让房子自己长出来,把细菌穿在身上,这位MIT科学家难道来自异世界?

万物杂志2020-07-28
科学、工程、艺术、军事,当之无愧的跨界女神。

编者按:本文来自微信公众号“把科学带回家”(ID:steamforkids),作者:Mirror,36氪经授权发布。

内里·奥克斯曼 | 图源:Wikipedia

如果小编不告诉你,她是位科学家,你大概会以为自己误入了某时尚媒体。这位科学家确实是时尚界的常客,更是科学界与艺术界的女神级人物,但不是因为她的颜值,而是因为她带领的团队所创造出的惊世骇俗的作品。

内里·奥克斯曼陈列于纽约现代艺术馆的作品

内里·奥克斯曼(Neri Oxman)是麻省理工学院媒体实验室(MIT Media Lab)的副教授,她的研究领域跨越艺术与科学、微观与宏观、生物与非生物、现在与未来,堪称跨界女王。

MIT媒体实验室与“媒体”无关,而是指沟通各个学科的媒介| 图源:《抽象:设计的艺术》

说了半天,她到底研究的是什么?

奥克斯曼的核心理念在于从自然界汲取灵感,开发新型生物合成材料,并应用于现代工业设计,包括建筑、服装、艺术等等,将自然之美融入科技创造。

会生长的房子

奥克斯曼是“材料生态学”的创始人。通过观察研究自然界的物质结构和生命活动,她试图给冰冷的工业产品注入鲜活生命,把它们改造成能自行生长成一体,而不用组装复杂零件,并且能够自我调节的“活体”。

蠕虫机器人 | 图源:MIT Media Lab

这个蠕虫机器人,就是奥克斯曼设计的能够“生长”的作品之一。它能自己纺织尼龙丝线向上生长、弯曲,就像森林里的植物和真菌。

想象一下,在未来,房子不是用钢筋水泥筑成的、毫无生气的建筑物,而是像北美巨杉那样,是从一颗种子里长出来的。住在这样的“活屋子”里,墙面会呼吸自动调节室内的舒适度。想多层楼,那就让屋子往上长长。

屋子里的家具、出行的车辆,也都是“长出来”的,它们能够感知环境和主人的状态,进而提供个性化的舒适体验,废弃时也能被自然所接纳。

人类的聚居地不再像地球的疮疤,而是和周围的森林海洋融为一体。

图源:妖精森林的小不点

这听起来天马行空,古人也无法想象现代人上天入地的技术。如今的我们拥有发达的计算机技术、3D打印技术还有基因编辑技术等,这些都在让我们更接近科幻电影中的世界。技术到位了,缺的就是有想法的大胆实践。

异世界的奇思妙想

奥克斯曼总是有各种超前于时代的想法,她的不少作品如同来自异世界。

 “双生子”躺椅,贴合人体,吸收噪音,收藏于纽约现代美术馆。| 图源:MIT Media Lab

能接收外界反馈,“拥抱”你的“野兽”椅。| 图源:MIT Media Lab

还有与服装设计师合作,以《星际迷航》为主题设计的漫步者系列服装:

漫步者系列服装 | 图源:MIT Media Lab

这些“时装”恐怕不会符合大众审美,抛开造型,这些衣服最大的亮点是它们使用的材料。

3D打印活体细胞

用化学物质调控微生物以特定模式发光 | 图源:MIT Media Lab

上面提到的服装不是由任何纤维编织而成,而是3D打印出来的,其中注入了水凝胶和基因工程改造的蓝藻和大肠杆菌。

服装展开是一根长管道,模拟肠道结构。| 图源:TED

模具中预先添加了调控细胞活动的化学信号,相当于计算机的编程指令,让这些小家伙乖乖地按照设计者的思路以特定模式分布,并且会根据接触到的不同化学物质发出不同颜色的荧光,极具未来感。

图源:MIT Media Lab

这种材料非常亲肤,完美贴合人体,如同多了一层皮肤。奥克斯曼认为,未来的服装将成为皮肤的延伸结构,即使体型改变,它也能随之生长适应,甚至能像《寄生兽》中那样,变成你的额外器官。

图源:《寄生兽》

有机废物的新生

图源:MIT Media Lab

这棵如同植物的雕塑作品真的能像植物一样光合作用。它的骨架是由壳聚糖制成,而壳聚糖是甲壳素脱乙酰基的产物。作为世界上第二丰富生物聚合物(第一是纤维素),甲壳素广泛存在于虾蟹、昆虫等甲壳动物和节肢动物的外骨骼中。

由大自然自己创造的材料回收起来自然毫无压力,对生物体也很有亲和力,壳聚糖因此被认为是替代塑料的最佳候选之一,只可惜目前还不够稳定。

奥克斯曼的研究团队将壳聚糖3D打印成修长的叶片,在里面的气泡中注入基因编辑过的蓝藻,让它们通过光合作用固定空气中的二氧化碳并制造糖类,就像植物那样生长。

Aguahoja | 图源:MIT Media Lab

这个像叶子围成的茧的作品(Aguahoja),也用到了壳聚糖,另外还有从枯枝中提取的纤维素、从果皮中提取的果胶,以及动物骨骼。这些平日被当作废弃物的材料,在奥克斯曼的团队手中被塑造成了一件华美的艺术品。

蚕宝宝工程队

蚕丝亭 | 图源:MIT Media Lab

说到蚕丝,一般人想到的肯定是穿在身上的丝绸,而作为建筑师的奥克斯曼想到的却是建筑材料。2013年,奥克斯曼打算修个小亭子,但她请来的工程队并不是人类,而是6500只蚕宝宝。

用现成的蚕丝就算了,竟然直接把蚕搬进了建筑工地?蚕会听指挥吗?

不做研究的艺术家不是好建筑师,奥克斯曼当然不是只开脑洞,莽撞行动。在此之前,她已经充分研究了蚕的整个结茧过程,以及蚕茧的结构特点。

磁感应盒| 图源:MIT Media Lab

为此,研究团队在蚕宝宝吐丝的头部装了微小的磁铁,然后把蚕放进一个能侦测磁感应的小盒子中,再连接计算机对蚕茧的诞生过程进行3D建模。

蚕茧3D模型| 图源:MIT Media Lab

然而,如果蚕宝宝们都自顾自地结成椭球形的茧,那这建筑就成了蚕丝洞而不是屋子了。他们又尝试将蚕放在平面上,结果发现,在平面上的蚕会结出扁平的茧,而且也能正常羽化成蛾。这样一来,让蚕在建筑墙体平面上织网就有了可行性。

蚕在不同曲度平台上结出的茧 | 图源:Wikipedia

奥克斯曼的团队先用机械臂自动编织出了一个尼龙网多面体骨架,再将它悬挂在实验室的大厅。

蚕的活动会受光照影响,它们喜欢在阴凉环境中结茧。为了让蚕在合适的位置上工,他们又用计算机模拟分析了这个多面体在大厅中受阳光照射的光热分布规律,进而调节多面体的结构和位置。

蚕丝亭日照模拟| 图源:TED

接下来就该让蚕宝宝们开工了,一波又一波的蚕宝宝被送上了尼龙骨架,在为自己蜕变做准备的同时,也为骨架覆盖上了一层层蚕丝。传统的取丝方法需要将蚕茧中的蚕宝宝烫死,以免破坏蚕丝,但在这里,所有的蚕宝宝都能完成蜕变,蚕丝亭也不会因此受损。

偷师蜜蜂盖房

为蜜蜂准备的室内蜂房| 图源:MIT Media Lab

自然界不乏出色的建筑师,但论合作,蜜蜂绝对是佼佼者。奥克斯曼对蜜蜂也很着迷,她把蜜蜂的家搬到了室内,并在屋子里模拟春天的光照和温度,好研究它们是如何自发组织起工程队,修筑出结构规整的六边形蜂巢的。在发现蜂后在其中扮演的关键角色后,她设想或许可以用人造蜂后来调控蜂群的行为。

玻璃也能3D打印

3D打印出的玻璃| 图源:MIT Media Lab

如果你觉得上面这些研究项目艺术性更强,对当下缺少实用性,奥克斯曼团队开发的3D打印玻璃技术可以同时满足这两点要求。传统玻璃制造业,无论是人工还是机器用的都是吹制技术,而用计算机编程控制3D打印的方式将让玻璃制造变得更灵活可控。

3D打印玻璃过程| 图源:MIT Media Lab

枕着雪花入睡的小女孩

奥克斯曼因为她独特的创造力被誉为“超越时代”的存在。但奥克斯曼一直把自己当作大自然的孩子,在她设计的花园里好奇地探索着。

以色列海法 | 图源:《抽象:设计的艺术》

奥克斯曼的家乡——以色列的海法是个依山靠海的美丽城市。1976年,一个小女孩出生在这里的一个建筑师家庭,祖母的花园和父母的建筑工作室都是她童年的乐园。

一天夜里,小女孩看到窗外飘进了一些神奇的东西——那是她第一次见到雪花。她将雪花捧在手心,为它精美的形态感到不可思议,于是收集了一袋雪花放在枕下,想在第二天跟父母分享。尽管第二天早晨,雪花消融成了雪水,但她对自然事物的惊奇和敬畏已悄然种下。

图源:《抽象:设计的艺术》

虽然童年平静而美好,但奥克斯曼刚满18岁就应征入伍,还曾被任命为空军中尉。在军队里,奥克斯曼深刻地见识了这个世界的残酷面,也练就了她敢想敢做的个性。

军人时期的奥克斯曼 | 图源:《抽象:设计的艺术》

服役结束后她在耶路撒冷的希伯来大学攻读医学。她曾经对人体解剖充满兴趣,但祖母的去世让她丧失了动力,而后转向了建筑学。

从以色列,到伦敦,再到MIT,奥克斯曼拿到了建筑领域的博士学位。MIT不乏有实力的科学家,但奥克斯曼离经叛道的研究理念,正是MIT媒体实验室为人类未来发展寻找的创新人才,这个研究院招聘的要求就是——如果你能在其他学院谋得教职,请走吧;如果不能,那就来试试。

从奥克斯曼的演讲和对她的采访中,你可以看出,虽然一直饱受质疑,但她对自己的研究依然热情不减,因为她的内心始终住着那个满怀激动地枕着雪花入睡的小女孩。

图源:《抽象:设计的艺术》

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