重新激活，重新定向，重新排列：探索与黄杆菌直接交互的设计空间

文献标题

(Re)activate, (Re)direct, (Re)arrange: Exploring the Design Space of Direct Interactions with Flavobacteria

文献信息

• 主题领域: 人机交互 (HCI) 与微生物交互设计
• 关键词: 生物交互设计, 人机微生物交互, 直接交互, Flavobacteria, 结构色彩, 活体艺术品, 生物驱动设计, 微生物媒介

研究背景与问题

• 发现的问题或挑战:

  1. 当前科技的发展和与自然交互机会的减少，使人与自然渐行渐远，从而影响生态系统意识和人类福祉。
  2. 微生物已被整合到各种交互系统中，但大部分人机微生物交互是间接的，设计师缺乏探索直接交互的设计框架。
  3. 微生物响应的不可见性或时间尺度差异限制了人与微生物建立亲密和共生关系的潜力。

• 重要性: 探索直接人机微生物交互有助于重新连接人类与自然，增强环境意识，并推动设计出“培养生命文化”的新型活体人工制品，对抗环境危机和支持心理健康。

• 研究动机与相关工作:

  1. Flavobacteria 是一种新兴的、可产生结构光色的有机媒介，其响应独特且具有设计潜力。
  2. 现有的设计多关注间接交互，而直接交互，如无媒介的物理性互动，展示了促进人与微生物关联性（如共生关系）的可能性。
  3. 本研究立志通过探索像 Flavobacteria 这种新型媒介的直接互动机制，为 HCI 设计师提供新的灵感和功能性设计空间。

解决方案

• 方法或解决方案: 本研究提出一套“设计空间”：

  1. 探索 Flavobacteria 的互动属性，包括激活、引导以及重新排列其颜色的交互机制。
  2. 提出人机交互的创新方法，通过 “按压”(pressing)、“倾斜”(tilting) 和 “滑动”(swiping) 等人类操作直接影响 Flavobacteria 的颜色。

• 创新之处:

  1. 界定了直接交互的范畴：通过人体行为（如触摸、移动）直接作用于微生物，并以无需外部媒介的方式感知微生物变化。
  2. 初步建立了专注于 Flavobacteria 的“直接交互设计空间”，涵盖了基本栖息地架构、输入机制和人类输入方式等。
  3. 提出了通过色彩变化来反映人与微观生物关系的新型交互模式。

• 实施步骤及关键技术:

  1. 实验设置：在生物实验室中，以 Flavobacteria 为目标微生物，设计了一系列与按压、倾斜以及滑动相关的互动实验，在不同空间和时间尺度中采集数据和观察效果。
  2. 数据采集：使用摄影和摄像头拍摄微生物反应，并分析其生长模式、纹理和光色变化。
  3. 交互原型制作：设计开放/封闭式栖息装置（如可弯曲的薄膜盖子、生物培养皿）以支持测试。

研究成果

• 具体成果:

  1. 建立了一个概念性设计空间，展示了与 Flavobacteria 的三种直接交互方式：（1）激活其颜色、（2）引导其生长方向、（3）重新排列其光学结构。
  2. 研究验证了 Flavobacteria 的响应特性：
     • 按压实验：施加机械压力可以激活沉睡状态的 Flavobacteria，使其重新生成光学颜色。
     • 倾斜实验：变化角度可以在时间轴上重新引导 Flavobacteria 的生长和形态。
     • 滑动实验：滑动操作能干扰微生物光学结构，并诱导细胞重新组织。
  3. 提出了在日常生活及公共空间中利用 Flavobacteria 的概念应用，如服装 (FlavoToile)、互动地板 (FlavoTread) 和时间显示装置 (FlavoTempo)。

• 与现有解决方案相比的优势:

  1. 扩展了人机交互领域，将微生物作为交互主体，创新性地结合自然和数字世界。
  2. 不仅关注技术的控制和精准，还强调与生物体彼此关照的情感性互动。

• 实验或评估结果:

  • Flavobacteria 可在数分钟内响应干扰（如滑动），或在数天内调整其组织结构（如面对倾斜等输入），反映出微观生物特有的多样时间尺度。
  • 微生物的光彩变化可通过多角度观察捕捉，提供不需要额外数字化调节的直接互动反馈。

• 局限性与未来方向:

  1. 局限性：
     • 当前研究以实验室环境为主，尚未真正解锁生活化应用中的交互限制。
     • 实验受限于 Flavobacteria 的培养环境和空间限制，需进一步优化装置规模及交互频次。
  2. 未来方向：
     • 探索人-微生物间更大的样本交互，研究真实感知和情感反应。
     • 开发数字工具，以帮助设计师更好理解和利用 Flavobacteria 的动态特性。
     • 拓展实验至其他微生物种类，进一步验证直接交互模型的通用性。

总结

该研究初步探索了 Flavobacteria 在 HCI 中的应用潜力，并通过明确直接交互设计的核心原则和实验方法，为未来微生物驱动的设计以及人类与环境的深度互动开辟了新的道路。这一研究为科技与自然的交界点提供了新的视野，并重申了以多物种视角重新思考设计实践的重要性。