Интерактивная архитектура

1. Интерактивная архитектура  — архитектура - интерфейс, архитектура – прибор.

2. Архитектура в «кибернетическую эпоху». Развитие интерактивной архитектуры.

С середины 19в. достижения техники позволили создавать  альтернативные пространства, пригодные  для жизни, кроме тех, что основаны на традиционной тектонике конструкций и материалов. архитектурный критик Рейнер Банхэм считает, что "архитектура есть только один из множества путей создания сооружений, но она преобладает в европейской культуре". Развитие механических и электрических систем окружающего контроля и их применение в здании превратило службы обеспечения в наиболее важные условия проектирования и отразилось на технологиях и эстетике архитектуры. "Интеллектуальная архитектура" отличается высоким уровнем автоматизации, встроенным информационным контролем и энергообеспечением. Множество технологий, ориентируемых на человека, предназначены для облегчения взаимодействия людей между собой и человека с машиной.

Кибернетика была основана в 40х гг. как междисциплинарная наука, изучающая роль и значение информации в органических и механических системах. Основываясь на понятиях обратной связи и замкнутой цепи причинности, кибернетика была первоначально описательной наукой, заявлявшей, что реальность есть социальная конструкция, она уже "виртуальна". На следующем этапе кибернетика превратилась в "наблюдательную систему", изучавшую эффективность компьютерных технологий, коммуникаций и медиа. Здесь она, сохраняя гуманность, изучала "интеллектуальную" среду обитания. Живые, остроумные высказывания Г. Паска и С.Биера влияли на популярность кибернетики, которая основывалась, как известно, на сложных математических расчетах. Влияние Паска на развитие "кибернетической архитектуры" видно из его взаимодействия с Архитектурной ассоциацией с середины 60х и до его смерти в 1996г. В его работах также встречается модель интерактивной среды, соединяющая качества реального и виртуального, в которой "компьютерные системы, материалы и пространство вступают в диалог с их пользователем, имея широкие возможности его изучения и приспособления к его потребностям".

Концепция архитектуры, легко реагирующей на изменения, стала центральной темой авангардных  течений после Второй мировой  войны, которые стремились к созданию общественной, демократической городской инфраструктуры, соответствующей индивидуальным потребностям, и архитектуры, вмещающей социальное, экологическое и технологическое развитие. Прозрения Б.Фуллера в 30х гг. и его "органичная система строительства" были включены в систему строительных элементов, способных изменяться и перестраиваться в зависимости от технологических потребностей, изменения функции сооружения или изменения воздействия окружающей среды. Концепция непрерывного технологического развития архитектуры, учитывающей функциональные изменения, модернизацию технологий и гибкую организацию продемонстрировал И. Фридман в своем проекте "Мобильной архитектуры", который предусматривал создание замкнутого и гибкого пространства и временных сооружений ("аггломераций"), перестраивающихся по необходимости. Фридман считал, что "наибольшая помеха в периодичности модернизации конструкций - это их долговечность по сравнению с циклом их переустройства. Эти конструкции относятся как к жилью, так и к коммуникациям, хранению и производству продукции". (Рис.1)

Подобная архитектурная  неопределённость также видна в  работах Архигрэма, основанного  в 1934 году, куда входили П.Кук, Р.Херрон, В.Чак, Д.Кромптон и Д.Грин. Деятельность Архигрэма была направлена на изучение феномена массовых коммуникаций. Среди их проектов были редки реализации, главенствовали утопические манифесты на тему передовых технологий, мобильности и города как "пространства для жизни". "Встроенный город" П.Кука и "Шагающий город" Р.Херрона (Рис.2.) являются наиболее известными идеями того времени, выявляющими как положительные, так и отрицательные стороны технологического прогресса. Х.Клотц отзывается об этих проектах как о "восторженных утопических воззрениях мира решетчатых структур, труб, капсул, сфер, шаров, роботов, подводных лодок, пластика и бутылок кока-колы в обществе, ориентированном на высокие технологии, отдых и развлечения".

Рис.2. Р.Херрон, "Шагающий город" 1964г.

Архигрэм создавал скорее ироничную версию научной фантастики, чем серьезные решения, пригодные для внедрения в обществе, что отличало его от другого выдающегося последователя Фуллера - С.Прайса. Его "Дворец развлечений" ("Fun Palace"-1961) (Рис.3.) и "Пластичный мыслящий пояс"("Potteries Think belt"-1964) (Рис.4.) предлагали современные развлекательные и образовательные системы.

Рис.3. С. Прайс, «Дворец развлечений", набросок, 1961г.

Рис. 4. С. Прайс,"Пластичный мыслящий пояс",1964г.

Роль С.Прайса для технологий и, в особенности, коммуникаций, связана с идеями гибкости, неопределенности и растяжимости. С 1961г. Прайс погрузился в изучение информационных технологий, которые породили проекты, использующие телекоммуникацию и компьютерное обучение. Его "Дворец развлечений" - это первая серьезная работа, созданная вместе с Г.Паком. Этот центр взаимодействия представляет собой временную структуру, рассчитанную на 10 лет. Она состояла из "изощренной окружающей среды, включавшей газовую и тепловую завесы, растений, рассеивающих смог, движущихся стен, потолков и полов... посетитель мог стимулироваться или информироваться, реагировать или взаимодействовать с ними. Развлечение не было пассивным наблюдением". (Рис. 5.)

Рис.5. С. Прайс, «Дворец развлечений", диаграмма, 1961г.

Блестящая демонстрация эффекта информационных технологий была достигнута Прайсом в 1976г. в проекте под названием "Генератор". Это был первый пример создания сооружения с прототипом искусственного интеллекта, приспособленного к удовлетворению человеческих потребностей. "Генератор" обслуживал ряд человеческих нужд и состоял из набора устройств, включавших ограждения, мостки, экраны и службы, выбиравшиеся в зависимости от потребностей и желаний пользователя. Система состояла из базового элемента и мобильного крана, перемещавшего их в соответствии с постоянной реорганизацией пространства. (Рис.6.)

Рис.6. С.Прайс, «Генератор», 1976г.

Для обеспечения функционирования этой системы была создана компьютерная программа и встроены электронные  приспособления во все базовые элементы. Территория во Флориде стала рабочей площадкой, где операции, происходившие в процессоре, тут же отражались на модели. Это было ранним примером контролируемой системы. Романтическая антиинерционная программа демонстрировала способность саморазвития без участия человека. Через этот банк данных компьютерная система могла самообучаться, используя свой орган действия - кран. "Генератор" вызвал значительные архитектурные дебаты и был назван "первым интеллектуальным сооружением в мире".

Развитие "интеллектуальной архитектуры" как информационно открытой, самоорганизующейся кибернетической системы, было частично исследовано В.Броуди, который предлагал комплексную, целенаправленную и активную среду в исследовании "Проектирование интеллектуальных сред". Публикация раскрывала возможность создания с помощью компьютерных медиатехнологий комплексной самоорганизующейся интеллектуальной системы. Существование подобной среды предполагалось Броуди как в виртуальных, так и в фактических понятиях, она описывалась как концепция "мягкой архитектуры" (soft architecture). Броуди подчеркивал, что уровни взаимодействия могут повышаться, что возможности интеллектуальной среды заключаются не только в реагировании, но и в понимании потребностей пользователя, составленных из простых ответов на вопросы этой среды. Степень участия зависит от возможностей среды, ее способностей предвидеть потребности пользователя, основанной на предыдущем опыте.

Кибернетику можно считать попыткой понять машину через аналогию живого организма, сделать ее более адаптирующейся и гибкой к внешнему окружению, к участию во все долее сложном мире. Изучая высокоорганизованные живые системы, кибернетики предусмотрели создание адаптирующейся и саморегулирующейся (гомеостатической) машины, имеющей автономный контроль за своим поведением. Ф.Джордж, подводя итоги кибернетики "первой волны", отмечает ее "сосредоточенность на средствах коммуникации и контроля, особенно тех, которые синтезируют или стимулируют поведение живых организмов".

Кибернетическая концепция "интеллектуального" сооружения предполагает некоторую автономию для самообеспечения, качество, достижимое лишь через структурную автономию, присущую биологическим системам.

Обращение к природе как к  образцу действительности и ее устройства было присуще архитекторам различных эпох, которые вдохновлялись органической формой, конструкцией и, позднее, самими процессами. Биологические аналогии повлияли также и на материаловедение - искусственные материалы создаются с возможностью модификации.

Природа, творческий процесс и отношение к архитектору как к алхимику, стимулирующему трансмутацию форм, управляя материалом, нашли отражение у В.Катавалоса, который продемонстрировал характеристики "химической архитектуры" в своей работе "Органика" (1960). Он считал, что архитектура может освободиться от строительных и механических приспособлений и стать органической, "растущей" структурой и формой: "Открытия в химии позволили создать энергетические и пластичные материалы, которые, при определенном воздействии, вырастают до огромных размеров, стабилизируются и становятся жесткими. Мы быстро достигаем знание молекулярной структуры таких материалов вместе с необходимой техникой для производства материалов со встроенной программой их развития".

Открытия в современном материаловедении направлены на изучение внешних и внутренних сил, предусмотренных трансформацией биологической системы. Управление биохимическим процессом для повышения трансмутации на молекулярном уровне сосредоточено на создании катализирующих веществ с комплексной структурой и поведением. "Природа использует феномен самосборки и самоорганизации для создания широких молекулярных соединений и супермолекулярных множеств, обладающих не только формой, но и функцией. Синтетическая химия готова адаптировать эту концепцию и использовать защитные группы, реагенты и катализаторы для синтезирования натуральных продуктов и их аналогий".

Природа вещества и вытекающие из нее формы представляют собой  динамическую реагирующую живую  систему, в которой наблюдается  взаимосвязь между формой (представленной как информация) и веществом (как материальной субстанцией). Эти концепции использовались для развития синтетических и искусственных материалов, которые формируются подобно биологическим системам. Понимание вещества как интерактивной системы изучается биологами, химиками, молекулярными и супермолекулярными инженерами, а также физиками, вносящими свой вклад в науку о новых материалах.

Исследования этих ученых касаются концепции самоорганизации, самосоединения и саморазмножения в природе  и применения этих принципов в создании супермолекулярных соединений "интеллектуальных" материалов. Искусственная симуляция органической системы молекулярными химиками и инженерами привела к ряду открытий за последние десятилетия, которые увенчались созданием "умных" (smart) материальных систем. Эти материалы не обязательно повторяют существующие. Они созданы как синтез интерактивных процессов, встречаемых в естественных системах - отсюда термин "материальные системы", который воплощает динамику и взаимодействие молекулярных образцов поведения. Идея организации и взаимодействия индивидуальных систем является центральной концепцией системной теории.

Инженеры и материальные технологи  сделали ряд открытий, позволивших  им включить "умные" материалы  в конструкции, адаптируя ее к различным условиям. Это облегчает различные изменения в работе сооружения и оживляет его инертную структуру. Различные механические устройства работают как мускулы, сенсоры - это нервы и память, коммуникации и компьютерные сети служат "головным" и "спинным мозгом". Механические устройства могут изменять жесткость, упругость, положение, частоту и др. в зависимости от температуры и электромагнитных полей.

Развитие таких устройств идет по 4 направлениям: сплавы с жесткой  памятью, пьезоэлектрическая керамика, магнитные высокоточные (magnetostrictive) материалы, электрогеологические жидкости. Жесткие сплавы - это металлы, которые при определенной температуре возвращаются в исходное состояние после предварительного напряжения. Этот процесс вызывает силы, обеспечивающие движение. "Нитинол" используют в микроманипуляторах и роботах для обеспечения движений, подобных человеческим мускулам.

Более быстрой реакцией обладают пьезоэлектроды (открытые в 1880 физиками Марией и Жаком  Курье), достигающей несколько тысяч  операций в секунду, что обязательно при высокоскоростных реакциях. Пьезоэлектрические материалы также являются сенсорами. Поливинилдена флюорид, к примеру, может воспроизводить свойства человеческой кожи, реагируя на температуру и тактильные ощущения. Магнетические высокоточные материалы похожи на пьезоэлектроды, но реагируют на магнитные поля вместо электрических. Жидкие субстанции - электрогеологические растворы - содержат частицы размером с микрон, которые образуют цепочки при помещении в электрические и магнитные поля, проявляющиеся как изменение вязкости. Оптические волокна роботов работают сенсорами, реагируя на уровень освещенности или определяют дефекты в других "умных" материалах.

Все "интеллектуальные" способности, которыми обладает сообщество "умных" материалов, необходимо передать в центральный процессор. Для создания альтернативных технологий специалисты пристально изучают природные системы. Нейроны не так быстры, как силиконовые чипы, но они могут выполнять комплексные задания с поразительной скоростью, т.к. они работают в сети. Искусственные нервные сети могут самообучаться, иметь различные реакции, предчувствовать потребности и исправлять ошибки. В любом случае, компьютерное обеспечение и алгоритм смогут определить потребности в "умных" материалах, к примеру, сколько понадобится сенсоров и механических устройств.

"Интеллектуальные" структуры проектируются сейчас  с большим числом сенсоров, чем  это необходимо. В недалеком будущем  каждое проектное решение сможет полагаться на адаптирующуюся архитектуру, которая сможет заменить вышедший из строя сенсор или перестроить систему в случае произошедших в ней изменений. Дешевое производство, изготавливающее все необходимые элементы методом фотолитографии, может создать сеть сенсорных устройств, похожих на силиконовые микрочипы. Цены производства и монтажа могли бы многократно снизиться. В идеальном случае, подобные "интеллектуальные" структуры ощущают свое окружение, хранят подробную информацию о его параметрах и реагируют на него, изменяя свои характеристики.

Кибернетическая концепция  информационного потока, контролируемого  обратной связью, адаптации, обучения и самоорганизации питали многие дисциплины с конца 40х гг. и их влияние на архитектуру 60х гг. очевидно не только в работе К.Прайса, но и в отношении множества участников "альтернативного авангарда". Кибернетическая концепция "интеллектуального" здания представляется как динамическое единство множества компонентов, не имеющих значения вне общей системы. Организация взаимосвязи этих элементов, включая действия самого человека, будет служить образцом строительства.

Структура такого сооружения будет результатом его опыта, собранного в интерактивном взаимодействии внутренних и внешних связей с  окружающей средой. Ее реакцией будет непрерывно изменяющийся процесс, ее результат - гармоничное соединение с окружающим миром. Как говорит Д.Фрейзер в своей концепции эволюционирующей архитектуры, следствием будет "открытое сооружение с открытой средой, как с метаболической, так и с социальной стороны. Это привнесет стабильность и обеспечит эволюционное развитие взаимосвязей со средой. Это будет способствовать сохранению информации, используя процессы автокатализации и необходимого развития новых форм и структур... Это не статическая картина бытия, но динамичный процесс становления и развития - прямая аналогия с естественным миром".

3. Возможности «интерактивной» архитектуры.

Искусственная окружающая нас среда – это  «коллективно созданный проект». Иногда он включает в себя разнородные элементы, противоречащие друг другу и логике. С одной стороны, пространство вокруг нас постоянно трансформируется через многократное использование, с другой – ежедневно напрямую воздействует на людей.

Традиционно крыши  и стены огораживают нас, при этом вокруг динамически и эфемерно присутствуют звуки, запахи, температура, радио волны. Есть также общественная инфраструктура, которая обосновывает, поддерживает проектируемое нами пространство. Можно провести параллели между компьютерной и архитектурной терминологией. Подобно проектированию «software» и «hardware» в компьютерной области, где «hardware» имеет отношение к физической машине, а «software» – к программам, которые оживляют машину. В архитектурном контексте «hardspace» – физический конструктивный каркас, а «softspace» – «интерактивная» составляющая, которая помогает вызывать взаимодействие как между собой, так между людьми и пространством. Развивая эту аналогию дальше, можно рассматривать архитектуру в качестве целой «операционной системы», в пределах которой люди создают свои собственные программы для пространственного взаимодействия.

В ряде европейских  и американских университетов проводятся исследования и осуществляются проекты  «адаптивной» архитектуры, «отзывчивых  поверхностей», как в рамках традиционных общепринятых программ подготовки магистров «Цифрового искусства, технологии и архитектуры», например, в униветситете Плимута (Великобритания), так и специальные программы: П.Сильвер, В.Маклин и их коллеги ведут группы «Адаптивная архитектура и констрирование», в которых изучаются возможности интеллектуальной архитектуры; в Барлеттской архитектурной школе (Великобритания), в Делфтском Технологическом Университете (Голландия), наряду с факультетом архитектуры, существует курс подготовки магистров «e-мотивированная архитектура»; в Нью-Йоркском унивеситете «Парсонс. Новая школа дизайна» – курс «интегрированный дизайн, изучение с места действия» и т.д., как эксперимент с «чувствительным» пространством и «интеллектуальной оболочкой», взаимодействующей между дизайнером и его проектом. Кроме учебных заведений, существуют независимые творческие лаборатории, где проекты «адаптирующихся» пространств создают художники, дизайнеры архитекторы. В Японии и в некоторых крупных центрах Китая и Кореи прикладные исследования и разработки проводятся такими коммерческими компаниями как Sony, Fujitsu.

Благодаря широким  техническим возможностям, «интеллектуальные  объекты" получают множество информации из внешней среды. Частью этой среды  является наше собственное поведение. Это приводит к вопросу об обратной связи человека с миром и о понятии «семейство интеллектуальных объектов» в нашем окружении, которые могут общаться с нами и между собой, посылая сообщения, используя встроенные микропроцессоры, выдающие различную информацию. Множество таких компонентов созданы для взятия информации из окружающей среды, такой как температура, уровень освещения, скорость ветра или шум. Некоторые компоненты способны принимать простые послания от человека. Они ощущают наше присутствие по излучаемому нами теплу или движению и реагируют тем или иным способом.

На сегодняшний  день мы можем выделить следующие  модели взаимодействия и варианты архитектуры  как «открытого источника». Архитектурные  «адаптивные» системы могут существовать – в виртуальном пространстве и реальном мире. В виртуальном пространстве диалог «объект- человек» происходит посредством сети Интернет – со свободным доступом из любой точки мира. Созданию таких проектов в настоящее время способствует активное использование мощного программного обеспечения – от систем моделирования космических кораблей до голливудских спецэффектов. В данном случае характер трансформации и возможности взаимодействия ограничены лишь воображением создателей и могут быть невероятными и фантастичными, например, эмбрионологический дом Грега Линна (рис.7) и виртуальный музей Гугенхейма студии «Асимптота» (рис.8).

Рис.7. Эмбрионологический дом Грега Линна

Рис.8. Виртуальный музей Гугенхейма студии«Асимптота».

В реальном физическом мире архитектурные пространства и объекты можно разделить на следующие группы:

1. Простые «натурально-растительные», благодаря «умным материалам» реагирующие напрямую открытым изменением своих физических параметров. Таким является студенческий проект Университета дизайна в Лондоне «Hyperfabric» (рис.9)

Рис.9. Студенческий проект Университета дизайна в Лондоне «Hyperfabric»

2. Механические  системы, где ведущими являются  физические реакции конструктивных  систем. Здесь можно вспомнить  поющий дом, разработанный «NOX» (Рис.10).

Рис.10. Поющий дом, мастерская NOX. 

3. Наиболее распространенными  становятся комплексные системы,  обладающие целой нервной системой; из чувствительных принимающих,  сканирующих устройств сети нейронно-электронных  связей с мощным обрабатывающим ядром. В зависимости от сложности программно-электронной начинки, они могут приближаться либо к механическим системам, либо становиться полу виртуальными или «subvirtual» со сложными цепочками электронных импульсов, способных быть посланными через Интернет из любой точки мира, отраженных конкретном физическом пространстве. Как, например, проект голландского павильона, созданного студией «Oosterhuis» (рис. 11).

Рис.11. Проект голландского павильона, студия «Oosterhuis»

Один из таких  проектов – Фасады, превращенные в гигантские экраны, связанные с сетью уличных веб - камер и сетевых ресурсов, передающие заложенную дизайнерами информацию или изображения в реальном времени, в Берлине на Потсдамской площади (рис.12).

Рис.12. Фасад на Потсдамской площади, Берлин.

Пространство, сконструированное Руайри Глинном, оснащено множеством встроенных датчиков и компьютерной начинкой, наделено возможностью реагировать на происходящее внутри него и взаимодействовать со своими обитателями (рис.13). Стены помещения выполнены из гибкого и прочного латекса, который позволяет «вживленным» манипуляторам менять его форму. Сложная электроника и десятки датчиков отслеживают поведение визитера, и его взаимодействие с «пространством с обратной связью» (Recirpocal Space) изменяет форму стен, их изгиб и наклон.

Рис.13. Р. Глин, пространство, реагирующее на происходящее внутри него и взаимодействовать со своими обитателями.

«Optional Time» – изобретение голландцев Джо Копперса и Сюзанны Лекас – демонстрировал стену, способную запоминать прошлое (рис.14). С виду – это обыкновенное большое зеркало в общественном пространстве. Публика видит себя отраженной, но отраженный образ не подчиняется обычным физическим законам. Фактически – это не зеркало, а кино, диалоговое кино. Публике предлагают роль в этом кино, не только потому, что их физический образ является отраженной частью этого, но, что более важно, дают им возможность играть с образом, делая пространство динамическим вместо статического, и превращать время в нелинейное из линейного. 

Рис.14. Optional Time.

Пространство  «Optional Time» использует камеры, все образы обрабатываются в реальном времени компьютером, а результат воспроизводится, иногда «живо» (нормальное зеркальное отражение), иногда буферизованно (задерживаясь или ускоряясь), а иногда пространственно манипулируется непосредственно действиями публики. Например: если вы замираете (без перемещения) перед зеркалом, ваш отраженный образ замерзает на некоторое время уже после того, как вы уже начали двигаться, в то время как другой слой стены-зеркала продолжает свой нормальный «темп жизни».

Проект «Сохраняя  контакт» или «Gamelan Playtime», своеобразное развлечение для прохожих в Hungerford terrace, в южной части Лондона, создан студентами Арлетт Кастелло и Мелисой Монгиат (рис.15). Вслед за движением рук проходящего человека сенсоры воспроизводят музыкальные записи, со звуками необычных инструментов, человеческих голосов и песен.

Рис.15. «Gamelan Playtime». Лондон

Семейство интеллектуальных – говорящих и проецирующих напольных светильников; комната «ADA» и пространство сконструированное «Light space corporation» (рис.16) реагируют на присутствие и характер движения людей цвето-динамическими и звуковыми импульсами.

Рис.16. Комната «ADA», «Light space corporation».

Уличная мебель, меняющая интенсивность собственного свечения от продолжительности присутствия людей (рис.17).

Рис.17.Уличная мебель меняющая интенсивность собственного свечения.

 Новые возможности  «адаптивной» архитектуры демонстрируют  авангардные павильоны архитектурных выставок, современные музеи, например, павильон, имитирующий облако на EXPO 2002, в Швейцарии (рис.18) или лондонская галерея «Tate» (рис.19).

Рис.18. Павильон на  EXPO 2002, Швейцария.