智能建筑材料：感应、响应环境与用户，甚至与环境和用户互动

几十年来，计算机处理能力的指数级增长推动了技术的发展，摩尔定律（Moore's Law）预测了这一趋势。从基本的机械设备到高度复杂的微处理器，这一轨迹推动了个人电脑、笔记本电脑和智能手机的小型化和普及。现在，随着量子计算的出现，新的飞跃即将到来。与一次只表示一个值（0 或 1）的经典比特不同，量子比特可以同时表示两种状态的组合。这意味着，传统计算机一次测试一种可能性，而量子计算机可以一次探索多种可能性，从而大大加快复杂问题的解决速度。分子模拟、物流优化和密码学的进步是这一新领域改变的一小部分领域。

在建筑行业这一反应缓慢的行业，材料发展也迎来了突破性的时刻。从雕花石材到钢筋混凝土，从原木到高性能复合材料，每一种新材料都扩展了建筑的结构、美学和功能界限。然而，近年来，研究人员一直在测试超越传统被动观念的新一代材料。这些是智能材料，能够感应、响应环境和用户，甚至与环境和用户互动，挑战了旧有建材的概念。

不过智能并不意味着意识，而是感知刺激、适应行为以及与数字系统集成的能力。在实践中，这种智能主要以三种方式表现出来。

自适应材料

自适应材料是指那些在不依赖电子设备或主动机制的情况下对环境变化做出物理反应的材料。它们的“智能”在于材料本身的内在特性。在强烈阳光下变暗的热致变色玻璃、随温度变形的形状记忆合金、湿性材料以及被动调节热量的相变材料都是此类示例。

一个开创性的案例是让·努维尔 （Jean Nouvel） 的 Institut du Monde Arabe （1987）。它的南立面有 240 个设备，其灵感来自传统的阿拉伯 mashrabiyas——光敏光阑，可以根据光线打开和关闭，就像相机镜头一样。尽管依赖于机械机制，但该项目预见了当代适应性系统的逻辑，结合了能源效率、气候控制和文化参考。

同样，阿布扎比的 Al Bahr 塔采用由可移动几何元素制成的动态立面，可自动对阳光照射做出反应。通过在不依赖传统机械系统的情况下减少建筑物的热负荷，它们指向了一种被动、环境敏感性能的新范式。

响应式材料

DOSU Studio，Bloom

自适应材料是被动响应的，而响应式材料则基于可编程的刺激（电、磁、化学或热）运行，允许实时调整环境和功能条件。DOSU Studio 的 Bloom 项目就是一个著名的例子：一个由热双金属合金制成的装置，在阳光下自然卷曲，形成根据太阳辐射打开或关闭的移动表面。由 Enric Ruiz-Geli 设计的 Media-TIC 大楼 （Cloud 9） 使用 ETFE 立面，带有“气泡”，这些气泡会随着热量而膨胀或收缩，动态调节通风和自然采光。

Enric Ruiz-Geli ， Media-TIC

Philip Beesley，Hylozoic Ground

另一个具有里程碑意义的实验是加拿大艺术家菲利普·比斯利 （Philip Beesley） 的 Hylozoic Ground（菲利普·比斯利在2010年威尼斯建筑双年展（Venice Architecture Biennale）的加拿大馆内安装了一片亚克力叶子森林，这片人工森林是由一个复杂的小透明亚克力网状链接格子构成的，仿佛拥有生命）。

该装置结合了轻质聚合物、传感器、微处理器和致动器，通过灯光、运动和声音对触摸和环境变化做出反应。该项目受到 hylozoism（一种哲学学说，归因于前苏格拉底物理学或斯多葛主义，认为宇宙中的所有物质都是有生命的）的启发，模拟了一个对人体敏感的交互式生态系统。

Mediated Matter，Aguahoja

由 Neri Oxman 领导的 Mediated Matter 小组的研究也开辟了颠覆性途径。在 Aguahoja 中，甲壳素、纤维素和果胶等生物聚合物被 3D 打印成对湿度和温度做出反应的形式，同时可生物降解并被编程为在环境中消失。在 Totems 中，藻类和蓝藻等活微生物被整合到生物打印中，以代表地球大气的演变。在这些情况下，物质变成了一个活生生的、适应性强的信息系统。

当建筑成为交互界面

最先进的前沿领域是材料不仅能够反应，还具有收集、处理和传输数据能力的地方。带有嵌入式传感器的混凝土监测裂缝和应力;涂层根据天气算法调整不透明度;智能光伏表面优化了捕获能量的分配。

The Edge

在阿姆斯特丹的 The Edge 大楼中，传感器几乎集成到每个建筑元素（从地板到照明设备）中，实时监控温度、占用率和消耗量，并自动调整建筑系统。在 Foster + Partners 的彭博欧洲总部，自然通风和数字控制表面的结合实现了高能效和对环境敏感。

Jenny Sabin，Lumen

如果说这些企业建筑代表了数据驱动的智能建筑的实际应用，那么 Jenny Sabin 的作品在实验和感官维度上探索了相同的原理。作为一名建筑师、设计师和研究人员，Sabin 将科学、生物学和数字制造相结合，创造了对光线、温度和人类存在做出反应的自适应纺织结构。Lumen （MoMA PS1） 和 PolyThread 等装置将光致发光线、3D 针织和仿生几何图形相结合，创造出挑战静态形式和功能概念的互动空间。虽然其中许多材料仍处于实验阶段，但它们指向了未来的实际应用，例如动态遮阳系统、响应式临时庇护所和适应用户行为的室内装饰。

（注：2017年，Jenny Sabin Studio 在纽约 MoMA PS1 的庭院内安装了一个身临其境的互动结构。临时展馆由超过 1,000,000 码的数字针织纤维制成，并包含 100 个机器人编织的回收线轴凳。该装置将在整个夏季继续展出，设计了一个集成的喷雾系统，该系统可以响应游客的接近，帮助他们保持凉爽。）

变革的未来：建材智能化

智能材料的出现也带来了新的道德和社会困境。使用学习、交互和收集数据的元素进行设计需要责任感、监管和透明度。建材智能化不应仅仅被视为一种技术进步，而应被视为一种新的文化范式——呼吁重新思考技术、建筑和生活之间的关系。

我们正面临着一种变革的可能性，建筑可以整合计算逻辑、环境感知和响应能力——就像生物体一样：敏感、适应性强。正如量子计算挑战了计算可能性的极限一样，智能材料也挑战了可以构建、设计甚至想象的极限。物质与信息、自然与技术的融合，迫使我们重新思考建筑的基础。

素材来源：ArchDaily