--- schema_version: "library-reader-v1" source_type: "original_book" title: "数字技术研究" author: null edition: null publisher: null year: null isbn: "9787308182003" library_document_id: "ae053936-f6b1-488b-8973-bb2332d1be14" source_sha256: "1a6cda221ba572f8ffe55f36ef953b84b543948c733ea6f02b0ecb557e5fa999" pdf_physical_page_count: 790 pdf_physical_page_index_base: 0 range_start: 520 range_count: 10 html_url: "https://workshop.closeclaw.top/api/ai/read/ae053936-f6b1-488b-8973-bb2332d1be14?start=520&limit=10" markdown_url: "https://workshop.closeclaw.top/api/ai/read/ae053936-f6b1-488b-8973-bb2332d1be14.md?start=520&limit=10" previous_url: "https://workshop.closeclaw.top/api/ai/read/ae053936-f6b1-488b-8973-bb2332d1be14.md?start=510&limit=10" next_url: "https://workshop.closeclaw.top/api/ai/read/ae053936-f6b1-488b-8973-bb2332d1be14.md?start=530&limit=10" --- # 数字技术研究 > 页码规则：PDF_PHYSICAL_PAGE_INDEX 是从 0 开始的权威文件物理页索引；PRINTED_PAGE 是页面中识别出的印刷页码，可能为空，二者不得混用。 ## PDF_PHYSICAL_PAGE_INDEX=520 | PRINTED_PAGE=330 / 496 为了探讨基于纸张的各种感应器，我和学生齐杰(JieQi，音译)用导电墨水和包括Velostat及电阻弹性体等薄且柔韧性强的材料制作了一本立体书(Qi and Buechley,2010)。我们使用该项目探讨了机械运动(弹出)如何得到电机的结合与增强。我们还探讨了基于纸张的电子元件的审美价值，以及立体书作为用非正统材料制作的电子元件的另一个案例如何扩展了交互设计中的美学及技术图景。图21.9展示了立体书的部分页面，这些页面使用了手工弯曲传感器和压力传感器。 罗森堡和佩林(Rosenberg and Perlin)在 UnMousePad 项目中探讨了更为精巧的超薄传感器，利用各种电阻式压力传感器开发了多点触控界面(Rosenbergand Perlin,2009)。这些传感器可以用来绘制某个界面上细致的压力图。除了开发传感器外，他们还发展了将传感器获得的数据快速修改的方法。雷基蒙托(Rekimoto,2002)和塞尔焦等人(Sergio et al.,2002)也描述了类似的基于电容的传感器，这些传感器将界面转变为高分辨率的压力传感器与近程传感器。 有一类被称作“化敏电阻器”的化学传感器也可归入电阻传感器范畴。这些传感器是通过将一种在特定化学物质条件下发生膨胀(因为吸收作用)的聚合物与导电粉体(Donget al.，2004)结合而制成的。当材料的形状发生改变时，嵌入其中的导电粒子间的交叉部分也会改变，因而改变了该材料的电阻。这些传感器被用于许多“电子鼻”，即能够探测空气中产生的各类化学物质的设备(Ryan et al.,2004)。 数字技术研究(世哲手册) 330 496 ## PDF_PHYSICAL_PAGE_INDEX=521 | PRINTED_PAGE=334 / 497 可用于在特殊基底上构建不同输入设备的材料包括压电材料与纤维光学材料。压电晶体在受到挤压时产生电能(Steinem and Janshoff，2007；Fraden，2010)。这种材料可以被做成薄膜、纤维、底片与电子管(Tressler etal.，1998)，广泛应用于多种产业，比如，被用作吉他拾音器中的话筒及喷绘机中的执行结构。从交互设计者的视角来看，现成的唱片与薄膜可被用于制作像纸一样薄的振动传感器、压力传感器与弯曲传感器。压电传感器可以附着于桌面来监测物体何时、在哪里击中表面(Ishii et al.，1999)；可以编织进织物里，用作弯曲感应器来探测身体运动(Edmisonet al.，2002)，也可以嵌入腕表中监测不同手势声音的微弱变化(Deyle et al.,2007)。 光纤可以被用来制造温度、加速度及听觉传感器(Giallorenziet al.，1982)，也可以用来制作简单的弯曲感应器，但不同于多数基于材料电阻特性的感应器，这种感应器可提供一系列温度范围内的连续读数。工程师与设计人员已经用光纤来测定建筑的机械应力(Kuang et al.，2002)与纤维的弯曲度。比如，邓恩等人使用专门的光学弯曲传感器来制作能感觉姿势的服装(Dunne et al.,2007)。 值得一提的还有基于图像的输入在这种情况下，界面使用的是非电子材料，通过摄像机来收集信息。该领域的一个著名案例是使用红外线(IR)墨水这种墨水是人类肉眼看不到的，但可以通过摄像机与/或专门的光照设备探测到。比如，罗斯纳和了戒(Rosner and Ryokai)使用带红外线墨水的纱纺将隐秘信息嵌入到手工编织的服装与配饰中(Rosner and Ryokai,2008)。在另一个大胆的基于图像的应用中，石井等人利用一床沙子来塑造能被视频摄像机捕捉到的界面。安装在床下的LEDs发出的红外光能透过沙子被摄像机捕捉到。这一数据继而被用来构建起始界面的数字模型(Ishii et al.，2004)。本例再次强调了以材料为基础的传感器如何促成了新的技术感官体验。 结束输入设备这个话题之前，我们需要提一下库兹涅佐夫等人(Kuznetsovet al.，2011)近来对“自然传感器”的研究。通过对动物园管理员、生物学家及园丁们的访谈，他们研究了来自不同领域的人们如何探究自然界中存在的模式。人们采用的方法包括数叶子上的昆虫数量，以及用手感觉鱼缸里水的黏度。这项研究提醒我们，从我们所处环境中获取信息有许多种方式，电子感知器件在获得广泛应用之前需要克服许多物质领域的挑战。 第21章 物质计算:将技术融入物质世界 334 497 ## PDF_PHYSICAL_PAGE_INDEX=522 | PRINTED_PAGE=498 物质输出 许多材料在暴露于光、热或压力等刺激条件时，会发生电性变化，比如电阻改变，或产生电流；同样，许多材料在受到电力刺激时也会发生某种变化，比如发光、发热或移动。多年来，研究人员(及科幻作家)已设想并研究了“可编程物质”(Goldstein et al.,2005;Aksak et al. ,2005;Crichton,2008)—即可按照我们的指令呈现任何形状的物质。虽然这种愿景尚未完全实现，但能以电动控制方式改变形状(Lagoudas,2010)、颜色（Siegel et al.,2009)、黏性（Brown etal.,2010)及亮度(Sugimoto et al.,2004)的物质已使我们离可编程物质的目标靠近了一大步。 开始介绍著名的输出类型之前，请允许我首先来介绍一下照明与显示。传统的发光二极管能够被附着或嵌入各种不同的基底上，尽管发光二极管是坚硬的电子元件，但已有一些设计者将其应用于著名的材料工程中。图21.10显示的两个案例中，发光二极管将我们熟悉的物体衣服和建筑转变成了可编程显示器。 数字技术研究(世哲手册) 498 ## PDF_PHYSICAL_PAGE_INDEX=523 | PRINTED_PAGE=335 / 499 另一个值得一提的显示屏比传统显示屏更精细、更慢、更有氛围是用热变色材料制成的，能根据温度变化而改变颜色。热变色涂料、墨水与染料已被用于制作位于纸张(Siegel et al.,2009)、纤维(Berzowska,2005b;Orth，2007)及其他各类背衬上的非发光型显示屏。图21.11显示的是沃基塔和涩谷(Wakita andShibutani)设计的两种利用了液晶颜料的动态织物(WakitaandShibutani,2006;Midori,2011)。 在非可视化领域，压电材料既可用作执行器，也可用作传感器。这种材料可以被用作超薄扬声器与机械执行器(Kawakita et al.，1997;APCInternationalLtd.2002;Burch and Pawluk,2009)。在执行器模式中，晶体在受到电流刺激时会改变形状。由导电线圈和磁铁组成的电磁扬声器也可以被构建在各种材料上(Buechley and Perner-Wilson,2012)。勒克莱尔和贝尔哲斯卡(LeclercandBerzowska)在一个好玩的项目中，设计了一款名为Accouphène的燕尾服，上面缀满了各种绣花纺织线圈，当有磁铁扫过穿着者的胸前时，衣服就会发出声音(Seymour,2008)。这件衣服在时装秀及演出中产生了轰动效应。 贝尔哲斯卡及其团队还设计了一套异乎寻常的、能改变形状的服装，这套服装名为“蝎子”，使用形状记忆合金“钛镍”制成，图21.12显示的正是其中一款服装((BerzowskaandMainstone,2008)。同热变色墨水一样，钛镍也是一种温度敏感型材料。在典型的应用场景中，该金属在室温下呈现一种形状，当被加热到活性温度时，就会呈现为另一种预先设定好的形状。设计师将金属加热，设定好预设形状，让金属“记住”该形状，再将该金属改变为希望呈现的形状，让其以特定的速度冷却下来(Lagoudas，2010)。钛镍金属片或金属条可用以制造一些悄无声息地从一种形状转变为另一种形状的结构。形状记忆材料的另一个优势在于其强度：相较于相同重量与尺寸的其他金属，其强度更高。这些材料可以隐藏在一些纤弱的、不可能用传统电机和电磁铁执行的结构中。 第21章物质计算:将技术融入物质世界 与此同时，有机发光二极管（OLED)可用于构建真正的柔性显示屏(Sugimoto et al.,2004)。包括三星、LG与索尼在内的好几家公司已经开发了使用柔性OLED显示屏与AMOLED显示屏的原型机，商用柔性显示屏设备也有望很快实现。图21.10显示的是三星的一款原型机，该机器曾参加了2011年消费电子展。电子墨水是另一款可供选择的低能耗柔性显示技术(Chen et al. ,2003)。 335 499 ## PDF_PHYSICAL_PAGE_INDEX=524 | PRINTED_PAGE=336 / 500 336 数字技术研究(世哲手册) 500 ## PDF_PHYSICAL_PAGE_INDEX=525 | PRINTED_PAGE=337 / 501 齐杰在我的实验室里设计的动态纸塑集就属于此类结构，图21.12展示了其中的一个作品(QiandBuechley，2012)。在这件名为“栩栩如生的藤蔓”的作品中，细长条纸带在感觉到有人靠近时会发生弯曲、扭转、嘎吱嘎吱地变成其他形状。另一个有趣的案例是霍克斯等人(Hawkes et al.，2010)开发的自组装表面，图21.12也展示了其部分延时照片。在这里，同样的可编程折纸片经过编程可以呈现为其他形状，包括如图21.12所示的“纸”船与飞机。 还有一类可改变形状与黏性的材料是基于粒状材料的堵塞属性(Brownetal.，2010)。在这些系统中，装载沙子等颗粒物质的柔性容器在所有的空气被抽出之前仍然是可塑的，在空气被抽空之后，就会变黏，成为坚硬的固体。用堵塞材料可以做成很好的钳子——如图21.13所示——也可以被用来制造动态的、可变形的结构，比如可重组的家具与模型(OxmanandKeating，未注明出版日期）。 电活性聚合物（EAPs)是具有广阔应用前景的变形材料(ChidseyandMurray,1986;Shahinpoor et al.,1998;Bar-Cohen,2004)。这些柔软的可塑性物质可以根据电力刺激而改变形状，经过处理后可以呈现为各种形式与行动模式，由于类似于肌肉组织的弹性与力量而被称为“人工肌肉”。近来，用电活性聚合物制作的项目包括严和欧(Yeom and Oh，2009)设计的水母机器人及斯坦福国际研究院(未注明出版日期)的研究人员开发的行走机器人。 第21章 物质计算：将技术融入物质世界 337 501 ## PDF_PHYSICAL_PAGE_INDEX=526 | PRINTED_PAGE=338 / 502 机遇及挑战 新材料之所以吸引人，原因有多个方面：新材料促进了新技术的设计，提供了电子学与计算的新方式，让技术不再拘泥于“塑料箱”，而是融入世界当中。然而，非正统材料在交互设计研究中的应用令人沮丧。 大众媒体兴奋地描述的以及材料科学杂志中详细记录的新材料往往难以获取，甚至根本不可能得到。多数材料只是在实验室里开发，无法用于商业用途。还有一些材料是针对利基市场开发的，生产这些材料的公司信息模糊，难以找到。就算能找得到，这些公司也不愿小批量地出售材料，或不愿将这些材料出售给研究人员，担心学术界会逆向开发他们的产品。而且，新开发出来的材料往往价格昂贵。 一旦找到适当材料供应商或获得这些材料，接下来的问题就是如何使用这些材料了。使用材料需要专门的设备，而这些设备通常不是计算机科学实验室或设计工作室里所拥有的，比如化学通风橱、织布机、显微镜或真空室。而且，对这些材料的创新使用也需要对这些材料背后的化学属性或物理特性非常熟悉，而要获得这方面知识是耗时耗力的。 研究人员一旦掌握了使用特定材料的可行方法，就要面临传统研究人员所需面对的一切挑战。研究人员需要设计并制造一种新奇的、惹人瞩目的应用，通过用户研究与技术实验来证明其可行性与独创性。完全实现某个项目所需专业知识的多样性与耗费的时间是材料计算研究中的最大障碍。 不过，或许正是因为有了这些独特的挑战，该领域的研究也最为丰富。大量新材料的实践、表现及教育潜能尚有待深入探讨。我们可以以多种方式架起材料科学、电子工程、计算机科学与设计之间的重要桥梁。 进入21世纪，我们理解、控制并激活我们身边的材料世界的能力将日益增强。本章只是简要介绍了预示着这一未来的部分动力材料，希望能借此让读者对有待我们去研究的丰富的审美性、功能性与知识性前景有些许了解。 数字技术研究(世哲手册) 338 502 ## PDF_PHYSICAL_PAGE_INDEX=527 | PRINTED_PAGE=503 参考文献： 第21章 物质计算:将技术融入物质世界 503 ## PDF_PHYSICAL_PAGE_INDEX=528 | PRINTED_PAGE=504 数字技术研究(世哲手册) 504 ## PDF_PHYSICAL_PAGE_INDEX=529 | PRINTED_PAGE=505 第21章 物质计算:将技术融入物质世界 505 下一段：[继续读取](https://workshop.closeclaw.top/api/ai/read/ae053936-f6b1-488b-8973-bb2332d1be14.md?start=530&limit=10)