譚力勤

按：“科技奇點(diǎn)藝術(shù)”研究是建立于當(dāng)今前沿科學(xué)、未來(lái)學(xué)、奇點(diǎn)學(xué)的基礎(chǔ)上，對(duì)未來(lái)藝術(shù)在科技奇點(diǎn)沖擊下的觀念、形態(tài)、材料等演變進(jìn)行論證、思辨和預(yù)測(cè)。此探求將涉獵強(qiáng)與弱的AI藝術(shù)、顛覆性的生物藝術(shù)、萬(wàn)能的納米藝術(shù)、無(wú)界面的虛擬藝術(shù)、4D智能打印藝術(shù)、智能材料藝術(shù)、智能建筑藝術(shù)和智能穿戴藝術(shù)等多個(gè)領(lǐng)域。

在生物智能和非生物智能將融合的語(yǔ)境下，人類生命體架構(gòu)以及人類文化藝術(shù)的審美內(nèi)涵與創(chuàng)造力都將面臨挑戰(zhàn)與重構(gòu)。借助《畫(huà)刊》專欄，筆者渴望與藝術(shù)界朋友分享“未來(lái)指導(dǎo)現(xiàn)在”和“指數(shù)”思維方式，每篇科技奇點(diǎn)藝術(shù)短文力求演繹一種嶄新的未來(lái)藝術(shù)觀念、形態(tài)和案例，簡(jiǎn)練而不累贅。且誠(chéng)心期待大家協(xié)同切磋、與世推移。

筆者有幸于2013年在北京大學(xué)開(kāi)設(shè)了奇點(diǎn)藝術(shù)研究生課程，當(dāng)時(shí)振振有詞地談及了“4D打印藝術(shù)”概念[1]。其實(shí)，當(dāng)時(shí)我的底氣和靈感都是來(lái)自同年麻省理工學(xué)院研究員斯凱勒·蒂比茨（Skylar Tibbits）在TED演講上提到的4D打印科技手段——即在3D打印的基礎(chǔ)上，增加時(shí)間維度和變化空間。學(xué)術(shù)上稱為智能材料的增材制造和生物材料的生成，而藝術(shù)家們稱之為藝術(shù)新“生命力”或者藝術(shù)材料的“智能覺(jué)醒”。

誠(chéng)然，4D打印藝術(shù)就是使用智能材料打印出的藝術(shù)。隨著可編程智能材料時(shí)間的推移，材料能根據(jù)環(huán)境演變（如溫度、濕度、磁、光等刺激物）進(jìn)行結(jié)構(gòu)、色彩、質(zhì)地、大小等的“自我變更”。為此，智能材料中“善變”構(gòu)成了4D打印藝術(shù)的精髓，打印出的藝術(shù)實(shí)體結(jié)構(gòu)不再是靜止的、無(wú)生命的， 而是智能的、任性的、多變的，以及具有“個(gè)性”和“自我意識(shí)”的。

值得一提的是：2014年神經(jīng)系統(tǒng)工作室（Nervous System Studio）就打印了世界上首件“智能裙”。這件由2279個(gè)韌性聯(lián)鎖的三角結(jié)構(gòu)和3316個(gè)鉸鏈點(diǎn)構(gòu)成的布料纖維裙，它能根據(jù)穿戴者的體形進(jìn)行自我改變?cè)煨?，智能裙?huì)自動(dòng)適應(yīng)環(huán)境，即便在運(yùn)動(dòng)中也可以時(shí)刻貼合身體。

就當(dāng)前總體4D打印領(lǐng)域而言，盡管不少藝術(shù)家和設(shè)計(jì)師們都已快步跟進(jìn)，但主戰(zhàn)場(chǎng)還是材料科學(xué)家們?cè)陂_(kāi)拓。其實(shí)，這些先鋒科學(xué)家們本身也就是最前沿的藝術(shù)家，由于為世界首創(chuàng)，所以他們?cè)?D打印藝術(shù)領(lǐng)域的開(kāi)拓地位非常顯著?？萍妓囆g(shù)史上很大一部分的開(kāi)創(chuàng)藝術(shù)家都是科學(xué)家，這已是共識(shí)，更是不容否定的現(xiàn)實(shí)。

一、打印藝術(shù)的智能特征

4D打印就像一場(chǎng)革命，給藝術(shù)設(shè)計(jì)界開(kāi)辟了一個(gè)全新的視野。一些先知先覺(jué)的藝術(shù)家們很早就對(duì)此具有生命力的科技進(jìn)行探討，創(chuàng)作出各種驚奇的新型藝術(shù)種類，如生物屬性打印、形狀轉(zhuǎn)換架構(gòu)打印、自組裝置打印、自修復(fù)材質(zhì)打印、智能穿戴打印和智能陶瓷打印等。

打印藝術(shù)中的“智能覺(jué)醒”特征，本質(zhì)上與材料的智能特點(diǎn)是一致的，但因材料的智能特性變幻莫測(cè)、無(wú)奇不有，作為藝術(shù)家的筆者卻無(wú)法全面了解清楚，在此，僅能就幾大簡(jiǎn)單特征闡述之。

1.自我轉(zhuǎn)換、自動(dòng)組裝和自愈修復(fù)

“自動(dòng)、自愈、自我”是4D打印藝術(shù)中最明顯和強(qiáng)勁的智能特征，它依賴于智能材料打印后被刺激物喚醒而激發(fā)的自動(dòng)變換，無(wú)須人為太多干預(yù)。

1）自我形體轉(zhuǎn)換

自我形體轉(zhuǎn)換包括范圍非常廣泛，其中有材體形狀、結(jié)構(gòu)與屬性等的變換，在4D打印藝術(shù)中的應(yīng)用非常廣泛和普及。

a. 材體形狀轉(zhuǎn)換

在4D打印概念提出之前，藝術(shù)與設(shè)計(jì)界已利用吸濕形態(tài)學(xué)來(lái)制作材體形狀轉(zhuǎn)換的藝術(shù)品。實(shí)際上，這是4D打印藝術(shù)的前身。如德國(guó)斯圖加特大學(xué)研究員斯特芬·賴克特（Steffen Reichert）的作品《Hygro皮膚》，探索對(duì)氣候濕度敏感的建筑新模式。此建筑的模塊化木質(zhì)表皮采用平面膠合板的自成型能力設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，模式風(fēng)向反饋孔則利用木材表皮中水分含量的不穩(wěn)定性，隨著天氣變化來(lái)構(gòu)造自動(dòng)打開(kāi)和關(guān)閉的功能。

使用同樣原理，賴克特創(chuàng)作了“敏感表面結(jié)構(gòu)系列”作品。展館中對(duì)濕度非常敏感的木質(zhì)皮膚，在相對(duì)高濕度低濕度之間柔軟波動(dòng)。

4D智能陶瓷打印則由中國(guó)香港城市大學(xué)于2019年研究成功，使用陶瓷前體的彈性來(lái)制造陶瓷聚合物。這種新型“陶瓷油墨”在被施加熱量時(shí)，其柔韌的陶瓷前體可拉伸并折疊，從而創(chuàng)建出復(fù)雜的形狀。

美國(guó)羅格斯大學(xué)的教授發(fā)明并使用靈活輕便的變形智能凝膠，打印出根據(jù)環(huán)境溫度改變形狀的4D物體。

b. 材料結(jié)構(gòu)與屬性變換

最近，美國(guó)勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)造了“反饋機(jī)械超材料”，當(dāng)材料暴露于磁場(chǎng)時(shí)，結(jié)構(gòu)變硬。當(dāng)外力被移除時(shí)，結(jié)構(gòu)返回其松弛狀態(tài)。此材料可用4D打印敲打出雕塑、藝術(shù)頭盔或軟機(jī)器人等。

近年來(lái)瑞士產(chǎn)品設(shè)計(jì)師克里斯托夫·居伯朗（Christophe Guberan）利用智能液體膠基結(jié)構(gòu)變遷打印技術(shù)，幾分鐘內(nèi)完成快速液體打印的智能花瓶、提袋、燈具等。

2）自動(dòng)組合安裝

自動(dòng)組裝特指智能材料被打印出的二維平面物體，能自動(dòng)組合、安裝、折疊、置換，從而構(gòu)成藝術(shù)家事先設(shè)計(jì)好的結(jié)構(gòu)與形態(tài)。

這類作品非常多，早期的有哈佛和麻省理工學(xué)院的研究員，在2013年研制一種4D打印的自組裝“毛毛蟲(chóng)機(jī)器人”藝術(shù)品。他們使用形狀記憶高分子材料，能夠自動(dòng)折疊成為特定的外形，人類唯一介入的是添加發(fā)動(dòng)機(jī)和電池。近年來(lái)，美國(guó) MIT 自組裝實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)，也研發(fā)出自我組裝的桌子、自系帶的活動(dòng)鞋等日常生活用品。

3） 自愈結(jié)構(gòu)修復(fù)

自愈修復(fù)材料能夠在打印后實(shí)現(xiàn)材料的結(jié)構(gòu)修復(fù)和功能恢復(fù)，從而提高藝術(shù)品的可靠性并延長(zhǎng)材料系統(tǒng)的使用壽命。但藝術(shù)和設(shè)計(jì)界使用自愈材料領(lǐng)域仍處于起步階段，藝術(shù)和設(shè)計(jì)作品不多。

建筑環(huán)境藝術(shù)是此領(lǐng)域的先鋒探索者。荷蘭代爾夫特理工大學(xué)生物學(xué)家亨戈·約恩克（Henk Jonkers）成功設(shè)計(jì)出了自愈合混凝土。他在混凝土中嵌入產(chǎn)生石灰石的細(xì)菌和乳酸鈣，這些細(xì)菌被空氣和水分激活，破裂時(shí)滲透到混凝土中，然后細(xì)菌吃乳酸鈣并將其轉(zhuǎn)化為方解石，密封裂縫。約恩克成功地在一座湖上的救生站建筑物中使用了這種混合物。

劍橋大學(xué)使用柔性自愈修復(fù)材料，設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)出“感覺(jué)疼痛”的自愈修復(fù)機(jī)器人。此材料可用于公共藝術(shù)雕塑、模塊化機(jī)器人、教育機(jī)器人等，從而使復(fù)雜昂貴的維修成為過(guò)去式。

2. 材料屬性生物化

在打印藝術(shù)中，由于生物兼容性材料（生物墨水和生物紙）的普遍使用，藝術(shù)品和產(chǎn)品隨著時(shí)間的推移而能自我生成演化，大家稱之為4D生物藝術(shù)打印。從文明之初最古老結(jié)構(gòu)到使用活細(xì)胞、細(xì)菌、DNA等生物材料作為生態(tài)增強(qiáng)手段，其藝術(shù)和設(shè)計(jì)目標(biāo)都開(kāi)始向生物生態(tài)轉(zhuǎn)變。

緊隨生物操縱技術(shù)和掌握生命結(jié)構(gòu)知識(shí)的普及，而導(dǎo)致眾多領(lǐng)域的合作和快捷發(fā)展。柔性的生物打印設(shè)計(jì)逐漸地滲入到設(shè)計(jì)界各行各業(yè)，諸如生物建筑和家具、生物材料與日常用品、活體機(jī)械與機(jī)器人、生物招牌與雕塑、生物服裝與面料、生物環(huán)境與能源、轉(zhuǎn)基因生物與植物進(jìn)化、轉(zhuǎn)基因食物和微生物培育、DNA數(shù)據(jù)打印與制作、生物發(fā)電和導(dǎo)體、生物器材與醫(yī)療、生物打印樂(lè)器、DNA音樂(lè)、生物游戲與生物打印定格動(dòng)畫(huà)等。

生物打印技術(shù)工具的可承受性和可控性，使工程師和設(shè)計(jì)師能夠接觸到基本生命形式并視為未來(lái)制造和設(shè)計(jì)形式的關(guān)鍵部件。在物體和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中模仿自然是一個(gè)古老的現(xiàn)象，改革的做法是超越對(duì)生物的模仿，創(chuàng)作一種更符合生物系統(tǒng)的打印設(shè)計(jì)方法。如今，生物設(shè)計(jì)柔性的傳播就像20世紀(jì)的機(jī)械化一樣，剪輯基因和改變細(xì)胞內(nèi)部功能，并正在實(shí)現(xiàn)從工業(yè)到生物技術(shù)的完美轉(zhuǎn)變，生物打印和仿生過(guò)程取代了當(dāng)今機(jī)械化和數(shù)字化的過(guò)程[2]。

下面舉幾個(gè)4D生物打印的藝術(shù)和設(shè)計(jì)實(shí)例：

a.生物器官

藝術(shù)家也可使用生物3D打印技術(shù)來(lái)進(jìn)行細(xì)胞組織培養(yǎng)，從而達(dá)到操縱生命生長(zhǎng)過(guò)程的目的。荷蘭生物3D打印藝術(shù)家迪莫特·絲雀碧（Diemut Strebe）創(chuàng)作了具有人類DNA的3D打印雕塑“凡·高耳朵”。她采用凡·高弟弟玄孫的相同基因，將接種的凡·高細(xì)胞培育并成長(zhǎng)為耳朵。

b.生物合成機(jī)器人

2018年日本東京大學(xué)研發(fā)出生物合成機(jī)器人。科學(xué)家在人造打印骨骼上裝上兩組老鼠肌肉，讓機(jī)器人在運(yùn)作上具有更細(xì)致的彈性。這款“生化機(jī)器手指”能夠持續(xù)運(yùn)作一周。

c.水生植物

工業(yè)設(shè)計(jì)師妮可·霍恩（Nicole Hone）使用人造復(fù)合智能材料，4D打印出一系列水生植物。它們通過(guò)水中的氣動(dòng)膨脹激活，并轉(zhuǎn)化為可以存活的動(dòng)態(tài)生物，每個(gè)水生植物都有獨(dú)特性格、運(yùn)動(dòng)風(fēng)格和美麗外觀。

二、打印藝術(shù)的未來(lái)憧憬

1. 藝術(shù)家的智慧植入材料

面對(duì)未來(lái)，智能打印的科學(xué)家、藝術(shù)家和大眾擁有共同目標(biāo)：把人類的高級(jí)智慧“植入”材料和打印過(guò)程，讓藝術(shù)造物并自造藝術(shù)！

4D智能打印藝術(shù)具有一明顯特征——材料的超強(qiáng)記憶體，其記憶功能來(lái)自藝術(shù)家的智能植入和納米機(jī)器人的組合功能，為此，藝術(shù)家就擁有了飛翔的翅膀。雕塑不再永恒固定、油畫(huà)不再靜止、國(guó)畫(huà)水墨永不干枯、版畫(huà)可自我雕刻、裝置可自我交互、建筑可自愈修復(fù)……

如果藝術(shù)家所在國(guó)法律允許，藝術(shù)家可使用自己的DNA和細(xì)胞纖維打印出自我生物雕塑、自我基因架上繪畫(huà)、自我基因重組裝置和自我克隆生命體。顯然，這些暫時(shí)不包括大腦億萬(wàn)神經(jīng)系統(tǒng)復(fù)制打?。ù竽X逆向工程是下幾十年的巨大工程）?？梢灶A(yù)測(cè)的是，藝術(shù)家與他們的藝術(shù)品將有著千絲萬(wàn)縷的血緣基因關(guān)聯(lián)。

2. 未來(lái)打印藝術(shù)案例

《活之夢(mèng)雕》是一座4D智能打印交互裝置。裝置擁有一球形透明體，體內(nèi)藝術(shù)家利用先進(jìn)設(shè)備捕捉體驗(yàn)者夢(mèng)境中某段時(shí)間的演變數(shù)據(jù)，并把它轉(zhuǎn)換成三維建模和動(dòng)畫(huà)；然后用記憶智能材料打印出夢(mèng)的最初模型，而模型材料在刺激物的催化下能根據(jù)夢(mèng)境過(guò)程和物體數(shù)據(jù)自動(dòng)演繹變形。當(dāng)夢(mèng)境成為實(shí)體活雕塑時(shí)，體驗(yàn)者可直接與自己的夢(mèng)境（智能材料）進(jìn)行交互，來(lái)控制和改變自我夢(mèng)境的時(shí)間過(guò)程和物體雕塑變化的力度。

其藝術(shù)理念為：對(duì)夢(mèng)的解釋猶如夢(mèng)本身一樣千姿萬(wàn)態(tài)?！罢f(shuō)說(shuō)”是前人對(duì)夢(mèng)的解釋，“捕捉”是今人對(duì)夢(mèng)的手段，“呈現(xiàn)”（立體）是藝術(shù)家對(duì)夢(mèng)的行動(dòng)。藝術(shù)家旨在把人生變成科學(xué)之夢(mèng)，然后再把夢(mèng)變成立體的、有生命的、活著的夢(mèng)雕塑。參與者夢(mèng)醒后可欣賞自己夢(mèng)的立體美、變化美、色彩美、時(shí)間美，并能以“清醒夢(mèng)”的方式與自我夢(mèng)進(jìn)行互動(dòng)。這種全新的夢(mèng)境過(guò)程（包括夢(mèng)醒后）是一個(gè)前所未有的至高夢(mèng)寐境界，夢(mèng)也從此不再屬于個(gè)人的記憶和自我描繪，它是一座開(kāi)放的公共藝術(shù)源泉，大家可共同欣賞之，并可與之互動(dòng)和再創(chuàng)作。

三、結(jié)語(yǔ)

4D打印藝術(shù)創(chuàng)建于智能材料的使用，材料的智能性激發(fā)了打印藝術(shù)的智能覺(jué)醒和生命力。當(dāng)智能材料被植入藝術(shù)家智慧，藝術(shù)家的創(chuàng)作和藝術(shù)品本身就有了更大自由，由此而繁衍出自主、自動(dòng)、自愈、自我、自組、自診、自學(xué)、自發(fā)等各類藝術(shù)流程和操控工藝，藝術(shù)品從而可以改變內(nèi)在結(jié)構(gòu)、外形、質(zhì)地、肌理和色彩效果等，來(lái)達(dá)到自然環(huán)境和人文社會(huì)的需求。

由于濕潤(rùn)和柔和的生物智能材料都已廣泛地滲入4D打印，具有活體數(shù)據(jù)和生命體征的作品使生物打印藝術(shù)家興奮和激昂。未來(lái)4D生物打印藝術(shù)的探索將會(huì)向生命的藝術(shù)重構(gòu)互動(dòng)、新生命的藝術(shù)培育生長(zhǎng)和生命的藝術(shù)多元化等方面傾斜。

注釋：

[1]參考《奇點(diǎn)藝術(shù)》一書(shū)第五章“4D智能打印藝術(shù)”，中國(guó)機(jī)械出版社，第289-361頁(yè)， 2018年版。

[2]威廉·邁爾斯（William Myers），《生物設(shè)計(jì)：自然科學(xué)創(chuàng)造力》（Bio Design： Nature Science Creativity） ， Thames & Hudson Ltd.， 2012， 第10-17頁(yè)，2012年版。