譚力勤

按：“科技奇點藝術(shù)”研究是建立于當今前沿科學、未來學、奇點學的基礎上，對未來藝術(shù)在科技奇點沖擊下的觀念、形態(tài)、材料等演變進行論證、思辨和預測。此探求將涉獵強與弱的AI藝術(shù)、顛覆性的生物藝術(shù)、萬能的納米藝術(shù)、無界面的虛擬藝術(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)等多個領(lǐng)域。

在生物智能和非生物智能將融合的語境下，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《畫刊》專欄，筆者渴望與藝術(shù)界朋友分享“未來指導現(xiàn)在”和“指數(shù)”思維方式，每篇科技奇點藝術(shù)短文力求演繹一種嶄新的未來藝術(shù)觀念、形態(tài)和案例，簡練而不累贅。且誠心期待大家協(xié)同切磋、與世推移。

筆者有幸于2013年在北京大學開設了奇點藝術(shù)研究生課程，當時振振有詞地談及了“4D打印藝術(shù)”概念[1]。其實，當時我的底氣和靈感都是來自同年麻省理工學院研究員斯凱勒·蒂比茨（Skylar Tibbits）在TED演講上提到的4D打印科技手段——即在3D打印的基礎上，增加時間維度和變化空間。學術(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“智能覺醒”。

誠然，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)實體結(jié)構(gòu)不再是靜止的、無生命的， 而是智能的、任性的、多變的，以及具有“個性”和“自我意識”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個韌性聯(lián)鎖的三角結(jié)構(gòu)和3316個鉸鏈點構(gòu)成的布料纖維裙，它能根據(jù)穿戴者的體形進行自我改變造型，智能裙會自動適應環(huán)境，即便在運動中也可以時刻貼合身體。

就當前總體4D打印領(lǐng)域而言，盡管不少藝術(shù)家和設計師們都已快步跟進，但主戰(zhàn)場還是材料科學家們在開拓。其實，這些先鋒科學家們本身也就是最前沿的藝術(shù)家，由于為世界首創(chuàng)，所以他們在4D打印藝術(shù)領(lǐng)域的開拓地位非常顯著。科技藝術(shù)史上很大一部分的開創(chuàng)藝術(shù)家都是科學家，這已是共識，更是不容否定的現(xiàn)實。

一、打印藝術(shù)的智能特征

4D打印就像一場革命，給藝術(shù)設計界開辟了一個全新的視野。一些先知先覺的藝術(shù)家們很早就對此具有生命力的科技進行探討，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“智能覺醒”特征，本質(zhì)上與材料的智能特點是一致的，但因材料的智能特性變幻莫測、無奇不有，作為藝術(shù)家的筆者卻無法全面了解清楚，在此，僅能就幾大簡單特征闡述之。

1.自我轉(zhuǎn)換、自動組裝和自愈修復

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

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)與設計界已利用吸濕形態(tài)學來制作材體形狀轉(zhuǎn)換的藝術(shù)品。實際上，這是4D打印藝術(shù)的前身。如德國斯圖加特大學研究員斯特芬·賴克特（Steffen Reichert）的作品《Hygro皮膚》，探索對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計和生產(chǎn)，模式風向反饋孔則利用木材表皮中水分含量的不穩(wěn)定性，隨著天氣變化來構(gòu)造自動打開和關(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。展館中對濕度非常敏感的木質(zhì)皮膚，在相對高濕度低濕度之間柔軟波動。

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

美國羅格斯大學的教授發(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，美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室創(chuàng)造了“反饋機械超材料”，當材料暴露于磁場時，結(jié)構(gòu)變硬。當外力被移除時，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)頭盔或軟機器人等。

近年來瑞士產(chǎn)品設計師克里斯托夫·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）自動組合安裝

自動組裝特指智能材料被打印出的二維平面物體，能自動組合、安裝、折疊、置換，從而構(gòu)成藝術(shù)家事先設計好的結(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院的研究員，在2013年研制一種4D打印的自組裝“毛毛蟲機器人”藝術(shù)品。他們使用形狀記憶高分子材料，能夠自動折疊成為特定的外形，人類唯一介入的是添加發(fā)動機和電池。近年來，美國 MIT 自組裝實驗室團隊，也研發(fā)出自我組裝的桌子、自系帶的活動鞋等日常生活用品。

3） 自愈結(jié)構(gòu)修復

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

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生物學家亨戈·約恩克（Henk Jonkers）成功設計出了自愈合混凝土。他在混凝土中嵌入產(chǎn)生石灰石的細菌和乳酸鈣，這些細菌被空氣和水分激活，破裂時滲透到混凝土中，然后細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。

劍橋大學使用柔性自愈修復材料，設計和開發(fā)出“感覺疼痛”的自愈修復機器人。此材料可用于公共藝術(shù)雕塑、模塊化機器人、教育機器人等，從而使復雜昂貴的維修成為過去式。

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)到使用活細胞、細菌、DNA等生物材料作為生態(tài)增強手段，其藝術(shù)和設計目標都開始向生物生態(tài)轉(zhuǎn)變。

緊隨生物操縱技術(shù)和掌握生命結(jié)構(gòu)知識的普及，而導致眾多領(lǐng)域的合作和快捷發(fā)展。柔性的生物打印設計逐漸地滲入到設計界各行各業(yè)，諸如生物建筑和家具、生物材料與日常用品、活體機械與機器人、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)電和導體、生物器材與醫(yī)療、生物打印樂器、DNA音樂、生物游戲與生物打印定格動畫等。

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

下面舉幾個4D生物打印的藝術(shù)和設計實例：

a.生物器官

藝術(shù)家也可使用生物3D打印技術(shù)來進行細胞組織培養(yǎng)，從而達到操縱生命生長過程的目的。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·高細胞培育并成長為耳朵。

b.生物合成機器人

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

c.水生植物

工業(yè)設計師妮可·霍恩（Nicole Hone）使用人造復合智能材料，4D打印出一系列水生植物。它們通過水中的氣動膨脹激活，并轉(zhuǎn)化為可以存活的動態(tài)生物，每個水生植物都有獨特性格、運動風格和美麗外觀。

二、打印藝術(shù)的未來憧憬

1. 藝術(shù)家的智慧植入材料

面對未來，智能打印的科學家、藝術(shù)家和大眾擁有共同目標：把人類的高級智慧“植入”材料和打印過程，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——材料的超強記憶體，其記憶功能來自藝術(shù)家的智能植入和納米機器人的組合功能，為此，藝術(shù)家就擁有了飛翔的翅膀。雕塑不再永恒固定、油畫不再靜止、國畫水墨永不干枯、版畫可自我雕刻、裝置可自我交互、建筑可自愈修復……

如果藝術(shù)家所在國法律允許，藝術(shù)家可使用自己的DNA和細胞纖維打印出自我生物雕塑、自我基因架上繪畫、自我基因重組裝置和自我克隆生命體。顯然，這些暫時不包括大腦億萬神經(jīng)系統(tǒng)復制打印（大腦逆向工程是下幾十年的巨大工程）?？梢灶A測的是，藝術(shù)家與他們的藝術(shù)品將有著千絲萬縷的血緣基因關(guān)聯(lián)。

2. 未來打印藝術(shù)案例

《活之夢雕》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)家利用先進設備捕捉體驗者夢境中某段時間的演變數(shù)據(jù)，并把它轉(zhuǎn)換成三維建模和動畫；然后用記憶智能材料打印出夢的最初模型，而模型材料在刺激物的催化下能根據(jù)夢境過程和物體數(shù)據(jù)自動演繹變形。當夢境成為實體活雕塑時，體驗者可直接與自己的夢境（智能材料）進行交互，來控制和改變自我夢境的時間過程和物體雕塑變化的力度。

其藝術(shù)理念為：對夢的解釋猶如夢本身一樣千姿萬態(tài)。“說說”是前人對夢的解釋，“捕捉”是今人對夢的手段，“呈現(xiàn)”（立體）是藝術(shù)家對夢的行動。藝術(shù)家旨在把人生變成科學之夢，然后再把夢變成立體的、有生命的、活著的夢雕塑。參與者夢醒后可欣賞自己夢的立體美、變化美、色彩美、時間美，并能以“清醒夢”的方式與自我夢進行互動。這種全新的夢境過程（包括夢醒后）是一個前所未有的至高夢寐境界，夢也從此不再屬于個人的記憶和自我描繪，它是一座開放的公共藝術(shù)源泉，大家可共同欣賞之，并可與之互動和再創(chuàng)作。

三、結(jié)語

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)的智能覺醒和生命力。當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、自愈、自我、自組、自診、自學、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，來達到自然環(huán)境和人文社會的需求。

由于濕潤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4D生物打印藝術(shù)的探索將會向生命的藝術(shù)重構(gòu)互動、新生命的藝術(shù)培育生長和生命的藝術(shù)多元化等方面傾斜。

注釋：

[1]參考《奇點藝術(shù)》一書第五章“4D智能打印藝術(shù)”，中國機械出版社，第289-361頁， 2018年版。

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