材料只能作为被动的构件而为人摆布吗？它会不会变成“活的”，可以感知环境、适应环境，并自我组装到一起？如果你对这些问题感兴趣，想预知材料领域的下一场重大变革，《新材料革命》是一本必读书。
麻省理工学院自组装实验室的创始人斯凯拉·蒂比茨，在本书中展示了材料领域新颖的设计和制造方法，表明了材料令人惊讶但仍未被开发的能力；利用看似使熵逆转的方法创造简单的材料“机器人”，通过编程使日常物体或环境“活”起来；挑战传统事物会随着时间流逝而分解的观念，认为物体可以随着时间变得更好；在不远的将来，我们将可以对材料进行编程，使其变得更活跃、更具适应性，并自我进化。

01 可编程，新材料的未来
新的工业革命——材料革命
可编程材料，材料的未来
02 建立数字化世界与物理世界共生的系统
材料计算， 一切材料都可以是计算介质
材料沟通，我们应与材料和电子设备合作
计算没有效率，但更有创意与活力
03 自组织，3个核心要素在无序中建立秩序
设计能量，让结构更好地实现平衡
塑造几何形状，使其能够聚合成所需的全局结构
智能作用力，将正确的部分持续连接在一起
04 精简即智能： 利用越少的材料做的事越多，系统就越智能
自我修复、调整或自调整，不断改进设计
冗余，助力构建一个健全的系统
改变消费者和品牌心态，创造活性产品
05 没有机器人系统的机器人
4D 打印，使部件从一种形状变为另一种形状
材料既是执行器，又是传感器
材料逻辑，嵌入结构中的逻辑机制
可打印的机器人，重新思考机器人的性能
智能衣物，超越复杂的解决方案
06 自下而上地建造，从头开始制造产品甚至环境
像蜂群一样，自下而上地建造
控制，放弃一点控制权会变得富有成效
破坏建筑，也可以是一种建设
07 自下而上地设计，与材料合作
始于材料，而不是设计本身
适应式设计， 一个产品不是在一开始就进行设计
08 逆转，再利用，再循环
定制化，重新定义设计和制造
模块化，像乐高一样的功能性活性材料
自我修复，让材料像皮肤一样具备自愈能力
自拆卸，通过温度、湿度或压力让它实现自分解
生长，制造更智能材料的逻辑延续
09 材料的未来正在演变
融合的学科
通用平台，帮助创建一个“制衡”系统
自我复制，信息从一代传递到另一代174
大规模物种形成
从材料到材料人工智能
致谢
参考文献

4D打印技术开创者、MIT自组装实验室负责人斯凯拉·蒂比茨开创之作。
探讨了设计材料的全部潜力，展示了开启新材料全新未来的途径。
科技预言家凯文·凯利、世界知名材料学家马克·米奥多尼克 联袂推荐！
湛庐文化出品。

《新材料革命》实事求是地证明了，类生物学
技术看似疯狂的想法并非不可能……蒂比茨将这一
宏大愿景写作成篇幅适中、可读性强的图书。“看
看会发生什么！”他说。我们也应该看看会发生什
么。
凯文·凯利
科技预言家、《失控》作者
《新材料革命》一书为我们展示了这样一个未
来，人工智能本身不是目的，而是我们所制造的产
品的构成要素。这个未来更加人性化，因为事物具
有共同的触感。在我看来，毫无疑问的是，材料科
学的未来存在于本书所描述的活性物质的发展当中
。
马克·米奥多尼克
世界知名材料学家，《迷人的材料》的作者
在斯凯拉·蒂比茨的理想世界中，道路、建筑
物和物体都是由活性材料制成的，它们的构成部分
以令人着迷的和谐形式结合、分解和重新组合。这
个世界几乎没有浪费，材料本身具有无穷无尽的新
形式和解决方案，以及测试和自我完善的能力。我
想去往这个世界。
保拉·安东内利
纽约现代艺术博物馆建筑与设计策展人
《新材料革命》是一本革命性的书，可以帮助
我们展望未来。斯凯拉·蒂比茨提供了新的设计可
能性，这些设计依赖于生物学原理来激活材料进行
自我组装。他的开创性方法正是我们探索火星和开
展其他太空任务所需要的。
达瓦·纽曼
麻省理工学院航空航天学教授
美国国家航空航天局前副局长
就像电子管和晶体管的材料创新在纳米尺度上
为摩尔定律在电子和计算领域发挥作用铺平道路一
样，蒂比茨的《新材料革命》为日常材料的操作规
则和功能在宏观尺度上的指数级改进制定了路线图
。
吉汉·阿玛拉西里瓦德纳
Ministry of Supply公司联合创始人、董事长
《新材料革命》这本引人入胜且文笔优美的书
将激励设计师、工程师和任何喜欢科普作品的人，
并且一定会激发科学界更广泛的研究。
尼古劳斯·科雷尔
科罗拉多大学计算机科学副教授

01 可编程，新材料的未来
早在18世纪初，英国木匠兼钟表匠约翰 · 哈里森 (John Harrison) 就解决了当时海员们面临的最为棘手的难题之一：如何在海上航行时 计算经度?这一问题对航海来说至关重要，而且一度让所有人觉得解 决它的希望渺茫，英国议会甚至提出可以为任何能找到实际解决办法 的人提供高额现金奖励。随着全球贸易的增加，海运越来越频繁，船 员们必须准确了解船只相对于地球水平轴的位置。由于受到海上恶劣 条件的干扰，计时器和导航设备不稳定且不可靠，所以，当时航海的方向极其不精确，因迷失方向而发生的沉船事故比比皆是。
科学家和其他人在试图解开这一谜题时，依靠的是天文学、数 学，甚至魔法。令人惊讶的是，哈里森的解决方法十分简单且巧妙。 他用木头、金属和其他简单的材料及零部件制作了一个“海上钟” (sea clock)。 这个海上钟能根据给定的参考位置可靠地记录时间，这样水手们就可以根据该时间与当地时间的差来计算自己的位置。大海不断运动，环境不断变化，机械钟表的误差不断累积，这些因素共同导致之前类似海上钟的发明尝试都失败了。但是哈里森考虑了材料的膨胀和收缩原理，将机械装置设计成能够自然地适应温度、压力、湿度和物理运动等的哪怕最微小的波动。作为一名技艺精湛的工匠，哈里森明白，无论天气如何恶劣、海上环境如何变化、设备如何移动，能够让海上钟长时间保持完美时间差的关键，就是材料能随外部条件动态变化且具有完美的适应性。
哈里森的发明又被称为航海计时仪，它不仅彻底改变了海上航行方式，还改变了我们研究材料的角度，使我们认识到材料能够以智能的方式来适应环境。哈里森演示了如何利用材料特性来解决众所周知的设计和工程问题。从那时起，日常生活中的众多新设备就都应用了这种基于材料的设计机制。例如，恒温器可以利用双金属结构来调节室温或保持发动机的安全运行温度；有些牙齿矫正器由镍钛诺制成，镍钛诺是一种镍钛合金，可以根据体温的变化将牙齿矫正到精确的位置；支架等救生医疗设备使用的也是双金属结构，可以从一种形状转变成另一种形状。此外，通过在高温下以加热和塑形方式在材料中“预先编程”,可以像设定人或机器的行为一样设定材料的行为。例如，当往人体内放置一个支架时，它会先处于非激活状态，以适应狭小的空间，而被体温激活后，又可变形成记忆形状并撑开血管。
然而，这种通过材料来实施简单、巧妙且具有变革性解决方案的方法，在很大程度上仍然局限于少数应用领域，目前还未得到广泛应用。自哈里森时代以来，我们已从以本地化工艺知识指导产品生产的社会，同时也是产品和环境与材料属性实现紧密内在联系的社会，转变为可实现工业化、标准化和规模化生产的社会。实际上，工业革命忽略了前几代人所熟知的材料知识。例如，工厂不再利用木材或金属 自身的材料属性，而是开始创建标准化组件，以减少异型件和非标件 的数量。我们不再依赖于个人的技能或知识，而是试图实现行业标准 化生产，甚至实现量产。这样做主要出于以下考虑：用原木和树枝建 造房屋，或用形状奇特的石料建造石墙非常困难，而用若干砖块或任 何长宽厚之比为4:2:1的材料建造建筑物却简单得多。同样地，随 着环境变化，人类与地球、雨水、太阳、风暴、潮汐变化或泥沙运动 等自然力量的关系，从和谐转变为了人类使用机器进行自上而下、蛮 力式地发号施令。我们可以在任何地方、任何环境下进行人工建造， 如填海造地、疏浚淤泥、引导水流。大部分生产制造、建筑设计和土 地使用的标准化，都是在试图对抗材料的动力学特性——尽量减少它 们的运动、提高它们抵抗环境力量(包括重力、温度变化、湿度变 化、振动、自然灾害等)的能力，其目标是更快地生产更多、更便宜和性能更优的产品。