被 3D 打印成對濕度和溫度做出反應的形式，同時可生物降解并被編程為在環(huán)境中消失。在 Totems 中，藻類和藍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，物質變成了一個活生生的、適應性強的信息系統(tǒng)。

當建筑成為交互界面

最先進的前沿領域是材料不僅能夠反應，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)測裂縫和應力;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建筑元素（從地板到照明設備）中，實時監(jiān)控溫度、占用率和消耗量，并自動調(diào)整建筑系統(tǒng)。在 Foster + Partners 的彭博歐洲總部，自然通風和數(shù)字控制表面的結合實現(xiàn)了高能效和對環(huán)境敏感。

Jenny Sabin，Lumen

如果說這些企業(yè)建筑代表了數(shù)據(jù)驅動的智能建筑的實際應用，那么 Jenny Sabin 的作品在實驗和感官維度上探索了相同的原理。作為一名建筑師、設計師和研究人員，Sabin 將科學、生物學和數(shù)字制造相結合，創(chuàng)造了對光線、溫度和人類存在做出反應的自適應紡織結構。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合，創(chuàng)造出挑戰(zhàn)靜態(tài)形式和功能概念的互動空間。雖然其中許多材料仍處于實驗階段，但它們指向了未來的實際應用，例如動態(tài)遮陽系統(tǒng)、響應式臨時庇護所和適應用戶行為的室內(nèi)裝飾。

（注：2017年，Jenny Sabin Studio 在紐約 MoMA PS1 的庭院內(nèi)安裝了一個身臨其境的互動結構。臨時展館由超過 1,000,000 碼的數(shù)字針織纖維制成，并包含 100 個機器人編織的回收線軸凳。該裝置將在整個夏季繼續(xù)展出，設計了一個集成的噴霧系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以響應游客的接近，幫助他們保持涼爽。）

變革的未來：建材智能化

智能材料的出現(xiàn)也帶來了新的道德和社會困境。使用學習、交互和收集數(shù)據(jù)的元素進行設計需要責任感、監(jiān)管和透明度。建材智能化不應僅僅被視為一種技術進步，而應被視為一種新的文化范式——呼吁重新思考技術、建筑和生活之間的關系。

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

▌編輯：同辰科技

▌來源：ArchDaily、友綠網(wǎng)