由Martin Bechthold教授带领的The Materials, Processes, and Systems (MaP+S) 小组,是哈佛GSD小组中的一部分，主要研究如何促进、发展和部署创新的建筑技术，这个小组是由之前的Design Robotics Group演变而来。MaP+S看重设计研究作为出发点，在制造和材料方面，对机器人和计算机数控（CNC）制作流程，以及对于小尺度的纳米材料尤为感兴趣。但现阶段MaP+S主要的研究项目都是关于陶瓷材料系统以及机器人辅助设计，围绕“如何利用机器人打印出多变的陶瓷构件”问题，MaP+S从2011年至今一直在探索。
选用陶瓷作为主要研究的对象，因为它的发展已经远远超出我们对于传统陶瓷材料认识，无论是对于陶瓷材料本身还是对于使用方式或是基本性质。如今在它的体系中，那些在过去看起来对陶瓷尽其所能的使用方式，现在看来却仍然有巨大的潜力。从最早只是将陶瓷作为室内完成面或室外面层使用，到通过先进的建造手段（如CNC、3D打印）完成特殊化的陶瓷单元制作并进行组合。到现在，陶瓷已经能够作为一种热传导表皮运用到建筑表皮当中。正如MaP+S研究团队所强调的：“陶瓷材料体系在建筑材料系统之中所展现的潜力已经远远超出其自身在装饰或保护方面的作用。通过材料研究、计算机设计和数字化建造手段，陶瓷工艺的革新正使陶瓷转变为多功能运用的材料，并实施到永久性建筑或建造中去。”
2011 3D打印&定制拼贴
定制化仍旧是工业化生产陶瓷砖块的重大挑战，使用机器人技术加工陶瓷可以减少很多大规模生产的限制。这个研究集合了新的数字化工具，利用工业机器人工作单元实现陶瓷打印的过程。而传统工艺中，针对生产高定制化形状的陶瓷单元、其他陶瓷或者非陶瓷的单元生产，在相同的流程下，只能够大量定制化存在些许变化的产品，而利用机器人进行陶瓷打印则出现了更多的可能性。这次工作成果曾在2012年西班牙瓦伦西亚陶瓷展上展出。
机械臂定制化铺贴
同样是在2011年，MaPS在陶瓷材料的研究上实现了另一个项目，该项目关注于无法用手工完成的高复杂性瓷砖图案铺贴的制作工艺。研究了集成数字化工作流程的创新，原型铺贴工艺的测试以及和手工铺贴工艺花费的比较。
首先，利用犀牛软件平台对位图进行分析生成随机加权的图案。然后，集成代码生成器会自动跟随机图案进行编码，通过这些编码对机器工作单元进行操控。代码的模拟可以将工作路径可视化，同时模拟出消耗的成本和时间。该研究取代了传统手工瓷砖安装，将建造一体化提升至了一个新的高度。
通过随机加权生成图案
基于随机生成的图案规则对位图进行疏密分割，生成瓷砖图案
电脑模拟其中一块瓷砖切割的运行命令进行模拟操作
通过机械臂进行实物铺贴
最终完成瓷砖铺贴图案
2012 流动物质
传统建构中，要想搭建类似拱顶或曲面墙这类由陶瓷组成的复杂几何形状，需要通过使用错综复杂的脚手架和临时结构支撑实现，并由技艺高超的匠人完成。如今，建筑大环境的特征是日渐减少的工匠艺人和日渐增涨的劳动力价格。有鉴于此，先进的技术工具在工业环境中起到了将陶瓷建构转变为一个更快、更廉价以及更精确的工艺流程的作用。
这次研究项目的目标是提出对“黏土挤压”进行重新审视，并深入挖掘它在计算机设计和数字化建构的操作方法之后，将建造陶瓷结构进一步带入到当代生产语境中去。特别指出的是，结合了CNC控制的机械线切割的黏土挤压工序，能够满足连续生产大量的定制陶瓷单元，这些单元的形状由几何规则定义。由此产生的构造体系能够让我们通过建造过程了解这些单元的排列，从而使我们能够更简单、更精确地将他们组合在一起。
这次研究定义了规则接缝特性的生产工序，在设计、结构特性以及内部优化方面，能为这一代复杂的陶瓷结构带来的好处。它回顾了历史和当代的案例，学习这些几何形状组合的规则，启发了部件生产和住房建造的逻辑性，展现了一系列由机械技术发展的测试和原型，为了努力实现我们所展望的工业生产流程以及材料优化和耐久性方面在这个体系中所展现出来的优越性。
2013 机械化结构
由Linda Zhang和Jenny Hong所设计的陶瓷方案在2013年米兰（意大利）MADE世博会期间进行展出。被展出的原型是一个核心陶瓷单元，经过组合可以作为内部隔断的热辐射陶瓷屏。基于水的传热系统，可以使陶瓷单元达到制冷或制暖的效果，这是参考古代使用瓷砖作为柴火炉里面的传热界面而产生的想法。这个方案最早是由Martin Bechthold和Nathan King在2011年的CeramicsLAB课程中，作为一个课程方案发展而来。
陶瓷材料的线性结构转变
2013年另一个关于陶瓷的研究是基于Jared Friedman, Olga Mesa和Hea Min Kim（都是MDes技术专业15级的学生）关于陶瓷在建筑方面运用反思的讨论。MDes的学生已经将传统材料和现代工艺相结合从而创造出漂亮的、新颖的建筑表皮。这次研究是“材料系统：数字设计，制造工艺和研究方法”这门课的一个项目，这门课由Nathan King （DDes的导师）和Rachel Vroman（协同制造实验室负责人）在2013年春季开展。在MaP+S研发的机械技术的帮助，以及现在的材料工序和体系团体环境下，他们能够创造出一个精细编制的陶瓷表面，在其上可以产生出变化多样的图案。
2014 壳体系统
MaP+S在2014年瓦伦西亚的西班牙陶瓷展上完成了一个悬挂的陶瓷装置，该装置是本次展览的核心展示品。在瓦伦西亚贸易博览协会和ASCER（西班牙陶瓷制造商协会）的赞助下，这个陶瓷吊顶展示了一个当时正在研究的陶瓷/混凝土壳体结构系统的实体模型，该研究由DGR和奥地利格拉茨技术大学的结构设计学院共同参与。
将该装置完全张开成平面，是一个将近7.8m*4.5m的陶瓷甲板，被悬吊在展馆中心的横梁上。这个陶瓷甲板是由双曲面构成，并通过统一的单元构件组合完成的，而通常的双曲面都需要几种不同的单元构件进行组装。为了实现单元的简化，这些陶瓷单元预先被组装在了一起，借由单元之间的一定空隙，使其能够在双曲表面上进行覆盖时，消化其中的误差。装置被悬挂在离地3米高的位置，以确保公众能够通过不同的角度欣赏它。
2015 原型建构
“陶瓷原型”是一项正在进行的实验，针对在建构表现中制造具有特殊性质的新颖材料形态。在哈佛MaP+S团队的指导下，这个项目致力于研究最新一代轻薄的、大尺寸的瓷砖，这些瓷砖通常被运用在室内完成面或室外的面层。然而，这些材料能够运用在结构方面吗？
这项研究从3个完全不同的材料处理手法展开——切割、折叠以及弯曲——探索这些策略内在的可能性从而寻求制作出可以自我支撑的组合物件。
切割这一策略利用了数字建造设备和精确的计算机模型。独立的异型板片自身缺乏足够的刚度和稳定性实现自我支撑。但通过连接相互靠近的板片，便能够获得足够的刚度从而实现稳定结构。“切割装置”的装卸过程类似于像素组成，是通过一片片相邻的板片实现，这一操作改变了我们对“传统瓷砖”的观念。因此，平时不容易暴露的瓷砖边缘变成我们最关注的部分。
折叠这一策略利用了网格面，在瓷砖单元的背部进行结合，因此将功能的焦点从平滑的正面转向了无法被看见的背面。通过计算折叠线，使这些网格面相互之间能够像铰接一样连接在一起。这些瓷砖片就如同折纸一般，通过一种优雅的方式创造出一个大尺度的三维几何形状。MaP+S针对模块和单体的折叠形式都进行过研究，其中一些依赖于聚合的图案以实现稳定性，另外一些则通过插入刚性框架或加强折叠处的刚度来推导它们的结构逻辑。
由于陶瓷普遍都是易碎的，因此弯曲这一策略或许是最不切合实际的。通过小尺寸样品的测试发现，在冷弯条件下是可以对陶瓷进行弯曲，并且使材料具有弹性这一性质。弯曲使轻薄的瓷砖片内部产生预应力，为瓷砖本身提供了足够的刚度。通过技术连接相邻的独立弯曲瓷砖，可以形成一个无法想象的材料形式，这是违背传统瓷砖设计所期望的。
2016 挤压镶嵌
由MaP+S的研究者和学生们共同创作的这堵镶嵌墙，意在探讨新颖的陶瓷定制策略的可能性。这项技术涉及了自动化的激光挤压切割，使艺术般的挤压线条可以通过工业化的方式生产出来。这些陶瓷单元都是通过统一的模具制作而成，因此可以减少制作成本。
Wall A 包含了350个单元，共10种不同的类型。不同颜色表明不同的切断角度，每个颜色组里面也存在一些长度不同的单元，来实现特定的效果。Wall B则包含了28个不同的单元。
wall A
wall B
镶嵌墙尝试通过一种模块化的设计方式，研究以相互契合且具有装饰性的图案单元为主，组合成平整的、折叠的或者曲线墙组合的可能性。模块通过一个复杂的挤压模具生产而成。装有线切割头的机械臂可以被集成到生产系统中，在湿黏土挤压时，以定制的角度切除末端表面。或者，也可以在大型陶瓷挤压物烧结后使用CNC切割机进行切割。两种方式都可以通过一个低成本的陶瓷模块定制方式实现一个独特的三维表现效果，可控的视野、光线，甚至在墙面上加上必要的结构支撑。通过水泥可以将模块粘结成永久性的装置，或者晾干打磨之后进行简单的组合拆卸，如同2016年西班牙瓦伦西亚展览中心的装置一样。
在2016年西班牙瓦伦西亚展览中心展示的两面墙一共包含了700个陶瓷与元件，长度从15cm到60cm不等。多变的长度和切割角度产生了38个独特的单元，共同组成了这样一个装置。这些单元件可以被用在任何一面墙上，来创造一个独特的表面肌理，但整体看上去仍旧是在同一种建构体系下的装饰表达。
郑静云 同济大学建筑与城市规划学院硕士研究生
文字图片来源编译自：
http://research.gsd.harvard.edu/maps/
http://www.domusweb.it/en/news/2014/02/20/trans_hitos_2014.html
http://www.inmatteria.com/2016/02/18/in-review-ceramic-material-systems-in-architecture-and-interior-design/