Мануэль ДеЛанда, как и Изабель Стенгерс, Брюно Латур и Донна Харауэй, является одним из предтеч «нового материализма». Несколько общих черт объединяют всех этих авторов – критика явных и неявных форм эссенциализма, поиск новых моделей самоорганизации в науке и обществе, а также обращение к творческому наследию Жиля Делёза, как к ключевому эпизоду современной мысли.
Переосмысливая концепции Делёза, ДеЛанда находит возможность плодотворного сотрудничества между наукой и философией только при условии материалистичности последней. Разделяя господствовавшие в начале 90‑х воззрения, он считает, что программа абстрактной феноменологической строгости не способна привести ни к чему, кроме пустых спекуляций.
Первичным условие для нового мышления о реальности должно стать обнаружение и принятие нашей материальности, как ее понимает ДеЛанда. Материя обнаруживает себя через морфогенез – процесс формирования устойчивых структур из взаимодействия и переплетения материальных потоков. Новый материализм должен быть сосредоточен на трех состояниях материи, которые сосуществуют, не устраняя друг друга, гарантируя тем самым, что тот или иной поток является действительно значимым для мысли.
Становясь, материя изобретает себя, организует и изменяется, тем самым создавая новую устойчивую форму. Конкретные эпизоды таких становлений можно обнаружить в истории этики, искусства, науки, в частности, в теории хаоса, а также в истории способов социальной организации.
В настоящий момент, Мануэль Деланда читает лекции о философии истории урбанизма и способах самоорганизации материальности в Princeton University School of Architecture и University of Pennsylvania School of Design.
Вашему вниманию предлагается перевод избранных колонок для журнала об архитектуре и дизайне DOMUS, опубликованных в номерах с 884 по 901 (2005 – 2007).
Артём Езерский
#1 Строить из костей и мышц
Биомиметика — это подобласть науки о материалах. Она изучает биологические организмы в попытке вывести принципы дизайна, которые можно использовать в производстве. Цель исследования — не просто воспроизвести конкретный материал, уже имеющийся в природе. Например, шелк, производимый пауками в качестве структурного основания для их сетей, является очень востребованным материалом. Его предел прочности при отрыве сравним с кевларом, из которого производят пуленепробиваемые жилеты.
Пауки — хищники, поэтому они не могут быть одомашнены подобно шелкопрядам. Выделения пауков нужно буквально «извлекать»: идентифицировать белки, которые в длинных цепях образуют нить шелка; изолировать гены, которые кодируют белки, затем внедрить их в одомашненное животное (в данном случае — в козу); и, наконец, получить шелк из молока козы в виде густой пасты и пропустить при экстракции через мелкие отверстия для получения отдельных нитей. Что-то подобное уже применяется в некоторых производственных отраслях.
Но это не относится к биомиметике, поскольку не происходит познания каких-либо абстрактных принципов, которые можно применить в работе с другими материалами. Правильным примером биомиметики было бы изучение позвоночных в контексте несущих конструкций с целью получения знаний об уникальной комбинации их костей (несущих нагрузку на сжатие) и мышц (несущих нагрузку на растяжение), чтобы затем применить эту комбинацию в архитектурных конструкциях с абсолютно другими материалами.
Кости интересны по целому ряду причин. Подобно стекловолокну и другим композитам, они являются гибридом клея и измельченных крупиц, где коллаген играет ту же роль, что и эпоксидная смола — в искусственно созданных композитах, тогда как маленькие кристаллы минералов играют роль тонких волокон стекла. Принцип совмещения клея и крупиц для получения новых эмерджентных свойств был сформулирован еще в то время, когда люди впервые использовали композиты для создания саманника. Но кости таят в себе и другие секреты, которые можно использовать на благо человека.
Возьмем, например, кости в связке с хрящами — материалом, который тоже содержит коллаген и может быть преобразован в кость. Простой, но действенный принцип биомиметики здесь выражается в совмещении двух материалов, один из которых может быть преобразован в другой. В биологии это подразумевает, что скелет эмбрионов может быть выстроен из более подвижных хрящей до того, как станет уплотняться в кости. Исключение здесь составляют лишь внешнее ухо, кончик носа и концы ребер.
К тому же, с учетом того, что кости новорожденного уже обозначены, возникает проблема сохранения этих работоспособных суставов, пока кости вырастают в длину в несколько раз относительно первоначального размера. При добавлении новых клеток и движении извне к краям смесь, используемая другими тканями, разрушит намеченные границы костей. Решением здесь будет увеличивать длину изнутри: хрящ, служащий прослойкой между костями, станет точкой их роста и впоследствии будет замещен костью, таким образом сохраняя функциональные возможности их границ.
Более того, хрящ помогает кости восстановиться: после перелома формируется сгусток крови, который закупоривает порванные сосуды и удерживает сломанные части вместе; затем хрящ замещает собой сгусток и впоследствии сам окажется замещен костью. Наконец, пористая природа хряща позволяет ему накапливать органическую смазку, которая вытекает из него, когда одна из костей сустава опирается на другую. Это позволяет костям смазываться самостоятельно.
Мышцы же представляют собой еще более интересный материал. По сути, мышцами называют сделанные из желе веревки, имеющие конструкцию выдвижного телескопа — такого, в котором слои мышц могут «насовываться» друг под друга (как идущие одна за другой трубки все меньшего радиуса в телескопе), позволяя мышцам сокращаться в размере. Такая возможность, в свою очередь, означает, что мышцы могут тянуть внешние объекты, т. е. они могут не только пассивно выдерживать нагрузку, но и самостоятельно оказывать давление.
Поскольку тела животных должны иметь возможность не только толкать, но и тянуть, многие мышцы в теле используются попарно и направлены в противоположные стороны. Утверждение о том, что мышцы могут оказывать нагрузку фактически означает, что они являются двигателями или моторами — таким образом, в теле человека находится 600 таких двигателей. Ученые-материаловеды недавно разработали рудиментарные формы искусственных мышц.
В результате появились, например, «умные гели», состоящие из жидкого растворителя, смешанного с твердыми цепями полимеров. Сплетаясь друг с другом, эти цепи делают композит вязкоэластическим. К таким гелям можно применять различные стимулы (тепловые, электрические, химические), которые заставят их сжиматься или растягиваться. Умные гели уже смогли заменить определенные движущиеся механические части, такие как клапаны.
С точки зрения исследования технологии позвоночных актуальным принципом является тот факт, что разнообразие движущихся и несущих нагрузку структур можно расширить путем совмещения пассивного композита (кости) с активным. Это порождает динамические структуры, способные, например, переключаться с одного типа движения на другой (для четвероногих это переход с ходьбы на рысь, затем — в галоп), где для каждого типа используются разные группы мышц.
При этом переходы с одного типа движения на другой возникают при преодолении особых критических точек в скорости передвижения. Но в случае с костью важна не только играющая ключевую роль прослойка в суставах (хрящ), но и прослойка между костью и мышцами. Если бы мягкие мышцы связывались с твердыми костями напрямую, то соединение было бы неуклюжим и неточным. Мышцам необходимо контролировать положение костей на расстоянии с помощью материала средней жесткости — сухожилий.
Так, управляющие нашими кистями мышцы расположены выше в руках и соединяются с костями в кистях при помощи длинных и тонких шнуров сухожилий. Таким образом, итоговый урок биомиметики для проектирования конструкций заключается в следующем: создание прослойки между активными и пассивными материалами требует использования специальных материалов. По всей видимости, из человеческого тела и его природы позвоночного можно извлечь еще множество уроков для использования в строительстве современных несущих конструкций.
#4 События, порождающие события
В материальном мире вряд ли найдется более важное отношение, чем отношение между причиной и следствием. Тем не менее наше понимание сути причин и следствий достаточно примитивно. Отчасти в этом виноваты философы, по меньшей мере те, кто обычно путает анализ человеческого восприятия связи между причиной и следствием с анализом сути каузальной зависимости.
Так, когда-то давно философ Дэвид Юм утверждал, будто все, что мы благодаря нашим чувствам узнаем о причинности — это факт постоянной конъюнкции между событием, играющим роль причины (например, столкновение бильярдных шаров) и событием, играющим роль следствия (изменение состояния движения шаров). Многие последователи философа затем стали считать, что объективную причинность можно редуцировать до субъективного восприятия постоянной конъюнкции.
Проблема состоит в том, что наши чувства могут передать только лишь факт существования неизменной случайной связи между двумя событиями. Однако нам недоступен процесс, с помощью которого одно событие может на постоянной основе порождать другое. Два последовательных события могут восприниматься ассоциативно, но при этом не ощущается никакой необходимой генетической связи между ними. Такая генетическая связь (или порождение одним событием другого) и составляет объективность причинности.
Можно с уверенностью утверждать, что для изучения некоторых каузальных взаимоотношений нам необходимо пользоваться постоянной конъюнкцией или обычной чередой событий в качестве доказательства возможного существования каузальной связи. При этом редуцирование объективного порождения одного события другим до их наблюдаемой неизменной корреляции было бы равно спутыванию причинности с тестами на ее обнаружение.
Другая проблема традиционного подхода заключается в следующем: постоянная конъюнкция иногда может выступать доказательством причинности, однако этот критерий действителен только для линейных причин — самых простых и наиболее механических видов причинности. Формула линейной причинности гласит: «конкретная причина всегда имеет конкретное следствие». Такой обедненный подход к причинности обусловлен линейностью и, в свою очередь, выступает отличной мишенью для критиков, утверждающих, что такое простое отношение не может объяснить богатство связей, наблюдаемых нами в материальном мире.
Эту формулу можно обогатить по меньшей мере двумя разными способами. Первый состоит в том, чтобы отказаться от слова «одинаковый», второй — от слова «всегда». Первый способ порождает нелинейную причинность — по крайней мере, когда слово «одинаковый» используется в отношении интенсивности причины. Я приведу пример, понятный строителям несущих конструкций. В нем событие «изменение веса, поддерживаемого строением» является причиной, в то время как событие «деформация» выступает конечным результатом.
В семнадцатом веке Роберт Гук доказал, что некоторые материалы вроде мягкой стали, часто используемой в строительстве современных зданий, ведут себя линейно под нагрузкой. Такие материалы определенным образом растягиваются или сжимаются в зависимости от нагрузки. Закон Гука может быть представлен в виде графика зависимости деформации от нагрузки или графика в форме прямой линии (объясняющего один из вариантов происхождения термина «линейный»). Однако при отображении зависимости нагрузки от деформации многие органические материалы показывают J‑подобную кривую.
Так, небольшое растягивание губ производит значительное растяжение, но как только прямая часть буквы «J» оказывается достигнута, любое дополнительное натягивание уже не позволяет добиться значительного дополнительного растяжения, хоть и может причинить ощутимую боль. Этот пример показывает нелинейное отношение между интенсивностью причины и интенсивностью эффекта: причина с малой интенсивностью производит относительно интенсивный эффект такой степени (степени появления сгиба «J»), после которой увеличение интенсивности причины производит только эффект с малой интенсивностью.
Другие материалы, такие как резина, показывают S‑образную кривую, означающую более сложное отношение между интенсивностями. Если мы попробуем деформировать автомобильную шину, значительное усилие поначалу не даст почти никакого эффекта. Тем не менее при увеличении интенсивности резиновое изделие в определенный начинает растягиваться, но только до второй точки (вторая арка фигуры «S»), где снова перестает реагировать на нагрузку. Постоянная конъюнкция в отношении интенсивности не демонстрируется ни в одном из двух приведенных примеров.
Второй вызов линейности связан с тем, что разные причины нередко действуют вместе и могут мешать друг другу. В некоторых случаях такое взаимодействие может приводить к отмене эффекта, который «должен» возникнуть. Но даже если столкновение не столь значительно, вероятность возникновения эффекта все равно может снизиться до менее чем 100%. Другими словами, причинность становится статистической, как если бы кто-то сказал: «курение вызывает рак у 70% курильщиков». В статистической причинности одно событие просто приводит к увеличению вероятности возникновения другого.
В случае с раком события являются внутренними для человека (можно привести в пример связанные с генетическими предрасположенностями события метаболизма, которые сталкиваются с основной причиной). Похожим образом происходит деформация материалов — ее нельзя назвать на 100% предсказуемой по причине событий, связанных с их внутренней микроструктурой. Эти события включают растворенные газы, вкрапления неметаллических элементов, вариации химического состава и даже особенности производства (например, особенности формовки).
Все это делает материалы неизотропными, то есть, они, скорее всего, не будут иметь одинаковые свойства во всех направлениях. В таких условиях наблюдение постоянной конъюнкции причины и следствия становится невозможным. Так, производителям материалов приходится обеспечивать контроль качества статистическим методом. Это подразумевает тестирование целых популяций образцов, чтобы добиться средней вероятности того, что случится определенное событие деформации.
Проектировщикам (Designers) несущих конструкций же необходимо учитывать не только силу нагрузки, но и ее направление, поскольку материалы могут вести себя по-разному в зависимости от вектора приложенных к ним сил.
Нелинейная и статистическая причинность снова привносят в философскую концепцию каузальной связи сложность, которая была потеряна с появлением понятия постоянной конъюнкции. Дополнительная сложность может возникнуть при анализе катализаторов и возникновении экстремальной формы нелинейной причинности, в которой внешняя причина порождает событие, чья роль заключается лишь в запуске целой последовательности дальнейших событий.
Повторное обогащение каузальных связей и позволяет с их помощью лучше объяснить сложное поведение материалов, но в то же время возрождение их объективности повлечет за собой серьезные философские последствия — материальные события, порождающие другие материальные события в виде более сложных серий событий, при этом совсем не важно, смогут ли люди наблюдать их.
#7 Материальная выразительность
Хорошо известно, что луч белого света состоит из компонентов множества чистых цветов или длин волн. К тому же, разные цветовые компоненты, подобно тонам музыкальных звуков, имеют свой собственный темп вибрации — частоту. Благодаря этим двум характеристикам свет и звук могут оказывать различимые эффекты на мозг животных и человека — эффекты, которые могут использоваться в качестве выразительных средств людьми-артистами и животными, имеющими свою территорию. Однако нервная система не является обязательной для использования цвета и звука в выразительных целях.
Со светом или другими формами электромагнитной энергии могут взаимодействовать даже мельчайшие атомы. Для этого они используют средства, которые явно выражают их сущность. Так, атомы газа, будучи энергетически возбужденными, испускают яркие параллельные линии света, причем каждая линия соответствует одной частоте и позиционируется относительно другой в зависимости от длины волны. Каждая атомная частица, в том числе водород, кислород, углерод и пр., имеет характерный паттерн линий — своеобразный «отпечаток».
Подобно настоящим отпечаткам пальцев, которые могут помочь при установлении личности человека, эти паттерны линий используются спектроскопистами для определения химической принадлежности определенного материала. Спектроскопия зародилась в XIX веке и с тех пор значительно усложнилась — в ее арсенале появилось множество методов и устройств для извлечения отпечатков материалов, но в конечном итоге эта наука зависит от способностей атомов самостоятельно производить выразительные паттерны посредством излучения, поглощения и других процессов.
Ученые называют эти выразительные паттерны «информацией». Этот термин относится не к семантической информации, которую можно извлечь, например, из газет, но к лингвистически бессмысленным физическим паттернам. Физическая информация не имеет ничего общего с семантическим содержанием; это подтверждается тем обстоятельством, что информационная теория была разработана во время Второй мировой войны, чтобы решить проблемы с передачей зашифрованных военных сообщений — т. е. сообщений со скрытой лингвистической формой и содержанием.
Физическая информация пропитывает собой наш мир, и благодаря ее постоянному производству можно утверждать, что материя выражает себя. Материальная выразительность, в свою очередь, пересекла важную черту: она перестала быть простым отпечатком и обрела функциональные возможности в виде генетического кода. Группы трех нуклеотидов — химических компонентов генов — стали соотноситься в какой-то степени уникальным образом с одной аминокислотой, т. е. составной частью белков. Благодаря этому соотносящиеся гены могут выражать себя через протеины, для которых выполняется кодирование.
Из этого следует, что выражение теперь означает не просто производство информации, но также ее активное хранение и переработку. А это значит следующее: когда популяции способных хранить информацию молекул воспроизводят себя и когда это воспроизводство направлено в ту или иную сторону благодаря взаимодействию белков друг с другом и окружением, выразительные возможности материальных сущностей могут развиться и расшириться с помощью множества принципиально новых методов.
Подобно атомам, живые организмы могут выражать свою сущность излучением паттернов, в том числе химических. Однако живые организмы отличаются от атомов: это выражение имеет функциональные последствия, поскольку допускает распознавание принадлежности организма представителями того же вида. Такое распознавание играет ключевую роль в генетическом воспроизводстве.
Другую важную черту в истории материальной выразительности удалось преодолеть, когда появились имеющие свою территорию животные. Это повлекло за собой радикальную трансформацию, которую можно наглядно проиллюстрировать на примере преобразования мочи и кала из побочных продуктов цепей питания в территориальные маркеры. Такие маркеры не только выражают видовую принадлежность, но также обозначают обладание отдельного организма ресурсами.
Звук, цвет и поведенческие средства, в том числе поза, движение, ритм и силуэт — все это примеры выразительных территориальных маркеров, которые используются во время соревнований между самцами или в ритуалах ухаживания за самками. Особенно интересно здесь будет упомянуть шалашников. Термин «шалаш» означает приятное тенистое место под деревом, однако для этих птиц под ним подразумевается сцена или арена, построенная птицей, чтобы выставлять себя на показ. Шалашники не просто очищают небольшой участок земли от листьев и другого сора — они сооружают сложные постройки из листьев, тростника и веток, причем архитектура таких строений может отличаться в зависимости от вида птицы.
Шалашники включают 18 видов — некоторые отличаются яркой расцветкой, например самцы атласных шалашников с насыщенным синим оперением, в то время как другие утратили цвет, но восполнили потерю рядом цветных украшений. Бесспорно, существует сильная обратная корреляция между телом птицы и сложностью ее шалаша (это заметил еще Дарвин): чем меньше у нее врожденных выразительных ресурсов, тем лучше развиты архитекторские навыки. Материальная выразительность как будто мигрирует с тела птицы на ее постройки и украшения.
Дарвин также заметил обратную корреляцию между сложностью орнаментировки на теле птицы и сложностью ее песен. Он верил, что птицы — это самые эстетичные из всех животных. Поскольку структура песни птицы наследуется лишь частично (птицы должны научиться петь) и способность к привлечению самок частично зависит от разнообразия музыкального репертуара самца, каждой отдельной птице необходимо создавать новые комбинации музыкальных мотивов, чтобы выделить себя на фоне других представителей вида.
Если отпечатки можно назвать маркерами или подписями с возникновением территориальной принадлежности, то в песне птицы подписью становится индивидуальный стиль. Более того, великий композитор XX века Оливье Мессиан, часть композиций которого вдохновлены пением птиц, даже называл черных дроздов, соловьев и других птиц с собственным стилем «музыкантами». Таким образом, историю материальной выразительности можно выразить в последовательности «отпечаток — подпись — стиль». Наконец, нам необходимо добавить выразительные возможности, которые позволяют объединить многих нечеловеческих музыкантов.
Эти возможности хорошо иллюстрирует так называемый «утренний хор» — событие, которое обычно происходит весной и включает множество видов птиц одновременно. Перед восходом солнца один или несколько черных дроздов начинают хор, а затем к ним по нарастающей присоединяются другие виды птиц (зарянка, певчий дрозд, крапивник, большая синица, зяблик). Это продолжается до тех пор, пока симфония звука не достигнет пика к середине утра.
Материя выражает себя разными способами, от простого излучения физической информации до осмотрительного использования мелодии и ритма. Вселенная сама по себе может рассматриваться как великая симфония материальной выразительности. Ранние люди, зачерпнувшие из резервуара выразительности и взявшие наскальную живопись, татуировки и ритуальные церемонии, были далеко от изобретения искусства. Они просто добавили еще один голос к текущему материальному хору.
#8 Умные материалы
Привычные нам несущие конструкции, в том числе из бетона и стекла, окажутся более полезными, если смогут активно гасить опасные вибрации или обнаруживать и останавливать процесс разлома до того, как произойдет расширение. Самопроверка и самовосстановление — это приспособленческие способности, характерные для многих биологических структур. С учетом этого странно наблюдать, что такие способности отсутствуют в рукотворных конструкциях. Чтобы исправить ситуацию, проводятся исследования умных материалов. Но что делает материал «умным»?
Первый ингредиент — это сенсоры. Так, встроенное в бетон оптоволокно позволяет собирать информацию о распределении внешнего давления в структурных компонентах, поскольку с давлением в оптоволокне меняется распространение света. Распределенная сеть оптоволоконных сенсоров вместе с компьютерной вычислительной мощностью может использовать эту информацию для наблюдения за восстановлением и отслеживать структурную целостность бетонных конструкций по мере износа.
Сенсоры другого типа используют пьезоэлектрические кристаллы, генерирующие разницу электрических потенциалов (напряжение) при механической деформации. Поскольку деформируется любой элемент, несущий нагрузку, встраивание таких кристаллов в материалы вроде бетона может генерировать электрические сигналы с информацией о целостности конструкции.
Тем не менее, сенсоры — лишь один из компонентов умных материалов. Согласно положениям кибернетики, реализация контура управления с отрицательной обратной связью предполагает не только способность отслеживать условия, но и возможность каузально вмешиваться в реальность для изменения этих условий. Так, термостаты для регулировки кондиционеров и духовых шкафов должны иметь возможность не только улавливать изменения температуры по отношению к искомой, но также изменять эту температуру, если она выходит за нужные границы включением или выключением устройства.
Другими словами, термостат (а также любой другой следящий механизм с отрицательной обратной связью) должен обладать как сенсорами, так и исполнительными элементами. В целом, такими элементами могут выступать пьезоэлектрические кристаллы, поскольку они не только генерируют напряжение в ответ на деформацию, но и выполняют обратную функцию в виде механической деформации в ответ на подаваемое напряжение.
Проблема заключается в том, что масштаб такой деформации буквально микроскопичен — ее не хватит для изменений формы, которые потребуются структурному компоненту для активного противостояния растущему растрескиванию. Для этого масштаб деформации должен исчисляться сантиметрами. К счастью, с такой задачей сможет правиться новый класс материалов — сплавы с памятью формы.
Определенные металлические сплавы, такие как сплавы никеля и титана, демонстрируют способность возвращать изначальную форму после деформации. Несмотря на то, что эта необычная способность была открыта в 30‑х годах XX века, ее не изучали серьезно около 30 лет. Сейчас мы знаем, что эффект памяти формы представляет собой нечто вроде фазового перехода. Этот термин обычно ассоциируется с изменением состояния (из газообразного в жидкое либо из жидкого в твердое), которому материал подвергается в результате спонтанной молекулярной перестановки по достижении критической точки интенсивности.
Сплавы с памятью формы также подвергаются молекулярной перестановке, но для них это протекает без потери плотности. Фазовый переход происходит между двумя состояниями кристаллической структуры — относительно мягкого и деформируемого состояния (мартенсит) и более плотного состояния (аустенит). Разница между ними заключается в следующем: последовательные слои атомов в состоянии мартенсита изменяют положение так, что одна часть кристалла становится зеркальным отражением другого.
Две части кристалла становятся в некотором роде близнецами — отражением друг друга. Поэтому такой тип деформации называют двойникованием. Именно эти сильно упорядоченные внутренние деформации дают состоянию мартенсита растяжимость, позволяя целым слоям атомов скользить друг по другу.
Эффект памяти формы можно описать следующим образом. Материалу при относительно высокой температуре придают твердую форму, вводя его в состояние аустенита. Эта форма поддерживается, когда материал остывает и спонтанно переходит в сильно сплетенное состояние мартенсита. Под нагрузкой материал деформируется (процесс раздвойникования) и меняет форму. Если в этот момент материал нагреть, его температура повысится и он спонтанно перейдет в состояние аустенита.
При этом будет восстановлена изначальная ориентация кристаллов — а вместе с ней и исходная форма материала. Несмотря на то, что сплавам никеля и титана можно придать самые разные формы, они до сих пор ограничиваются формами с малым сечением, таким как провод, трубка и пленка. Другими словами, компоненты несущих конструкций, например колонны и балки, нельзя выполнить из таких материалов. Тем не менее, их необычное термомеханическое поведение может стать очень полезным при создании исполнительных элементов. Не стоит забывать и об их поведении в описанном фазовом переходе (его называют псевдоупругостью), которое вызывается нагрузкой, а не температурой.
Так, в одной из предложенных схем компоненты несущих конструкций сделаны из «умного армированного бетона» — это значит, что обычный бетон дополнен пьезокерамикой и сплавами с памятью формы и таким образом наделен способностью к самопроверке и самовосстановлению. Части пьезоэлектрического материала встроены в структуру бетона, чтобы обнаруживать возникающие разломы. Провода из сплава с памятью формы используются подобно стальным для армирования бетона по методу последующего натяжения — т. е. натяжения проводов после заливки и затвердевания бетона.
Распространение разлома деформирует пьезоэлектрические сенсоры и провода, действующие как исполнительные элементы. Сенсоры действуют в ответ: они создают электрические сигналы, которые анализируются специальным программным обеспечением для отслеживания целостности конструкции. Это ПО, в свою очередь, активирует механизм электрического нагрева проводов, заставляя их принимать первоначальную форму и стягивать разлом.
Устаревание гражданской инфраструктуры заставит нас столкнуться со множеством вызовов. Одним из них станет достижение лучшего понимания процессов старения и износа, в том числе с помощью более эффективных математических моделей усталости и коррозии металла, а также лучших методов тестирования для симуляции износа в лабораторных условиях. Вызовом другого типа будет вдохнуть в эту инфраструктуру новую жизнь, внедрив в ее конститутивные материалы негативную обратную связь, которая уже питает следящие механизмы в других сферах технического проектирования.
#13 Возможности и риски
Как животные воспринимают материальное окружение? Этот вопрос тесно связан с другим: какие возможности для действий дает животному окружение? Комплементарность этих двух вопросов указывает на следующий факт: когда речь заходит о восприятии животных, необходимо учитывать взаимодействие органических тел и материальность их окружения.
Так, загроможденная среда дает ходящему животному возможность передвигаться только лишь в тех направлениях, которые имеют отверстия или проходы, в то время как открытое и свободное от препятствий пространство позволяет передвигаться во всех направлениях.
Возьмем другой пример: край утеса представляет для животного риск падения, а острые края камней внизу — риск разрыва плоти. В обоих примерах было важно указать, что рассматриваемое животное ходит, поскольку полное препятствий пространство или край утеса не будут таким же образом стеснять летающее животное. Эти возможности и риски покажутся важными лишь для животного, не обладающего возможностью полета. Кроме того, их актуальность для данного животного обусловлена тем, как они приспосабливают поведение: животное двигается так, чтобы избежать столкновений, либо держится на безопасной дистанции от края.
Мы можем сказать, что животное воспринимает не свойства своего материального окружения, но потенциал для действий, которым эти свойства снабжают существо: клочок земли воспринимается не как горизонтальный, плоский или твердый, но как дающий возможность ходить. На концептуальном уровне нужное нам различие кроется в сравнении свойств объекта и его способностей: нож может обладать свойством остроты, и это может дать ему способность резать, но последнее можно осуществить только по отношению к другому объекту, обладающему способностью быть разрезанным.
Другими словами, свойства могут присутствовать или отсутствовать у объекта, в то время как способности относительны: способность влиять всегда идет рука об руку со способностью испытывать влияние. Вот почему конкретное распределение возможностей и рисков зависит как от материальности окружения, так и от поведенческих способностей животного. Обратит ли животное внимание на данную черту окружающей среды, то есть посчитает ли оно эту черту окружающей среды достойным внимания, будет зависеть как от его собственных способностей, так и от объективных свойств этой черты.
Некоторое окружение содержит разнообразные материальные компоненты в различных состояниях: газообразном, жидком и твердом. Компоненты первых двух типов обычно предлагают животному среду, через которую можно проходить, летать или плавать. Воздух и вода также являются средами, передающими сигналы: они пропускают свет, переносят химические соединения и образуют волны. Это снабжает животное информацией о его окружении, но только в том случае, если у животного развита способность воспринимать эти сигналы, т. е. способность видеть, обонять или слышать.
Твердые объекты, с другой стороны, предоставляют животному непрозрачные поверхности, однако именно от этих поверхностей отражается свет, они выделяют химические соединения и передают вибрации окружающей среде. Другими словами, животные по большей части воспринимают поверхности. К тому же, чаще всего именно расположение таких поверхностей снабжает животных возможностями и рисками. Возьмем показательный пример. Углубления способны служить убежищем: расположение направленных вовнутрь твердых поверхностей, таких как дыра в скале, дает животному укрытие, чтобы спрятаться от хищника либо скрыть свое присутствие от ничего не подозревающей жертвы.
Однако следует отметить, что углубление становится убежищем и воспринимается таковым не только ввиду физической формы и способности противостоять проникновению, но также оттого, что становится участником драмы между хищником и жертвой. Говоря иначе, расположения поверхностей становятся для них важными воспринимаемыми сущностями только по той причине, что животные снабжают друг друга возможностями и рисками — хищник снабжает опасностью жертву, в то время как жертва снабжает пропитанием хищника.
Многие животные также способны манипулировать расположением поверхностей, подстраивая распределение возможностей и рисков в свою пользу. Примеров этому множество: сети пауков, муравейники, термитники, норы грызунов, гнезда птиц, дамбы бобров. Создание этих новых расположений включает разнообразные действия, от копания и вырезания до нагромождения, склеивания, лепки, скатывания, сгибания и даже ткачества и шитья.
Используемые материалы могут быть произведены самим животным, например паутина или пчелиный воск, или собраны вокруг, как древесная пульпа, используемая в осиных гнездах, или трава и ветки для птичьих гнезд. Благодаря процессу эволюции, связавшему действия тел животных со свойствами материалов, получаемые расположения поверхностей демонстрируют правильные способности: паутина может погасить кинетическую энергию летающей жертвы, затем приклеить добычу и удержать ее; ветки и поваленные деревья в дамбах бобров не только способны преградить путь течению воды и создать глубокие пруды, но и формируют воздушные отверстия для вентиляции и контроля за внутренним климатом; подземная архитектура муравейников имеет правильную связь между вертикальными или наклонными шахтами и горизонтальными камерами, за счет которой муравьи могут передвигаться, складировать ресурсы и защищаться.
Эти искусственные расположения составляют часть динамики «хищник-жертва» и могут выступать в роли ловушек или убежищ, но при этом они также могут участвовать в процессе сотрудничества и общения животных. Так, когда насекомые строят гнездо, они общаются друг с другом через изменения, которые делают в окружении. Физическая деформация способна влиять на животных наравне с пропиткой гормонами — их поведение становится координированным, когда они изменяют то, как твердые поверхности вокруг влияют на них и как подвергают их влиянию.
Это непрямое общение называется «стигмергией» — с его помощью насекомые могут строить гнезда, не имея при этом образа такого гнезда в сознании. Создатели роботов — особенно в сфере поведенческой робототехники — изучают то, как животные используют сделанные ими изменения в окружении для хранения информации. При этом они говорят примерно следующее: зачем делать роботов, способных создавать внутренние модели мира, если мир сам себе является своей лучшей моделью?
Перевод: Николай Мазурок и Антон Ознобихин
Источник: spacemorgue
Иллюстрации: Tripletconcept
