從甲殼素建築材料、平面蠶絲棚看材料創新，用設計串起科技與生物

王迪雅

特約撰稿人

旅英設計師

奈瑞·奧克斯曼（Neri Oxman）是一名以色列裔美國建築設計師，麻省理工學院教授， 以能糅合設計、生物學、電腦計算以及材料工程的藝術材料和建築而聞名。她和她在麻省理工學院的團隊，試驗探索了多種以環保、節能、維持生命和為人體及生存環境服務的材料，如今這些生物科技材料成果已被廣泛應用在建築設計、時裝設計、裝置設計等多個領域。

奈瑞·奧克斯曼（Neri Oxman）

讓設計遠離組裝，靠近生長

在如今創新形式和資源日漸多元化、智能化的時代，Neri提出設計師們可以綜合運用我們之前從未接觸過的領域的工具和方式進行設計，遠離組裝，靠近生長。這些領域分別是運算化設計(Computational design)，讓我們可以運用簡單代碼設計複雜事物；增材製造(Additive manufacturing)，讓我們可以通過添加材料實現設計，而不是通過鑿刻、組裝生產部件完成工藝；材料工程(Materials engineering)，讓我們可以精細地設計計算材料的使用，減少不必要的廢料和副產品；合成生物學(Synthetic biology)，讓我們可以通過編輯DNA，設計新的生物功能。

自工業革命以來，設計被製造業和大規模生產的嚴格標準所控制。裝配線主宰了一個由部件構成的世界，限制了設計師們的想像力，他們被訓練設計出的作品大多由功能不同的分立部件拼裝而成，但大自然的生物不是拼接組裝而來的，而是生長。這就像是兩種不同的世界觀，鑿子相對基因、機器相對生物體、組裝相對自然生長、亨利·福特相對查爾斯·達爾文。例如人類的皮膚，我們的面部皮膚薄，毛孔大，而我們的背部皮膚厚，毛孔小。一個可以充當過濾器，一個像是一層屏障，但它是一張完整的皮膚，在人體的各個部位通過改變彈性而獲得不同的功能形成不同的樣貌，它們沒有零件也未經過組裝。

同理，如一棵果樹，從土裡生長出樹榦、樹皮、樹枝、莖、花、葉子和果實，直到收穫一棵完整的果樹，土地創造了一個由不同部件組成的世界。Neri經常問自己：「如果我們的設計作品都由單一的部件如生長般組成，世界將會是怎樣？我們會回歸到一個更好的創造狀態嗎？」

從甲殼素到蠶絲，材料生態系統的新建

Neri帶領團隊，開始尋找類似於果樹，屬於自然又可以融入自然的材料。不久他們找到了一種世界上第二豐富的生物聚合物——甲殼素(Chitin)。每年大約1億噸的甲殼素由蝦、蟹、蠍子和蝴蝶生產出來。如果可以調整它的屬性，就可以從單一部件中獲得多功能的結構。於是他們訂購了一批蝦殼，把它們磨碎，然後做成甲殼素糊，通過改變化學濃度，可以得到許多不同屬性的產物——從深色的、硬的和不透明的，到淺色的、柔軟的和透明的。為了列印大型的結構，他們設計了一個由機器控制的噴出系統，具有多個噴嘴，機器手臂可以在空中改變材料屬性，創造出這些12英尺長的結構，由單一材料組成，且 100%可以回收利用。 當這些部件做好之後，它們自然風乾並通過接觸空氣自然成型，裡面的氣泡是列印過程的副產品，用來容納光合微生物。

通過與哈佛和麻省理工學院的合作，Neri 植入基因改造過的細菌能迅速捕獲空氣中的碳，並將其轉化為糖。人們第一次可以無縫地將梁狀結構轉變成網狀結構，甚至再大一些可以變成窗戶或者是一棵果樹。這是一個令人欣喜的實驗，通過使用蝦蟹殼上的甲殼素這一古老又普遍的材料，加上足夠的水以及一點點合成生物，就可以將一個蝦殼的結構轉變成一個像樹一樣生長的材料元素。這種材料最值得稱讚的一點是： 它們可以被生物降解。如若把它們放入大海，它們可以滋養海洋生物，將它們放入土壤，它們可以幫助樹木生長。

瑪麗·雪萊曾說：「我們是未成形的生物，只被完成了一半。」那麼如果設計可以提供另一半呢？如果我們可以創造出一種能擴充生物組織的結構呢？如果我們可以創造私人的微生物群掃描我們的皮膚，修復損傷的組織以及維持我們身體的運作呢？這些超越時尚的生物概念給這個時代的的人們提供了一個機會，將科學視角和大自然的神秘事物結合，人類可以遠離機器的時代，進入一個新的時代，讓人類的身體本身與周圍的微生物、讓人們設計創造的成果與所依屬的環境可以共生。Neri將這稱之為：材料生態系統。

要做到這一點，我們永遠要思考著如何回歸到自然。到目前為止，3D 列印是最領先的技術之一，但 3D 印表機的工作方式是一層一層地列印出材料，你也知道自然並非如此。自然生物用非常複雜的方式生長。比如我們熟悉的蠶繭，一個高度複雜的結構，蠶繭不是由兩種材料組成，而是由不同濃度的兩種蛋白組成。一種做蠶繭的結構，另一種充當粘合劑或是基質，再將這些纖維聚到一起，它的規模可大可小。蠶開始時將它自己附在環境上創建一個有張力的結構，然後開始編織一個抗壓的繭。張力和壓力，生命的兩種力量同時在一種材料中體現，是來自自然的啟發。

為了更好地了解這個複雜的工程是如何運作的，Neri和她的團隊將一個小的磁鐵粘到蠶的頭部，也就是吐絲頭處，然後將它放到有磁感應頭的盒子里，這樣就可以繪製三維點雲圖像並且能觀察到蠶繭的複雜構造。實驗的後期，大家發現如果將它放在平板上，而不是盒子里時，蠶會編織一個平面的繭，並且可以使它健康地羽化。隨後 Neri 開始設計不同的環境不同的支架，而這些繭的形狀、成分、結構都會直接受到不同環境的影響。在以往傳統的紡織工業環節中，蠶通常在繭里被煮沸而死，它們的蠶絲被解開用在紡織品中。而當我們運用設計出的這些模板，即將蠶放置於一個平板上得到一個平面的繭，這可以讓我們塑造出原始蠶絲的形狀，創造出衣服，而不用煮沸任何一個繭。

材料革命與時裝作品，具有靈活性的生長型設計方式

Neri Oxman和Iris van Herpen 在2013年為巴黎時裝周創造了一件時裝作品，它像是由單一部件製成的第二層皮膚，硬朗的輪廓，靈活地纏繞在腰間，利用建築設備公司Stratasys 的3D印表機，列印出的披肩和裙子渾然一體，沒有縫線，只見有機的輪廓、精緻的工藝。Neri Oxman和Iris van Herpen時常與藝術家、建築師、科學家合作，嘗試在精確與混亂、藝術與科學、人性化與高科技、人造與有機之間的交匯處，為服裝和紡織產業找到新的形式。這樣我們不僅可以設計一件服裝，還可以設計它的活動形態。

另一件與Julia Koerner合作的小黑裙，擁有錯綜複雜的紗線和視覺紋路，這些肌理是通過運用選擇性激光燒結的方式成型，這是一種利用激光將小顆粒融合在一起的過程。Koerner說：「通過疊加多層編織的細線來創造一個有建築感、造型靈活的服裝，可以用這種有機的方式激活人體的靈動性。」

還有一款減震頭盔，同樣具有與人體對應的靈活性，它結合了軟硬不同的材質，具有20微米的精細度，這是一根頭髮的精細度，也是CT掃描儀的精細度。設計師運用如此高精細度的分析合成工具，設計出的作品不僅符合我們身體的形狀，還符合我們組織的生理構造。通過改變縫線的厚度、密度和曲直率獲得不同程度的靈活性。即：用具有靈活性的生長型設計方式代替組裝拼接產生的污染與資源浪費。

如果設計的最終邊界是——在我們周邊的產品或環境中注入生命，形成雙材料的生態——那麼設計師必須結合這兩種世界觀，回到生命的起點，重新審視新時代下的設計與創造。將我們從啟發於大自然的設計，帶到由設計喚醒的大自然，這將是一個全新的視角，要求我們人類——反哺自然。

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