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【雅昌讲堂3941期】欧冀飞:材料即机器——3D打印细菌

2018-05-12 09:31:43 来源: 雅昌艺术网专稿 作者:高阳
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摘要:主讲人介绍: 欧冀飞:麻省理工学院媒体实验室的博士生候选人,专注于设计和制作跨尺度(从μm到m)的可变形材料。负责很多利用生物衍生材料来设计变形包装,服装和家具的项目。 欧冀飞 导语:在本次讲座中,欧冀飞分享他关于中尺度可编程材料设计的研究,包括一些由生物学激发灵感、由参数化设计、由机器人制…

  主讲人介绍:

  欧冀飞:麻省理工学院媒体实验室的博士生候选人,专注于设计和制作跨尺度(从μm到m)的可变形材料。负责很多利用生物衍生材料来设计变形包装,服装和家具的项目。

欧冀飞

  导语: 在本次讲座中,欧冀飞分享他关于中尺度可编程材料设计的研究,包括一些由生物学激发灵感、由参数化设计、由机器人制造,最终艺术化呈现的项目。这些项目展示拥有“输入”(感觉)和“输出”(刺激)能力的新材料,这是下一代人与材料互动设计的开发方向。他也同步分享在项目中,科学家、工程师、设计师和艺术家之间在各个阶段的合作。

  主题:《EAST-欧冀飞:材料即机器》

  第三部分:材料即机器——3D打印细菌 

  接下来的这个项目直接用的东西就是一个生物材料,这是一个历时两年的项目,有很多同学一起,花了很长时间把这个东西做出来。这个东西我们要先从几千年前说起了,细菌这种东西我们大家都很熟悉,人的身上有细菌,人的体内也有细菌,人跟细菌之间是一个,非常非常很紧密的一个共生的关系。虽然妈妈每次都会说饭前便后要洗手,但是其实很多手上的细菌,皮肤上的细菌是可以帮助你变得更健康的,今天我们说这个细菌是一个可以吃的细菌,是纳豆菌

 

纳豆

  大家喜欢吃纳豆的话,知道它是一个发酵细菌,可以用来放在豆制品里面,它可以把一个豆制品,变成一个还蛮好吃的、臭臭的东西。纳豆菌它是枯草菌,最早发现它的发酵功能是一个日本人。在枯草里边的这种东西有一种发酵的功能,并不是枯草的作用,而是枯草里边细菌的作用,这个细菌是可以发酵的。

  当我们在拿到这个细菌的时候,我们发现它除了可以用来发酵以外,它还有一个很酷的一个功能,当跟水接在一起,或者是把水拿掉以后,整个细菌的形态会变化,简单来说就是,当有水的时候细菌会变大,把水拿进来的时候细菌会变小。整个项目的idea,就是怎么样通过培养么一个小小的细菌,然后把这个细菌给附着在一个大的表面。这样的话,当周围的水气很重要的时候,湿度很大的时候,这个薄片就会慢慢的变平,湿度很小的时候就会变小,然后整个就会卷起来。

  大家可以想象这个小圆圈,都是很可爱的小细菌,当它们周围的湿度变化的时候,其他把下面那层薄薄的膜给弯起来。刚刚是一个动画,可以看到这么一个薄膜,当周围的湿度变化的时候,从平的慢慢最后变卷起来。整个这个项目就是说,你怎么样可以Design,跨尺度的去做一个设计,我们可以从一开始研究这个细胞它的大小变化。

 

纳豆菌

  怎么样把一个个小小的细菌通过打印的方式给结合起来,然后形成一个可以变形的薄片,当有了这么一个基本的形变以后,可以用基本的形,变形成一些更大尺度的基本结构件,当你有了这些基本结构件以后,想稍微再大一点的,可以用来做一些Design,或者是一些艺术的作品,让大家能够看得到。

  整个这个过程是一个研究的过程,也是一个可视化的过程,把一个不可视的东西变成一个可视的东西,我们可以从最小的说起,整个这个过程是在生物试验室开始的,我们可以在网上买到小小的一株纳豆菌,拿回到实验室以后,给它足够的营养它一个晚上就可以从一个长到几百万。有了这些细菌以后,把一些不纯的杂质给去掉,最后得到的细菌还要用蒸馏水再把它给稀释一下,这是我们接下来可以用的。当有了这些细菌以后,我们还想让它可以动,可以变大变小,但是到底能变多大,变成多数小,我们把细菌带到MIT,用原子力显微镜。

  这个显微镜的话跟大家说一下,基本上这个显微镜不是用看的,而是用摸的,它有这么一个一个小片,然后上面有一个很小很小的东西,当你有一个东西你想看到底大小是多少的时候,你就可以把东西在上面磨来磨去这里就会抖动,有多少就可以知道这个形状是什么样的,说通过这种方式,可以看到很小很小的东西,也可以看到变化有多少,这里会看到就是说一个小小的细菌,当周围的湿度变化的时候,你会发现大概有10%-20%的变化,每个大小变化没有很大,但是当你有很多联合在一起的时候,得到的就是那种效果。

 

蛋白质作图

  这种吸水放水的原因到底是什么?哪怕在科学界还没有定论,目前大家比较大的推测,是因为里边有一个蛋白质层,主要是那个东西在吸水放水,只不过是因为细胞自己的结构,可以让整个吸水放水的效率会更高,待会儿我们会看到变形式反映的时间会很快。有了这么一个小小的,怎么样让它做成一个大家能够看得到一点的东西,当你有一个很薄的材料的时候,这种材料通常比较有弹性,你可以把这个涂到薄片上面,它是平的,当水完全蒸发掉了以后,细因为收缩两层的结构,整个东西慢慢的卷起来,湿度变大的时候,细胞又开始又吸水,整个东西就会变平,整个这个过程是一个可逆的过程。

  知道这么一个基本的现象以后,发现其实是一个蛮线性的一个关系,当湿度越高的时候就会越平,湿度越矮的时候会弯的越多。我们更注重的就是说,它的反映时间有多快,然后发现当湿度刚刚开始有变化的时候,整个细菌这个片就已经开始会有反映,大概是到几秒的时候,它会达到最大的一个弯曲程度,同时整个过程不仅可逆,而且也是一个非常可靠的过程。

  有了这些量化的结果以后,我们说可不可以设计一个工具,让我们在打印这些细胞之前,可以看到这些会是怎么样,我们设置了这么一个软件,在这个软件里我们得到一些测量的数据。如果我想把这个东西弯到多少多少度的时候,我可能需要放多少细菌在里边,同时也可以帮大家,如果你想要设计一些不同的变形时,视觉上可以看到可能会变形变成什么样,你要做一个这样的软件,同时也要做一个硬件的工具。

 

细菌

  因为你的细菌要怎么样去画一道,你的就是基土上面去,然后做了这么一个小小的一个,3D打印机,也不是3D,2.5D打印机,然后就是说通过这样一个机器的话,就是说我们现在就可以说,当我从生物试验室得到这么一批以后,我可以把它放到机器上面去,可以设计不同的形状,这个机器就可以很精确的把要打印的形状,直接打在那个肌理上,不仅仅是形状,在上面可以达到一些不一样的形状,同时可以控制它打印的量,通过控制打印的量可以控制,这个薄片反映速度会是怎么样的,反映的准确程度什么样等等,这是第二次。

  当我们有了这两个工具了以后,有了基本弯曲的一个形状以后,我们想说除了简简单单弯一下,可以用这个简简单单的弯,做一些其他的变形,这个就是一些比较Design,一些玩的东西可以做一些极限的。它可以张开,可以收缩。线性的一个变化,同时你也可以做一个2D的,就是说它这个东西可以张开,同时也可以收缩这么样一个结构,然后可以做成像一个圆一样,或者是做一个像蜂窝状结构的,这样一个东西。除了这个以外,也可以做一个2.5D表面的纹理的一个变化,我们就做一些像你刚才看到,你可以做一些很重复性的图案在上边,湿度变化的时候,整个东西有一点像折纸一样都做起来,但是做的形状跟肌理都是可控的一个过程。

  到最后可以用它来折,这是做了三个像一个金字塔一样的形状,它们同时可以打开关上,打开关上,而且最右面通过放细菌的量可以控制,这三个片的顺序是什么样的。你可以用它做不一样的。现在有了这个材料,你可以用它来做一些什么呢?整个过程当中,如果你把它抽象化以后会发现,就说这个细菌湿度变化的时候,你会很自然而然的去看到那个细菌的改变。

 

跑步

  什么是最自然而然的温湿度的变化呢?跑步也好,怎么样也好,你的身上很容易会出汗,当然汗干了以后会很容易,基本上是这么样一个系统,然后我们就想是不是就可以通过这样的方式,设计一个布料的东西,这个面料不是死的,它是活的,这个活的这个面料,就是当你跑步的时候,或者是怎么样的时候然后出汗,出汗就会让上面的形状慢慢打开,然后的话因为打开以后,你跟外面空气的流动会很多,你的汗就会干的比较快,但是干了以后这个细菌自己又会变平,然后又把整个东西给包起来,又会保证你身体的温度,基本上就是一个自我调节的,一个小空调一样的东西。

  整个这个设计的过程,最后就做了这么一个衣服,在做这个衣服的时候,背后的开片方式也是有讲究的,可以决定说哪个地方开的口要大一点,哪个地方开的口要小一点,然后这个就是做参考,可以得到一些不一样的设计,最后当我们知道这两件衣服以后,在想稍微艺术化的方式去表达它,就请了这两个芭蕾舞演员,她们是波士顿芭蕾舞公司的,我们请她们到摄影棚里面,当她们开始跳舞的时候,她身上慢慢的开始出汗,然后背后的细菌也同时因为她们的动,也跟着一起动,在我们学校还有更完整的Video,到时候大家可以去看一下,但是我觉得整个这个过程就是细菌掺杂,就正是因为它是一个材料,怎么样通过这一系列的跨尺度的设计,可以让它从一个小小的细胞,变成一个大家可以看到的。

 

叶脉

  除了衣服以外,我们也想说还有什么情况下,当温湿度改变的时候,是一个很自然而然的过程,我们当时在做一些小小的实验,把这个细菌,按照一个树叶叶脉的方式打的时候,当整个干掉的时候,整个东西卷起来,好像枯叶的形状一样,有这个启发就想说可不可以做这么一个东西,这是一个很可爱的小茶包,茶包上面有一个小小的小树叶,,就是当你往里面倒水的时候,湿度慢慢地就会往上走,这个小树叶本来是卷起来,然后给打开,茶好了。基本上就是一个你可以看得到的材料,同时也是一个设备。

  我们做完了这个项目以后正好是MIT30周年的纪念活动,在大走廊做了一个展览,这个展览展示了项目的过程,这些不一样的设计它会有一些形状的变化,同时我们希望幕后的小英雄,小小的打印机可以让所有的东西,都保留的非常精确,这边显示的是一些设计生长的过程,最后这个方面它不是一个衣服,而是真正的像是一个有数字身体的形状,最后请这两个女演员到开幕现场做一个表演,基本上就会看到,整个过程是怎么样的,从小小的细菌到最后做出来的衣服。

  总结一下,我觉得现在从设计上来讲,很多时候大家用一些新材料,或者是智能材料的时候,通常都想着说这些材料,不管它是一个什么样形状的东西,大家想说怎么样直接拿它来,把我要做的东西做上去就好了。但是我们这个项目,其实不是一个这么简简单单的一个过程,它是一个层级化的,我们可以从最小的一个细胞研究,做一个小小的基本弯曲,之后你可以做一些更复杂的,到最后可以结合成大家可以看得懂读得懂的。

 

细胞

  这不仅仅是一跨尺度的过程,也是一个跨学科的过程,从一开始研究细菌,研究细胞是生物方面的问题,当你做设计工具的时候,它又是一个的过程,你怎么样把你的打印机设计的很好,很精确,中间做一些不一样的探索,又是一个设计思考、设计探索的过程,到最后当你做了一个像我们刚刚显示的,又是很艺术的一种表现形式,所以我觉得这算是一个比较不错的例子,跨学科可以用怎么样的方式来合作。

  我觉得就是通过这么两个项目,很好地展现了我们现在,至少是说我个人,挺care的一个方向,当时想到交互设计,就是人跟社会这种,今天出了一个新的ipad、watch,明天又出了一个这种东西,但是我觉得更有意思是怎么样让这种可以由反映动态的东西,这两个我先跳过一下,这个想法算是一个过程吧。虽然说你会看到东西做的越来越小,但是这个跨尺度的过程,也是一个跨学科思考的一个过程。谢谢大家!

(责任编辑:樊玮)

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