混合式建筑初探

混合式建筑初探

周迅

同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司

摘要

环境是由人与物质空间以及他们之间的各种关系所混合组成的系统。本文希望通过探索“具身认知”这一概念，展示人类和物质环境之间是如何相互影响相互成就的。通过混合式建筑的提出，探讨以“具身认知”方式设计的建筑也许能够通过主动调整自身状态来更好的适应人类。在此情况下，设计师的责任不再是直接为使用者设计体验。而是创造环境，让不同体验在人与环境之间的相互作用中自然产生。

关键词

混合式建筑 具身认知 系统

1.概念

“具身认知”是对人在环境中行为方式的一种描述。人类通过改变环境以提升潜力从而存活下来。改变环境反过来也改变了人类想法本身。当霍米尼德人重塑周边世界时，他们也间接地重塑了自己。[Sterelny, K. 2003] 建筑作为我们日常生活中的一个重要环境，在一定程度上影响了我们生活和适应世界的方式。本文假设了一种混合式建筑，能够在一定程度上展现这种过程。在这个假设中，建筑可以主动的改善其状态以适应人类。而作为环境重要组成部分的人类，也可以通过积极改变周边环境来改善自身生活。

"生物"原本是布鲁克斯用来描述他的“行为导向型机器人”的概念，现在借用来描述这种混合式建筑。通过一系列自上而下和自下而上的方法，构建具有"生物"特征的建筑环境。这个系统的自我认知产生于人与环境之间的相互作用。由此，混合建筑的状态由各种因素和关系网定义，这赋予了其混合的特征。

本文认为建筑可以是一个混合系统，可以通过积极调整自身状态适应人类。

2. “具身认知”

2.1基于行为的设计方法

由于对传统机器人的不满，布鲁克斯和他的学生和同事在20世纪80年代以"自下而上"的方式制造了一系列机器人。他们的机器人系统不是使用中心控制和内部再现，而是"数个分解成独立且并行的行为模块，通过感知和动作与现实世界互动 "[ Brooks, 1999].布鲁克斯后来在他的著作《寒武纪智慧》中将这种方法描述为"基于行为"的方法。布鲁克斯认为，在此种机器人模型中，感知和行动子系统确实存在。认知则只存在于观察者眼中。[Brooks, 1999].相对于被预先设置好的行为，这个系统的行为产生于系统与世界各部分之间的互动。事实证明，这种系统比传统系统具有优势，甚至能展现出一些拟人的特征，但由于思想的局限，他们的行为只是对不同情况的反应。相比之下，生物系统似乎是由思想、身体和世界交织而成的。一个中央控制，但有弹性的头脑是我们良好适应能力的由来。这可能是生物系统最重要的特征之一。

2.2“具身认知”的程度

布鲁克斯基于行为的机器人技术给人工智能领域带来一种新趋势。许多人以各种方式开发了受这一概念启发的新应用方式。其中最重要的理论之一是菲弗和邦加德的"生态平衡"——"鉴于特定任务环境，形态、材料和控制之间保持一种和谐的关系。[Pfeifer, 2000]这一理论借鉴了生物和材料科学的一些东西，试图实现"不仅是对适应性行为的新理解，而且可能是一种更好的设计"[Pfeifer, 2000]。其中一个例子是《Stumpy》。它是一个简单的机器人，由一个简单控制，两个激活关节，弹簧材料和由特殊材质构成和脚组成。由于材料与控制之间的互动关系，这个只有2个自由度驱动的简单机器人，可以产生大约20个不同的动作。这种机器人被安迪·克拉克归类为"具有基本体验的生物"。他介绍说，"身体不仅仅是一个需要不断进行微观控制的负担，而是一种资源。可以积极利用其自身的特点和能动性，使得行动越来越流畅和自如。[Clark, 2008]然而这种系统缺乏适应身体和世界变化的能力。

另有人认为，具有体现能力的系统应该有主动学习和提高自己的能力，以保持其与环境的协调一致。一个很好的例子是一个叫做海星的机器人，它是由邦加德、日科夫和利普森设计的，其概念是"信息自建构"。这个有着四条腿的物理机器人可以"通过自生成的动作进行测试，不断更新自我认知，加深对自己身体结构的了解和使用"[Clark，2008]。例如，当它失去一条腿，可以主动地调整适应新的身体情况，用新的方式实现目标。后者被克拉克列为"深刻体现的生物"，似乎具有更多的生物系统特征。

2.3 思想，身体和世界

在人工智能领域，控制系统内部建立的世界与现实世界的巨大差别限制了它们在真实世界中的生存能力。由于人工智能在某种程度上是对人类的模拟，具有“具身认知”和环境感知能力的个体才能对世界和自身有更深入的认知和了解。以下几个学科流派也许可以激发或支持这一理念。

1. 控制论：了解动物系统和构建智能系统是他们的主要目标。戈登·帕斯克是网络学的实践者之一，他提出了"对话理论"，哈克将其描述为"互动系统是一个"多循环"系统，在这个系统中，人们进入"对话"：一个持续和建设性的信息交换。[Haque, 2006]

2. 神经科学：真正的生物系统并不是完全理性的接受输入、逻辑计算和产生输出。它们是许多以各种方式运作机制的混合。我们所观察到的行为就是由此产生的。[Brooks, 1999]

3. 心理学：因此思想不是偶然产生的，而是紧密地体现和深深植根于它所在的世界。[Haugeland, J. 1998]

这些理论有一个共同点：它们对思想、身体和世界的关系与传统理论有不同态度。在某种程度上，每种动物都是感知者和行为者。用古老的用语来形容就是它们是有知觉和能动性的。它们是环境感知者和环境行为者。[Gibson, 1979] 作为人类，我们通过具身感知嵌入到我们生活的世界中。

3 混合建筑

3.1 延展的身体

建筑作为人类生活中的重要环境，一定程度上是人体的延伸。通过建造、居住和与其中的他人建立关系，人们扩大身体边界，了解世界，提高自身适应能力。在这种情况下，我们的潜力往往取决于我们与物理环境和其他人建立关系的能力。

环境的可能性和动物的生活方式是相互关联的。环境限制了动物的行为能力。在一定程度下，人类也可以改变环境的可供性[Gibson, 1979]。

作为人类，我们部分地被周边环境所塑造。而我们塑造的环境又反过来改变着我们的生活方式。然而对大多数居住者来说，这种能力是有限的。部分原因是他们居住的建筑环境通常是由其他人（如设计师）自上而下设计的。这意味着设计师在建筑中扮演着比居住者更重要的角色。他们需要对环境和居住者有着深刻的了解。然后选择一个要达成的目标，将其分解成次级目标并试图实现他们。虽然是为了生活在其中的人而设计的，但实际使用者在整个过程中仍然扮演着被动的角色。此外，缺乏可变性的建筑在应对目前这个动态的世界时往往显得能力有限。当周边情况发生变化时，建筑就会很容易失去最初设定的目标。

3.2 建设“生物”

什么样的建筑能满足我们不断变动的需求？布鲁克斯试图建立“具身认知”概念。为表达与传统机器人的区别，他称它们为"生物"。在他的计划中，"生物"可以适应和被人类理解，能够与人类生活在一起。这似乎也适合建筑，因为它与人类有着非常密切的关系。在建筑的意义上，这种"生物"应该有几个关键特征：
1）生物应该能够对不同人和不同条件采取不同行为。

2）生物应该能够实时与人和世界互动。

3）生物应该能够不断学习自己的身体和世界来改善自身行为。

3.3 一个混合模型

建筑远不止是个体事物。它是一个与人密切相关的环境，是人类和非人类世界中不同组成部分和关系的混合体。最重要的是，它是一个包含人类在内的系统。对于这种系统来说，“具身认知”意味着作为生态混合体而存在。相比于传统模型（认知完全在系统内）和布鲁克斯模型（认知只在观察者眼中），这种混合模型的认知产生于控制，人和世界之间的互动。这一点可以使新模式避免前者的缺陷。与传统建筑相比，这种混合建筑可能更具潜力

1. 混合建筑可以在实时交互过程中由使用者来主动塑造，这可能使人与其环境之间关系更加密切与敏感。

2. 通过系统与世界之间的交互以及系统内部其自身组件之间的相互作用产生的建筑行为会更加自然和动态。为人们提供新鲜感。

3. 混合建筑可以通过互动不断优化自身来适应人类，而人类在与环境的互动中也可以更好地适应世界。

4 总述

“具身认知”概念描述的是建筑在与现实世界互动中逐渐产生经验的特性

1） 建筑不再只是可能性有限的物理个体。而是一个包含了人的系统。通过改善自身以适应其使用者。这不是来自复杂设计，而是来自系统内外的人、环境和对话。

2） 通过与环境互动，人们可以积极改善自己的定位，扩大身体边界，了解世界。

3） 对于设计师来说，设计不再是创造一个能够提供预先设定好体验的事物。它更像是一个实验。设计师建立一个粗放和灵活的系统，然后把它放在现实世界中。故事可能会也可能不会像预设的那样发生。这也是他们了解他人、自己和世界的一种方式。

参考文献

【1】[Clark, 2008] Andy Clark, Supersizing the Mind:Embodiment, Action, and Cognitive Extension, (Oxford University Press, 2008)

【2】[Brooks, 1999] Rodney A Brooks, Cambrian Intelligence:The Early History of the New AI,(Cambridge,MA: MIT Press, 1999)

【3】[Gibson, 1979] James J. Gibson, The Ecological Approach to Visual Perception, (Boston: Houghton Mifflin, 1979)

【4】[Haque, 2006] Usman Haque, ‘Architecture, Interactions, Systems.’AU : Arquitetura & Urbanismo

【5】[Pfeifer, 2000] Rolf Pfeifer, ‘On the role of embodiment in the emergence of cognition and emotion’ , in H.Hatano, N. Okada, and H. Tanabe (eds.).

Affective minds.(Amsterdam: Elsevier, 2000).

【6】[Haugeland, J. 1998] John Haugeland, mind .in having thought embodied and embedded: Essays in the metaphysics of mind. (Cambridge, MA: Harvard university press)

【7】[Sterelny, K. 2003] Kim Sterelny, Thought in a hostile world: The evolution of human cognition (Oxford:Blackwell, 2003)