為什么要在建筑中進行研究和創新?建筑設計師Jenny E. Sabin的深入探討了建筑研究與實踐之間的關鍵聯系。為發展新的模型,她的團隊采用跨學科方法,在這些領域之間建立連接,與科學家和工程師進行合作
通過觀察自然行為,所提出的方法將生物學和數學發現融入設計過程。經過系統測試后,這些見解被應用于項目的生成設計階段,以創造適應性和響應性的材料解決方案。通過分析她的研究和設計策略,我們展示了她如何將研究轉化為建筑實踐。
融入數字工具進行綜合設計
建筑和設計目前正在經歷重大轉變。與新興技術（如數字工具和制造技術）密切相關，這種轉變在傳統設計過程以及建筑師的角色中發生，以及對我們如何構建和管理材料系統方面產生了根本性的影響。通過3D打印和機器人等變革性技術，建筑現在能夠在一個綜合的場景內運作。對于Jenny E. Sabin來說，定義工具路徑或一系列機器人操作不僅使材料性質、幾何形態和圖案得以整合，而且將它們內在地融入到設計過程中。
對于Sabin來說，跨學科領域進行研究的新模型的發展解決了三個主要問題。首先涉及到我們如何與技術互動的方式發生了變化，第二個問題涉及到它如何影響了我們在新型制造方式下的設計和施工。第三個問題涉及到了由于可持續性和氣候危機所帶來的對協同材料解決方案的需求。
自然啟發的研究塑造生成設計過程
在創建生成設計過程中,她將自然視為設計的模型。這項研究的主要目的是理解這些系統背后的過程和行為,而不是翻譯可能構成美學形式的內容。通過學習自然來反思我們當前的范式和背景,她的工作分析了自然的材料性、幾何形狀、模式、事件和程序如何內在聯系。她的團隊深入研究自然,以提取可以影響未來建筑設計的設計模型和工具。
“驅動我的研究的一個基本問題是：建筑及其集成的材料系統如何更像生物那樣響應和適應本地環境?”- Jenny E. Sabin
在研究和設計的每個階段融入物質性
整個研究過程都受物質性的指導。研究的進行方式和與設計的聯系結構始于開發數字工具。這些工具包括專注于行為建模的可視化和模擬，以及數據集。
第二階段涉及建筑原型制作。考慮到并非所有生物系統都可擴展，該過程通過將材料和形態納入3D打印和機器人制造中來處理規模問題。在第三階段，開發的原型根據建筑考慮和生態建筑設計進行評估，分析研究如何轉化為建筑結構。
“通常，我們不是從要解決的特定問題開始，而是在整個研究過程中產生問題。這是一種與生成設計密切相關的不同方法。”- Jenny E. Sabin
將研究轉化為建筑結構
除了康奈爾大學的研究實驗室，她在那里與合作者和學生進行基礎研究外，Sabin還與自己的獨立實驗性建筑工作室合作。這一實踐使她能夠將材料解決方案應用于實際建筑結構。為了說明這一過程，我們回顧了結構色的研究和永久性涼亭的建造。
作為以前由國家科學基金會資助的研究項目的一部分，與材料科學家、生物學家和電氣工程師合作，eSkin研究了結構色。與基于顏料的著色不同，結構著色在納米尺度上運作，涉及材料的紋理和幾何形態，以及它們與特定波長的光的相互作用。這一現象可以在各種自然生物體中看到，如藍色大蝴蝶的翅膀或蜂鳥的羽毛。
通過圖案、可塑性、幾何和結構的變化，該項目操控了材料特性，包括顏色、透明度和不透明度。在這里，顏色變化是通過光學效應，如折射或干涉，而不是顏料的變化來生成的。這些顏色還取決于觀察的角度或個體對給定材料的定位。
與材料科學家和生物學家共同工作，研究開發了一種薄膜技術材料，可以作為一種皮膚，能夠融入到現有建筑或新的現代外立面建筑中。
在從納米尺度到建筑尺度的皮膚之間架起橋梁，團隊使用了3M的二色膜，以傳遞和擴展與基于有機聚合物的研究相同的特性。這使得可以創建一個人類尺度的原型立面單元，動態地改變顏色的漸變，從不透明到透明。
與基礎研究同時進行，該實踐獲得了來自人類生態學院的委托，要在康奈爾大學校園上建造一個永久性的涼亭結構。通過提高研究和實踐之間的交匯點，Polyform使團隊能夠將他們在結構色方面的研究應用于城市校園規模內。
對于Jenny E. Sabin來說，“項目成為了可能性的展示者。”向大眾展示這些變幻多彩的結構使他們能夠體驗基于自然的解決方案的動態特性。
研究可持續建筑和美學的可能性
目前，Sabin設計實驗室專注于建筑領域的可持續性和美學（SAA）。通過分析向日葵在自然環境中的行為以及它們的趨向光機制，這個研究項目利用計算設計和3D打印開發了建筑集成光伏（BIPV）。這旨在創建高度定制的非標準過濾器和面板，形成特定場地的非機械跟蹤收集系統。
通過研究向日葵的內部行為，該過程對這些行為進行建模，以理解如何通過類比方式提取它們。這導致了一組可以轉化為項目的設計驅動因素。通過利用3D打印和數字制造，這些模型促進了對系統如何整合光和能量動態性的理解。
該研究專注于這樣一個理念，即美和設計的重要性對于形式和功能同樣重要，沒有這些概念之間的層次區別。對于Jenny E. Sabin來說，“正如在自然系統中一樣，美與生物體的性能內在地相互關聯。”
希望將這些發現應用于住宅項目，該項目旨在取代傳統的屋頂安裝太陽能電池板，這些電池板與建筑的美學不符。它創建了非傳統的太陽能電池板配置，不僅最大程度地提高了能源利用，而且在美學上也令人滿意。在較小的尺寸上，該研究還考慮了便攜式遮蓋物的潛在整合，提出了一種能夠收集能源并提供照明或充電站的外皮。
精選文章：