HyperCell A Bio-inspired Design Framework for Real-time Interactive Architectures Jia-Rey Chang 01 2018 HyperCell A Bio-inspired Design Framework for Real-time Interactive Architectures Jia-Rey Chang Delft University of Technology, Faculty of Architecture and the Built Environment, Department of Architectural Engineering and Technology TOC abe.tudelft.nl Design: Sirene Ontwerpers, Rotterdam ISBN 978-94-6366-004-4 ISSN 2212-3202 © 2018 Jia-Rey Chang All right reserved. No part of the material protected by this copyright notice may be  reproduced or utilized in any form or by any means, electronic or mechanical, including  photocopying, recording, or by any information storage and retrieval system without  written permission of the author. TOC To my mother, Ling-Rong, my father, Jin-Fu, and my wife, Shu-Huang (Becky), who cares, loves, and always be there for me. TOC TOC Acknowledgements It is a great honor to acknowledge my deepest thanks to my promoter, Prof. Kas  Oosterhuis. Under his supervision, he gives me the visionary and the freedom to  explore my experimental research in Interactive Architecture. I am also grateful to my  co-promoter/daily supervisor, Dr. Nimish Biloria, who keeps constantly challenging my  mindset with loads of critical inspirations/discussions to assist me in accomplishing  my dissertation under his guidance. Many thanks to all my HyperBody colleagues I’ve been working with, especially to Vera  Laszlo, Marco Galli, Tian-tian, and Yu-Chou, for all the laughter, cares, and supports  during my Ph.D. life (especially in the lunchtime). And thanks to the Ph.D. fellows,  Achilleas Psyllidis and Sina Mostafavi, for sharing their critical thinking and knowledge.  Many thanks to Dr. Paul Mass for keeping feeding me all kinds of up-to-date and  useful knowledge via emails. A very special gratitude go out to all the students I’ve  been tutored who help me gain immense and priceless educational experiences and  allow me to learn/get inspired from their talents. I would also like to express my true  appreciation to my mentor and friends in Taiwan, who continuously reach out to me  just to be supportive and giving me warm concern, like Prof. Cheng-Chen Chen, Min- Chieh Chen, Mark Cheng, David Hsu…etc. Words cannot express how grateful I am to my beloved and incredible parents, without  their endless financial and mental supports, I will never manage to finish my Ph.D.  degree. It is so thankful to have them as my parents with their tremendous love. Last but not least, I would like to sincerely thank my lovely wife, Shu-Huang (Becky)  Chiu, of always being my biggest fan and the strongest and most supportive backing,  who gives me enormous courage, confidence, and inspirations to fearlessly move  forward to the end of my Ph.D. journey. TOC 8 HyperCell TOC 9 Contents Contents List of Figures     15 Summary     21 Samenvatting     25 1 Introduction     29   1.0  Structural Introduction 29   1.1  Background and Problem Statement     29   1.2  Research Questions     32   1.3  Research Objective     37   1.4  Research Methodology and Proof of Concept     39   1.5  Research Outline     40 2 From Interactive to Intra-active Body:  Towards a New Organic Digital Architecture     47   2.0  Background: The Origin of Interactive Architecture     47   2.1  De-Skinning of Interactive Architecture     53   2.2  Materialization of Interactive Architecture     58   2.3  Immediate Demands and Bodily Connection/Communication  of Interactive Bio-Architecture     62   2.4  Bio-Inspiration of Interactive Architecture     66 TOC 10 HyperCell   2.5  Organic Bodies for Interactive Architecture (from cell to Body)     69   2.6  From Interactive to Intra-Active Architecture (from  Inter-activeness to Intra-activeness)     74   2.7  Conclusion     78 3 Information Processor - Digital Form with Computational Means     81   3.0  Introduction     81   3.1  FORM SCULPTOR     85   3.2  FORM GENERATOR     88   3.3  FORM ANIMATOR     91   3.4  FORM INTERACTOR     94   3.4.1  Internal Interaction     95   3.4.2  External Interaction     97   3.5  Conclusion     101 4 Body Conjunction = Wavering Between Actual and Virtual Spaces     105   4.1  From Body Measurement to Body Extension to Body without Organ     105   4.2  You are in a Virtual Reality more frequently than you know     112   4.3  From InterFACE to interACT: Merging Layers of (Sur)faces     127 TOC 11 Contents   4.4  Body and Brain vs. Machine and Computer under the  discourse of Interactive Architecture     131   4.4.1  Materialize the Body: “to Motorize or to Naturalize”, that is the question     133   4.4.2  Build up the Brain: From Decentralization to Collective Intelligence     138   4.5  Conclusion     140 5  Defining a Novel Meaning of the New Organic Architecture     143   5.0  Current Developments and Trends of Bio-inspired/Organic Architecture.     143   5.1  Morphological     144   5.1.1  Morphological Development 0     144   5.1.2  Morphological Development I     145   5.1.3  Morphological development II     146   5.2  Material     149   5.2.1  Materialization with Algorithms     149   5.2.2  Materialization with Real Organs     151   5.2.3  Materialization, Biomimicry, and digital fabrication technologies     153   5.3  Behavioral 157   5.3.1  More Than Form Finding     157   5.3.2  A Swarm of Smart Autonomous Entities     157   5.3.2.1  Autonomous as Transportation and Assembly     158   5.3.2.2  Autonomous as Mobile/Transformable Components in Architectural Design     159   5.3.2.3  A vision of Autonomous Emergent Systems     160   5.4  From Static to Dynamic Optimization     162 TOC 12 HyperCell   5.5  EVO-DEVO (Evolutionary Development Biology), the  Inspiration of New Organic Bio-Architecture     164   5.5.1  Simple to Complex     165   5.5.2  Geometric Information Distribution     166   5.5.3  On/off Switch & Trigger     167   5.6  Conclusion     169 6 HyperCell: A Bio-inspired Design Framework for  Real-time Interactive Architectures     173   6.1  Architecture as Body     173   6.2  The Integration of Digital Architecture = Living Interactive  Architecture = New Organic Bio-Architecture     176   6.3  Translating Principles from Evolutionary Development  Biology to Organic Bio-Architecture Designs.     179   6.3.1  From “Simple to Complex” to “Componential System”     181   6.3.2  From “Geometric Information Distribution” to “Collective Intelligence”     181   6.3.3  From “On/off Switch and Trigger” to “Assembly Regulation”     182   6.3.4  Living Creature-like Architecture = Componential System +  Collective Intelligence + Assembly Regulation     183   6.4  The crucial and immediate demands of developing real- time re-configuring space as a living creature     185   6.5  A Series of Experiments with the HyperCell System:     188   6.5.1  HyperCell Geometric Principles and technical interpretation:     189   6.5.2  The Applications of a HyperCell Furniture System and Future Evolution     191   6.5.3  A Series of Developments with HyperCell     195 TOC 13 Contents   6.6  Brief Conclusion     201   6.7  Living creature-like space with its own intelligence and behavior     202   6.7.1  Ambiguous Topology     204   6.7.2  HyperLoop, an Intra-active Pavilion     213   6.8  Conclusion     222 7 Conclusion and Future Recommendation     225   7.1  Conclusion     225   7.1.1  Information     226   7.1.2  Improvisation     227   7.1.3  Integration 228   7.1.4  Intelligence = information + improvisation + integration     229   7.2  Future Recommendation:     230   7.2.1  Software     230   7.2.2  Hardware     232   7.2.3  Design Thinking     233 Appendix     235 Curriculum Vitae     247 Publications     249 TOC 14 HyperCell TOC   15  List of Figures List of Figures 1.1   Overview of the Research Framework  Map.    45 2.1  Archigram has published several pamphlets  about its design ideas and ideals. Their  concepts are often expressed through very  stylish collages. This picture here is titled  Tuned Suburban, showing the urban design  concept for the Triennale di Milano in 1968.  In this image, the spatial units of architecture  are designed by pre-cast mass production  which can be purchased in advance and  attached to the existing building to perfectly  complete users’ requirements (source: http:// balticplus.uk/tuned-suburb-c5797/).    48 2.2  Left: Walking City (1964) (source: https:// www.archdaily.com/tag/archigram) and  right: Cushicle (1966) (source: http:// archigram.westminster.ac.uk/project. php?id=92).    50 2.3  The perspective drawing of Fun Palace  (1966), proposed by Cedric Price in 1961  (source: http://www.cca.qc.ca/en/ collection/283-cedric-price-fun-palace).    51 2.4  The Bordeaux House Plan by Rem Koolhaas  with an elevator in the center for the owner  who was unable to move freely to go to any  floor at will which completed the functions  of each floor as it reached that floor (source:  http://www.oma.eu/projects/1998/ maison-%C3%A0-bordeaux/).    52 2.5  A scene from Blade Runner (source: Blade  Runner, a 1982 movie directed by Ridley  Scott).    53 2.6  From left to right: Al Bahr Towers in Abu Dhabi  by AEDAS (source: http://www.thenational. ae/business/property/in-pictures-interna- tional-property-awards-success-for-uae-de- velopments), Arab World Institute in Paris by  Jean Nouvel (source: http://www.archdata. org/buildings/12/arab-world-institute),  and Tower of Winds in Yokohama by Toyo  Ito (source: https://en.wikipedia.org/wiki/ Toyo_Ito).    55 2.7  HypoSurface designed in 2003 by deCoi, let by  Mark Goulthrope (source: https://www.cca. qc.ca/en/events/3425/archaeology-of-the- digital-media-and-machines).    56 2.8  Transport, designed in 2000 by the ONL led  by Kas Oosterhuis (source: http://www.onl. eu/?q=projects/trans-ports).    57 2.9  The hygroscope in the Centre  Georges-Pompidou designed by the ICD team  led by Achim Menges (source: http://www. achimmenges.net/?p=5612).    59 2.10  inFORM/TRANSFORM developed by the  Tangible Media Group under the MIT Media  Lab. The graph on the left shows the surface  effect, and the one on the right shows the  structure of the mechanical device (source:  http://tangible.media.mit.edu/project/ inform/).    60 2.11  TURNON designed by the AllesWirdGut team,  an experimental work of a residence. The  rotating wheel-shaped space can meet users’  demands according to time (source: http:// www.alleswirdgut.cc/en/project/trn-e/).    62 2.12  Image of the conceptual idea of cityHome by  MIT Media Lab (source: http://cp.media.mit. edu/places-of-living-and-work/)    64 2.13  Strandbeest designed by Theo Jansen (source:  http://roskofrenija.blogspot.nl/2012/10/ theo-jansen-strandbeest-kineticke.html)    67 2.14  The Hylozoic Series designed by Philip  Beesley, an organic space like nature (source:  http://www.philipbeesleyarchitect.com/ sculptures/1117_City_Gallery_Wellington/ index.php).    69 2.15  An illustration of how the growing process of  organisms can be applied to architecture in  the HyperCell research study.    71 List of Figures TOC 16 HyperCell 2.16  Possible variable furniture created by  adjusting numbers and parameters like DNAs  based on the transformation make-up of  HyperCells.    72 2.17  A space created by the interactive projection  platform designed by the HyperBody Research  Group (Jia-Rey Chang and Nimish Biloria) and  Dieter Vandoren where visitors had to try to  twist their body to complete different effective  movements to interact with the swarm of  units displayed by the beams.    75 2.18  HyperLoop, a transformable pavilion  space the HyperBody Research Group  aims to implement, with all nodes being  transformable and the sensors on the nodes  being able to communicate for the purpose  of spatial feedback. Please refer to the video:  https://vimeo.com/117388146.    77 2.19  A scaled mechanical prototype model of  HyperLoop.    77 3.1  Left: Course in Airplane Lofting, Burgard High  School, Buffalo, NY, USA, January I, 1941.  Right: Picture of People working on Airplain  Lofting(source: http://cornelljournalofar- chitecture.cornell.edu/read.html?id=74,  https://i.pinimg.com/736x/0e/79/ bb/0e79bbaa467027c649fd7452afb0cfe3. jpg).    83 3.2  Introducing and Demoing the Sketchpad  to the general public on a TV program.  (source: https://www.youtube.com/ watch?v=USyoT_Ha_bA).    87 3.3  A drawing showing the usage of the  perspective drawing instrument invented by  Albrecht Dürer in the 15th century (source:  https://commons.wikimedia.org/wiki/ File:Duerer_Underweysung_der_Messung_ fig_001_page_181.jpg )    89 3.4  Analyzing the various morphology of animals  using deformable grids by D’arcy Thompson  (source: On Growth and Form, The Complete  Revised Edition, New York: Dover Publications,  Inc., 1992).    92 3.5  Images exhibiting the swarm idea either  in nature or in the film. A swarm is a group  of animals that aggregate and travel in the  same direction(https://en.wikipedia.org/ wiki/Swarm_(disambiguation)). From  left to right: a swarm of insects, a school  of fish, a group of agent Smiths in the  Matrix (source from left to right: http:// www.ayni.institute/swarm, http://www. dailymail.co.uk/news/article-2834570/ Divers-caught-middle-huge-school-fish- snap-selfies-them.html, and http://movies. stackexchange.com/questions/27942/ is-there-a-trope-for-a-pile-on-fight).    99 4.1  Diagram outlining the process of relationship  changing between the desired machines and  the Body Without Organs from left to right  and to the bottom. DM = Desire Machine,  BWO = Body Without Organs. Body Without  Organs initiates with the action of repelling  the Desire Machines but ends up morphing as  a slippery smooth surface attaching with them  as a boundless network.    110 4.2  A diagram illustrating the conceptual idea of  “Brain in a vat”.    120 4.3  Diagram exhibiting the idea of space that in  current condition has blended the virtual and  the reality as a whole. In other words, there  is no sharp boundary between VR and Reality  within the omnipresent Internet.    121 4.4  Pokémon GO is an augmented reality game  where the player as a Pokémon GO trainer has  to catch the wild Pokémon monsters in order  to battle with other players. The innovation of  Pokémon GO is that it combines augmented  reality technology and the GPS system to  makes players sense the virtual monsters  vividly as they actually live in Reality (source:  Niantic/Nintendo, http://blogs-images. forbes.com/insertcoin/files/2016/07/ pokemon-go-list1-1200x682.jpg ).    125 4.5  Image captured from Keiichi Matsuda’s  animation project “Hyper-Reality” showing  an augmented reality scenario in a  supermarket.    128 TOC 17  List of Figures 4.6  A simulation image showing the navigating  process by free-hand gestures with the sensor  of “Soli” developed by Google ATAP (source:  Google ATAP Soli project, https://2po- baduekzw9jt9a-zippykid.netdna-ssl. com/wp-content/uploads/2015/10/ google-project-soli.png )    130 4.7  Images of “HyperSurface” project by deCoi  exhibiting the scale on the left, the details  from the backside on the right top, and  the component of each actuating element  on the right bottom (source from left to  right: http://fluxwurx.com/installation/ wp-content/uploads/2011/01/ PR_2003_hyposurface_001_p.jpeg, http:// www.mediaarchitecture.org/wp-content/ uploads/sites/4/2006/06/PR_2003_ hyposurface_002_p.jpg, and http://www. mediaarchitecture.org/wp-content/uploads/ sites/4/2006/06/digi1gn.jpg).    133 4.8  The images of the “HygroSkin” on the Left and  the “ShapeShift” on the right (source from  left to right: ICD: http://icd.uni-stuttgart. de/?p=9869, and see the Materiability  Research Network: http://materiability.com/ shapeshift/).    136 5.1  Turing Pavilion by Biothing (Alisa Andrasek  + Jose Sanche) cooperating with Dshape  Italy based on the Reaction-Diffusion  algorithms (source: Biothing, https://vimeo. com/20873694).    148 5.2  Bone chair by Joris Laarman (source: Joris  Laarman LAB, http://www.jorislaarman.com/ work/bone-chair/, the optimization process  can be observed in the same webpage.).    150 5.3  Image on top is the design project “Syncretic  Transplants” of Tobias Klein under the  guidance of Marcos Cruz. The bottom image  is the “gaming console” derived from the  film, the “eXistenZ” (source from top to  bottom: UCL Bartlett, https://www.bartlett. ucl.ac.uk/architecture/research/projects/ neoplasmatic-design, and http://acidemic. blogspot.nl/2015/01/death-to-realism-ex- istenz-oculus-rift.html.    151 5.4  Neri Oxman’s Gemini (source: Neri Oxman,  http://www.materialecology.com/projects/ details/gemini#prettyPhoto).    153 5.5  Flight Assembled Architecture by Gramazio  & Kohler (source: ETHZ, Gramazio & Kohler  Research and Institute for Dynamic Systems  and Control, http://www.idsc.ethz.ch/ research-dandrea/research-projects/archive/ flying-machine-enabled-construction.html  )    158 5.6  Diagrams illustrating the fundamental  principles extracted from Evo-Devo by this  research. “Simple to Complex” referring to the  modular elements idea of constructing animal  bodies; “Geometric Information Distribution”  indicating the internal communication  globally as a Fate Map system, or locally as  neighboring distribution protocols; “On/ Off Switch & Trigger” implying the essential  logic of building complex animal bodies by  following relatively simple rules as an On/ Off (0 and 1) logic to produce proteins as  demanded.    169 6.1  Diagram illustrating the analog comparison  as a conceptual design idea of having an  “Evolving Architecture” akin to natural  growing processes. The mature architecture  body would be as a human figure ultimately  interacting with the surrounding environment  and additionally fulfilling the user’s demands  as functional requirements.    174 6.2  Diagram detailing the generic idea of  HyperCell: A Bio-inspired Design Framework  for Real-time Interactive Architectures.    180 6.3  Process of collective decision making through  local level adaptive components to the  emergent optimized body for the information  distribution idea within the logic of  self-organization and swarm intelligence.    182 6.4  Diagram portraying possible DNA logic  implemented in architectural design as a set  of relationships instead of parameters merely  for form generation.    184 6.5  Diagram illustrating how the computer  sees us from the left derived from the  publication of “Physical Computing: sensing  and controlling the physical world with  computers”, and on the right-hand side  exhibiting how this research would like the  HyperCell components to possess essential  intelligence.    186 TOC 18 HyperCell 6.6  A) Degrees of freedom in terms of dimensions.  B) True mirror function. C) False mirror  function. D) An Example of True & False  regulation between cells.    189 6.7  Diagram illustrating the bottom-up  communication protocols and how it  influences the real-time morphology of the  architectural element (wall in this case)  owing to users’ demands using the swarm  intelligence logic.    191 6.8  Diagram showing types of table variations  also as an example for forming the furniture  in accordance with the logic of Logic-DNA  and Dimension-DNA as this research  developed.    192 6.9  Diagram illustrating the conceptual idea  of having different reconfiguration and  combinations of the furniture system as  various spatial usages metaphorically  representing different species. (I.e. From left  to right: private working space to office space;  Human being to Panther).    193 6.10  The first generation of HyperCell component  on top, and a Duchamp Wall project following  the same logic with more diversity of the  morphing patterns.    196 6.11  HyperCell 2.0 Furniture applications such  as HyperCell Walls that can reconfigure  (transform into) Seats, Counters, Ramps,  Waiting Partitions, and Encountering Meeting  Spots as multi-functional partitions owing to  diverse time slots and users’ demands.    197 6.12  A 3D Diagram exhibiting the collections of  the transformable furniture system made of  “HyperCell” components as a catalog. These  are variations but can include more diversity  in terms of form and usage. The catalog with  L-DAN and D-DNA is found in Appendix i.    198 6.13  Top image shows the concept of virtual slider  and button in accord with hand gestures.  Bottom image records the utilization of  the HyperCell interface in real physical  space (see the video here: https://vimeo. com/68836252).    199 6.14  Images exhibiting the Virtual Reality  Space built up by transformable HyperCell  components which is able to interact with  the users in real-time as an immersive  spatial experience by utilizing the  Processing real-time simulation and motion  tracking technology cooperating with  Microsoft Kinect (Please check the video  for more understanding: https://vimeo. com/78387283 ).    201 6.15  Image of “Ambiguous Topology”.    204 6.16  Diagrams showing basic principles and setup  for 3-Dimensional geometry realization based  on the volumetric projection system.    205 6.17  Diagrams of Craig Reynold’s swarm behavior  principles for the flocking simulation;  separation, alignment, and cohesion. (http:// www.red3d.com/cwr/boids/).    207 6.18  Diagram showing the interactive loop of data  streams.    208 6.19  Images showing different modes of the  Ambiguous Topology experience with scenes  of “Follow”, “Spike”, “Disturb”, “Attract”,  and “Nurbs” mode from top to bottom with  photos taken on the left and simulations on  the right side.    209 6.20  HyperLoop pavilion simulation by V-Rep.    214 6.21  The real-time morphology simulation of  HyperLoop acting by embracing and repelling  movement among the people surrounding it  by V-Rep.    215 6.22  Diagram explaining the mechanical loop  structure concerning the capability of the  joint against gravity: NO.1 joint staying on  the ground can possibly hold NO.2 and NO.3  joints in the Air but NO.4 joint would have  to stay on the ground in order to support the  structural stability.    216 6.23  Diagrams illustrating the flexibilities and the  rotation axis of the joint design at the initial  experiment stage. The bottom is the photo of  the 3D printing prototype embedded with 2  servo motors as the rotating actuators.    219 TOC 19  List of Figures 6.24  Images exhibiting the simulations and the  photos of the 3D printing joint as scale  models for examining the flexibility of the  pavilions. The sphere shape of the joint  reduces one directional rotation to make it  functionally more impactful and efficient and  also relatively more protectable for the device  when embedded into the joint against the  friction while making the morphology of the  whole structure.    220 6.25  Images exhibiting the simulations, the  prototype scale model of the HyperLoop  pavilion, and a closer look at the joint design  and prototype.    222 TOC 20 HyperCell TOC 21  Summary Summary “…The body says what words cannot...” Martha Graham This pioneering research focuses on Biomimetic Interactive Architecture using  “Computation”, “Embodiment”, and “Biology” to generate an intimate embodied  convergence to propose a novel rule-based design framework for creating organic  architectures composed of swarm-based intelligent components. Furthermore, the  research boldly claims that Interactive Architecture should emerge as the next truly  Organic Architecture. As the world and society are dynamically changing, especially in  this digital era, the research dares to challenge the Utilitas, Firmitas, and Venustas of  the traditional architectural Weltanschauung, and rejects them by adopting the novel  notion that architecture should be dynamic, fluid, and interactive. This project reflects  a trajectory from the 1960’s with the advent of the avant-garde architectural design  group, Archigram, and its numerous intriguing and pioneering visionary projects.  Archigram’s non-standard, mobile, and interactive projects profoundly influenced  a new generation of architects to explore the connection between technology and  their architectural projects. This research continues this trend of exploring novel  design thinking and the framework of Interactive Architecture by discovering the  interrelationship amongst three major topics: “Computation”, “Embodiment”, and  “Biology”. The project aims to elucidate pioneering research combining these three  topics in one discourse: “Bio-inspired digital architectural design”. These three major  topics will be introduced in this Summary. “Computation”, is any type of calculation that includes both arithmetical and non- arithmetical steps and follows a well-defined model understood and described as,  for example, an algorithm1. But, in this research, refers to the use of data storage,  parametric design application, and physical computing for developing informed  1 Please refer to the website: https://en.wikipedia.org/wiki/Computation for further understanding of “Compu- tation.” TOC 22 HyperCell architectural designs. “Form” has always been the most critical focus in architectural  design, and this focus has also been a major driver behind the application  computational design in Architecture. Nonetheless, this research will interpret the term  “Form” in architecture as a continual “information processor” rather than the result  of information processing. In other words, “Form” should not be perceived only as an  expressive appearance based computational outcome but rather as a real-time process  of information processing, akin to organic “Formation”. Architecture embodying kinetic  ability for adjusting or changing its shape with the ability to process the surroundings  and feedback in accordance with its free will with an inherent interactive intelligent  movement of a living body. Additionally, it is also crucial to address the question of  whether computational technologies are being properly harnessed, if they are only  used for form-generating purposes in architecture design, or should this be replaced  with real-time information communication and control systems to produce interactive  architectures, with embodied computation abilities? “Embodiment” in the context of this research is embedded in Umberto Eco’s vision on  Semiotics, theories underlying media studies in Marshall McLuhan’s “Body Extension”  (McLuhan, 1964), the contemporary philosophical thought of “Body Without Organs”  (Gilles Deleuze and Félix Guattari, 1983), the computational Logic of ‘Swarm Behavior’  and the philosophical notion of “Monadology” proposed by Gottfried Leibniz (Leibniz,  1714). Embodied computation and design are predominant today within the wearable  computing and smart living domains, which combine Virtual and Real worlds.  Technical progress and prowess in VR development also contribute to advancing 3D  smart architectural design and display solutions. The proposed ‘Organic body-like  architectural spaces’ emphasize upon the realization of a body-like interactive space.  Developing Interactive Architecture will imply eliciting the collective intelligence  prevalent in nature and the virtual world of Big Data. Interactive Architecture shall thus  embody integrated Information exchange protocols and decision-making systems in  order to possess organic body-like qualities. “Biology”, in this research explores biomimetic principles intended to create purpose- driven kinetic and organic architecture. This involves a detailed study/critique of  organic architecture, generating organic shapes, performance optimization based  digital fabrication techniques and kinetic systems. A holistic bio-inspired architecture  embodies multiple performance criteria akin to natural systems, which integrate  structural, infrastructure performances throughout the growth of an organic body.  Such a natural morphogenesis process of architectural design explores what Janine  TOC 23  Summary M. Benyus described as “learning the natural process”2. Profoundly influenced by  the processes behind morphogenesis, the research further explores Evolutionary  Development Biology (Evo-Devo) explaining how embryological regulation strongly  affect the resulting formations. Evo-Devo in interactive architecture implies the  development of architecture based on three fundamental principles: “Simple to Complex”, “Geometric Information Distribution”, and “On/Off Switch and Trigger.” The research seeks to create a relatively intelligent architectural body, and the tactile  interactive spatial environment by applying the extracted knowledge from the study of  the aforementioned principles of Evo-Devo in the following fashion: A Extract a Self-Similar Componential System based approach from the “Simple to  Complex” principle of Evo-Devo B Extract the idea of “Collective Intelligence” from “Geometric information Distribution”  principle of Evo-Devo C Extract the principle of “Assembly Regulation” from “On/Off switch and trigger”  principle of Evo-Devo The “HyperCell” research, through an elaborate investigation on the three  aforementioned topics, develops a design framework for developing real-time adaptive  spatial systems. HyperCell does this, by developing a system of transformable cubic  elements which can self-organize, adapt and interact in real-time. These Hypercells  shall comprise an organic space which can adjust itself in relation to our human bodies.  The furniture system is literally reified and embodied to develop an intra-active space  that proactively provokes human movement. The space thus acquires an emotive  dimension and can become your pet, partner, or even friend, and might also involve  multiple usabilities of the same space. The research and its progression were also had  actively connected with a 5-year collaborative European Culture project: “MetaBody”. The research thus involves exploration of Interactive Architecture from the following  perspectives: architectural design, digital architectural history trajectory, computational  technology, philosophical discourse related to the embodiment, media and digital culture,  current VR and body-related technology, and Evolutionary Developmental Biology.  2 Janine Benyus, a biologist, who coined the term, “biomimicry”, has stated there are three different levels of  learning from nature: one is to mimic the natural form of organisms; second is to study and apply the natural  process of organisms; the last is to fuse into the eco-system of the nature. See: https://www.ted.com/talks/ janine_benyus_biomimicry_in_action TOC 24 HyperCell “HyperCell” will encourage young architects to pursue interdisciplinary design  initiatives via the fusion of computational design, embodiment, and biology for  developing bio-inspired organic architectures. References Gilles Deleuze and Félix Guattari. (1983). Anti-Oedipus. Minneapolis: University of Minnesota Press . Leibniz, G. W. (1714). Monadology. (J. Bennett, Trans.) Retrieved from http://www.earlymoderntexts.com/ assets/pdfs/leibniz1714b.pdf McLuhan, M. (1964). Understanding Media: The Extensions of Man. New York: McGraw-Hill. TOC   25  Samenvatting Samenvatting “ …The body says what words cannot...” Martha Graham Dit pionierende onderzoek is gericht op Biomimetische Interactieve Architectuur  waarbij “Computatie”, “Belichaming” en “Biologie” worden gebruikt om een intieme  belichaamde toenadering te creëren voor het introduceren van een ontwerpkader dat  is gebaseerd op nieuwe regels. Hiermee kunnen organische architecturen worden  gecreëerd die bestaan uit zwermintelligentie-componenten. Verder beweert het  onderzoek vastberaden dat Interactieve Architectuur de volgende daadwerkelijk  Organische Architectuur dient te zijn. Terwijl de wereld en de maatschappij, zeker in  deze digitale tijd, dynamisch veranderen, daagt het onderzoek de Utilitas, Firmitas  en Venustas van de traditionele architecturale Weltanschauung uit, en verwerpt  het deze door de nieuwe notie dat architectuur dynamisch, fluïde en interactief  dient te zijn aan te nemen. Dit project reflecteert een traject van de jaren 60 met  de komst van de architecturale avant-garde ontwerpgroep Archigram en de vele  intrigerende en baanbrekende visionaire projecten. De uitzonderlijke, mobiele en  interactieve projecten van Archigram hebben een nieuwe generatie architecten grondig  aangespoord om de connectie tussen technologie en hun architecturale projecten te  verkennen. Dit onderzoek bouwt voort op deze trend van de verkenning van de nieuwe  ontwerpdenkwijze en het kader van Interactieve Architectuur door de onderlinge  samenhang tussen drie belangrijke onderwerpen te onderzoeken: “Computatie”,  “Belichaming” en “Biologie”. Het is het doel van het project om baanbrekend  onderzoek te verhelderen door deze drie onderwerpen in één discours te behandelen:  “Bio-geïnspireerd architecturaal ontwerp”. Deze drie belangrijke onderwerpen worden  in deze Samenvatting geïntroduceerd. TOC 26 HyperCell “Computatie” slaat op iedere berekening waarin zowel rekenkundige als niet- rekenkundige stappen worden genomen en volgt een goed gedefinieerd model dat  bijvoorbeeld begrepen en beschreven kan zijn als een algoritme3. In dit onderzoek  verwijst het naar het gebruik van dataopslag, parametrische ontwerptoepassingen  en fysiek computerwerk voor het ontwikkelen van geïnformeerde architecturale  ontwerpen. “Vorm” heeft altijd de meest kritieke focus gehad in het architecturale  ontwerp en deze focus is ook een grote drijfveer geweest voor het toegepast  computationeel ontwerp in Architectuur. Desalniettemin zal dit onderzoek de term  “Vorm” in de architectuur interpreteren als een continue “informatieverwerker”, in  plaats van als het resultaat van informatieverwerking. In andere woorden dient “Vorm”  niet alleen als een uitdrukkelijk op verschijning gebaseerde rekenkundige uitkomst  te worden gezien, maar meer als een real-time proces van informatieverwerking,  verwant aan organische “Formatie”. Het betreft architectuur met kinetisch vermogen  voor het aanpassen of veranderen van de vorm met de mogelijkheid om de omgeving  en feedback te verwerken in overeenstemming met de vrije wil gecombineerd  met een ingebouwde interactieve intelligente beweging van een levend lichaam.  Daarnaast is het ook van cruciaal belang om de vraag te behandelen of computationele  technologieën goed worden benut, of ze alleen worden gebruikt voor vorm- genererende doelen in het architecturaal ontwerp, of vervangen dienen te worden voor  real-time informatie communicatie- en controlesystemen om interactieve architectuur  te produceren met belichaamde berekeningsmogelijkheden. “Belichaming” ligt in de context van dit onderzoek verankerd in Umberto Eco’s visie op  Semiotiek, theorieën die ten grondslag liggen aan mediastudies in “Body Extension” (McLuhan, 1964) van Marshall McLuhan, de eigentijdse filosofische gedachte van  “Body Without Organs” (Gilles Deleuze en Félix Guattary, 1983), de computationele  logica van ‘Zwermgedrag’ en de filosofische notie van “Monadologie”, voorgesteld door  Gottfried Leibniz (Leibniz, 1714). Belichaamde berekening en ontwerp overheersen  tegenwoordig binnen de draagbare computationele en Smart-Living domeinen, welke  Virtuele en Werkelijke werelden combineren. Technische vooruitgang en bekwaamheid  in de VR-ontwikkeling dragen ook bij aan geavanceerd 3D smart-architecturaal  ontwerp en display solutions. De voorgestelde ‘Organische lichaamsachtige  architecturale ruimten’ benadrukken de realisatie van een lichaamsachtige  interactieve ruimte. Interactieve Architectuur ontwikkelen omvat het opwekken van de  collectieve intelligentie die voorkomt in de natuur en de virtuele wereld van Big Data.  Interactieve Architectuur zal dus geïntegreerde Informatie-uitwisselingsprotocollen en  keuzesystemen belichamen om zo organische lichaamsachtige kwaliteiten te bezitten. 3 Zie de website: https://en.wikipedia.org/wiki/Computation voor verder uitleg over “Computatie.” TOC 27  Samenvatting “Biologie” verkent in dit onderzoek biomimetische principes bedoeld om doelgerichte  kinetische en organische architectuur te creëren. Dit omvat een gedetailleerde  studie/evaluatie van organische architectuur. Hierin worden organische vormen,  op prestatie-optimalisatie gerichte digitale fabricatietechnieken en kinetische  systemen gegenereerd. Holistische bio-geïnspireerde architectuur belichaamt  meerdere prestatiecriteria verwant aan natuurlijke systemen, welke structurele  infrastructuurprestaties in de groei van een organisch lichaam integreren. Zo’n  natuurlijk morfogeneseproces van architecturaal ontwerp verkent wat Janine M Benyus  omschreef als “het natuurlijke proces leren” 4. Diepgaand beïnvloed door de processen  achter morfogenese verkent het onderzoek de Evolutionaire Ontwikkelingsbiologie  (Evo-Devo) verder, waarbij het uitlegt hoe embryologische regulatie de uiteindelijke  formaties sterk beïnvloedt. Evo-Devo in interactieve architectuur impliceert de  ontwikkeling van architectuur gebaseerd op drie fundamentele principes: “Simpel tot Complex”, “Geometrische Informatie Verdeling” en “Aan/Uit Schakelaar en Trigger.” Het onderzoek wil een relatief intelligent architecturaal lichaam en een tactiele  interactieve ruimtelijke omgeving creëren door de gewonnen kennis uit de studie op de  bovengenoemde principes toe te passen op de volgende manier: A Een benadering verkrijgen die is gebaseerd op een Zelfgelijkend Componentieel Systeem uit het “Simpel tot Complex” principe van Evo-Devo B Het idee van “Collectieve Intelligentie” verkrijgen uit het “Geometrische  informatiedistributie” principe van Evo-Devo C Het principe van “Montageregulatie” verkrijgen uit het “Aan/Uit schakelaar en trigger”  principe van Evo-Devo Het “HyperCell” onderzoek ontwikkelt een ontwerpkader voor het ontwikkelen van  real-time adaptieve ruimtelijke systemen door middel van een uitgebreid onderzoek  naar de drie bovengenoemde onderwerpen. HyperCell doet dit door een systeem van  transformeerbare kubische elementen te ontwikkelen die zichzelf kunnen organiseren,  zich kunnen aanpassen en kunnen interacteren in real-time. Deze Hypercells zullen  een organische ruimte omvatten die zich kan aanpassen aan onze menselijke  lichamen. Het systeem is letterlijk geverifieerd en belichaamd om een intra-actieve  ruimte te ontwikkelen die menselijke beweging proactief opwekt. Deze ruimte krijgt  dus een emotionele dimensie en kan uw huisdier, partner, of zelfs vriend worden en  4 Janine Benyus, een biologe die de term “biomimicry” heeft bedacht, stelt dat er drie verschillende leerniveaus uit  de natuur zijn: de eerste is het imiteren van de natuurlijke vorm van organismen; de tweede is het bestuderen en  toepassen van het natuurlijke proces van organismen; de laatste is samensmelten met het ecosysteem van de  natuur. Zie: https://www.ted.com/talks/janine_benyus_biomimicry_in_action TOC 28 HyperCell dezelfde ruimte kan zelfs op meerdere manieren worden gebruikt. Het onderzoek en  de voortgang ervan zijn ook actief verbonden aan een 5-jarig collaboratief Europees  Cultuurproject: “MetaBody”. Het onderzoek omvat dus de verkenning van Interactieve Architectuur vanuit de  volgende perspectieven: architecturaal ontwerp, digitaal architecturaal historisch  traject, computatie-technologie, filosofisch discours gerelateerd aan belichaming,  media en digitale cultuur, huidige VR en lichaam-gerelateerde technologie en  Evolutionaire Ontwikkelingsbiologie. “HyperCell” zal jonge architecten aanmoedigen  om interdisciplinaire ontwerpinitiatieven via de fusie van berekeningsontwerpen,  belichaming en biologie voor het ontwikkelen van bio-geïnspireerde organische  architecturen na te streven. Referenties Gilles Deleuze and Félix Guattari. (1983). Anti-Oedipus. Minneapolis: University of Minnesota Press . Leibniz, G. W. (1714). Monadology. (J. Bennett, Trans.) Retrieved from http://www.earlymoderntexts.com/ assets/pdfs/leibniz1714b.pdf McLuhan, M. (1964). Understanding Media: The Extensions of Man. New York: McGraw-Hill. TOC 29  Introduction 1 Introduction “Like medicine, it (architectures) must move from the curative to the preventive.” Cedric Price § 1.0 Structural Introduction This research examines three fundamental topics: Computation, Embodiment,  and Biology to develop a design framework for developing Organic, Interactive  Architectures. The design framework is termed “HyperCell”, which involves, developing  real-time interactive designs leading to novel organic architectural proposals.  Furthermore, such a biotic space advances the next level of artistic and philosophical  discourse via broadening the range of innovative interactive architectural design  thinking. The ultimate goal of the research is to evoke and enrich more innovative  interactive architectural design to take place in the near future. § 1.1 Background and Problem Statement Digital, Organic, and Interactive Architecture. The semantic and semiotic sense of “Digital”, “Organic”, and “Interactive” architecture  is explored. “Digital” refers to designs using digital design and fabrication technologies  including parametric design, generative computation, digital form finding etc. “Organic Architecture”, apart from the original definition coined by Frank Lloyd Wright, now  TOC 30 HyperCell incorporates overtly complex appearances of architectural space produced using  contemporary computational techniques. “Interactive Architecture”, is usually  perceived as a building covered with either a delicate mechanical façade which adapts  to its surrounding environment or a media skin in the form of an information vehicle. Digital Architecture is undoubtedly associated with “Computation”. By perceiving  the evolutionary process of CAAD (Computer Aided Architecture Design), it is quite  impressive to note how architecture took advantage of computational technologies in  various aspects: from data storage, spatial modeling, rendering based representation,  and animation, to the current design trends of parametric design and digital  fabrication. Computation is omnipresent in contemporary architectural design practice  from the initial conceptual design phase to the end production process. Nevertheless,  computer usage is largely dedicated to redraw and store technical drawings. This  makes one wonder whether computational technology has been properly implemented  in current architecture design. Is it possible to shift the mind-set of designers  from developing “Computer Aided Architecture Designs” to a mindset promoting  “Computation embedded within Architecture”? This will imply empowering the  entire space with computational intelligence, thus allowing it to interact not only with  the surrounding environment but also with the users inside the space and with the  building components formulating the architecture itself. As a second evolution in this  change of mindset, is it possible to create a biological cell-like intelligent architectural  building block with embedded computation, which can sense, react, communicate,  and even interact, in order to compose a holistic intelligent architectural body? The same issue applies to Organic Architecture, especially in today’s context, when  young architects are mostly fascinated with computational assistance for Form  Generation. As mentioned before, Organic Architecture at present is mostly a term used  for describing formal architectural qualities akin to organic curvilinear shapes by taking  advantage of computational techniques of parametric and algorithmic design. Multiple  algorithms for generating such so-called organic shapes are freely available and easily  assessable to young architects to apply to their architectural designs. Unfortunately,  this approach of focusing on mimicking organic shapes without understanding their  biological significance seems to be an inevitable wave rapidly spreading out in today’s  digital architectural context. Computational technology is thus disembodied and  reduced to a mere generative tool for churning out strange organic shapes, while it  could be deployed to embody an intelligent environment. The other critical issue is that  even when such forms of architecture are ingenuously generated by the application  of complex algorithms, almost all of such so-called Organic Architectures end up  with a static optimized character which is totally contrary to how the organic world  factually operates: in a dynamic fashion. Every living/organic entity is constantly  changing/evolving (at variable scales: atomic, cellular) whether rapidly or gradually  TOC 31  Introduction at its own pace and is naturally condition to follow the flux of the environment within  which it is embedded. This primary quality of the organic world should be echoed  in any architectural, entity which claims to be Organic. This implies not crystallizing  architecture into static expressions of flowy forms, but rather the embodying the ability  to process contextual information flow like a natural organic body. Apart from developing such organic-appearance-oriented design, some architects  have dedicated themselves to seriously investigating bio-inspired principles in their  architectural designs via material studies, understanding structural/energy flow  logics or via advanced bio-digital fabrication (e.g., Neri Oxman in Arts and Sciences at  the MIT Media Lab, and Achim Menges of Institute for Computational Design at the  University of Stuttgart). However, still, a crucial character in nature, which is constantly  forgotten, is “Integration”. Nature is mostly multi-performative, unlike artificial  mono-performative architectural systems. In nature, to build up organic bodies, the  material is applied as supporting structures as well as the transporting paths for water  and nutrition through a self-assembly approach. It thus integrates multiple functions  for enhancing efficiency and intelligence of the organic body. This is why the organic  body is so mysterious, admirable and worth studying and learning from. But to be  aware of this is not the ultimate goal of the research. Rather, creating a novel living,  constantly data processing architectural species, embedded in the principles of natural  morphogenesis, as a refined interactive architecture becomes the ultimate goal of the  research. Examining the current development of Interactive Architecture, it becomes apparent  that most projects remain at the level of façade design adapting to the external  environment instead of having tangible impacts on the users inside the space  (e.g., Arab World Institute in Paris designed by Jean Nouvel, and Al Bahr Towers in  Abu Dhabi designed by Aedas). The research suggests a change in this prevailing  scenario and provides a direction involving real-time user-space interactions from  a user-centric perspective. In this case, both the human body and the architectural  space become crucial communication mediums. The ultimate goal of the research is thus to create buildings as embodied organic bodies which can interact with the external environment, the users inside as well as amongst their constituting building components. When it comes to the discussion of The Architectural “Body”, it certainly  implies the embedding of computational technologies concerning real-time sensing,  actuation, communication & control protocols. To achieve true “Integration”, one  must strive to achieve synergy between Digital/Computational Architecture, Organic Architecture, and Interactive Architecture. The questions of how to conceive and design  such an integrated, intelligent, and interactive architecture shall be answered in the  explorative journey of this research which will cover the domains of Computation, Embodiment, and Biology (Organic). TOC 32 HyperCell § 1.2 Research Questions The main research question addressed in this research involves issues pertaining  to a synergistic combination of the three major domains of: “Computation”,  “Embodiment”, and “Biology”. Several sub-questions subsequently emerge from this  main research question and these are elaborated in accordance to these individual  associated domains: Is it possible to develop a rule-based design framework for creating interactive architecture for the generation of novel authentic organic architecture which aptly utilizes computation capabilities to generate an intelligent, body-like, and tactile interactive environment following the principles of morphogenesis derived from natural organisms? In order to answer this main question, several related sub-questions are explicitly  outlined: Computation (Chapter 3): How have computational technologies and their applications in architectural design evolved? It is crucial to have an overall picture of the evolution of computational technologies  and their application in architectural design to predict future trends and propose  novel directions to ensure the apt usage of computational technologies. Computation  techniques have been harnessed in architecture in various capacities, ranging from  data storage, renderings as representation purposes, 3-dimensional modeling, to  develop parametric models with relational logics etc. to name a few. But most of  the time these technologies are used for form-generation purposes, which limits its  potential applications in architectural design. The research would like to propose a  novel approach for utilizing computational technologies for developing embedded  intelligence within architectural components (smart building blocks) which populate  a built form. Communication protocols between such components to enable  collective intelligence based decision making can thus become a vital feature of such  architectural bodies in a bottom up fashion. TOC 33  Introduction With the assistance of computational techniques, what will be the new role/definition of “FORM” in the context of this research? Computers essentially were meant to be invented as calculating machines dealing with  numbers and data sets. After the emergence of computation as a plausible assistant to  architects, it became possible to sculpt various non-standard forms could be by using  3D modeling software. In this context, “Form” has been treated as a generative outcome  of a computation process in the form of an architectural object with a certain expressive  appearance. However, this research proposes to interpret “Form” in a different manner, as  an information processor in accordance with the preferable computational methodologies  the designers choose. Along with the evolution of the computational technology and their  implementation in architecture design, this research also defines Form as a Form Sculptor, Form Generator, Form Animator, and Form Interactor in accordance with the means  with which the designer generates and defines their architectural Forms. Ultimately, it  intentionally implies that the development of computational technology in architectural  design should shift more towards providing for Interactivity in Architectural Form via  dynamic engagement with the natural and artificial environment. Embodiment (Chapter 4): What is the connection between architectural space and embodiment from a theoretical or conceptual point of view? Expanding upon Marshall McLuhan’s “Body Extension” notion (McLuhan, Understanding  Media: The Extensions of Man, 1964), Architecture or rather the built environment can  be seen as a second skin of the human body especially in today’s hyper-connected era. By  connecting one’s body to the internet through various gadgets, for example, by using a  mouse and keyboard in the early years and VR helmet and Google Glasses in today’s times,  technology gives people a chance to de-construct their body and re-assemble it as an  AVATAR throughout the Internet in a parallel digital universe. The manner in which each  digital embodiment (IP address) attaches itself to the network of internet/cyberspace, can  be equated with individual beings as machines with embedded desires adhering to the  smooth surface of a “Disembodied Body Without Organs”. This idea of individual entities  relates to the notion of “Monadology”5 proposed by Gottfried Leibniz (Leibniz, 1714). 5  The Monadology is one of Gottfried Leibniz’s best-known works representing his later philosophy by sketching  in some 90 paragraphs a metaphysics of simple substances, or monads. As far as Leibniz allows just one type  of element in the building of the universe, and this unique element has been ‘given the general name monad  or entelechy’ and described as ‘a simple substance’ (the text was cited from: https://en.wikipedia.org/wiki/ Monadology#Text). TOC 34 HyperCell A sophisticated network constructed by the Monad can be equated with a complex  system composed of small intelligent entities in a system. In other words, either a  single cell of a body, a bird in a swarm, a tiny dust particle in the air, or a planet in the  universe, all follow certain dynamic principles to maintain their interrelationships and  thus maintain the homeostasis of the overall network. From this perspective, both  notions of understating “architecture as a body” or “the body as architecture”, implies  space being a refined object composed of multitudes of intelligent entities. This  research also considers this notion as an inspiration to generate the proposed organic  body-like architecture. Is now the time to take both Reality and Virtual Reality into account while conceiving spatial/architecture designs? It is no longer considered a magical moment if a person is omnipresent in different spaces  at the same time using the Internet. Once you are “on-line”, you can be present in any  virtual environment playing the role of as many different characters as you like in the  so called “parallel digital universe”. The Internet or Cyberspace has become common in  people’s daily lives for several decades now. Nonetheless, Virtual Reality, although a part  of Cyberspace, now refers more to an immersive and relatively tangible experience by  utilizing wearable technology. In other words, Virtual Reality is not completely a different  concept than Cyberspace, but with Internet connectivity, the being virtually omnipresent  idea, can now be achieved in a relatively more tactile and sensory environment with  feelings enhanced with the use of wearable gadgets. Within the Internet environment in a  conventional on-line game, you might see yourself as an AVATAR inside the world through  the interface of the “SCREEN” in front of you, but with electronic gadgets like Google  glasses, you are able to envision the whole surroundings as a simulated environment  through another interface of the “LENSES” which makes you feel more authentically  engulfed inside this Virtual Reality environment. This relates to Marcos Novak’s idea that  “the Cyberspace itself is architecture, but it also contains architecture”. Regardless of  whether physical space contains Cyberspace or the other way around, it has become “an  architecture nested within architecture” (Novak, 1991). It is now considered inadequate  to ignore the true sense that people gain from the world of Virtual Reality and to claim that  Virtual Reality is totally fake. It is now the time to confront the integration of Virtual and  Real to seek an equal/dynamic balance between the two since both conditions occupy  almost the same time and space in people’s lives. How to materialized an organic body-like space as an interactive architecture? “How to materialize” a body-like interactive architecture has always been a difficult  issue for both interactive and “organic body-like” architectures. But this is one of the  main challenges this research would like to explore. A common analog for comparing  TOC   35  Introduction technological devices to an organic body is to envision the body being composed of  sensor and actuator parts and the brain being the seat of computation, which acts  as a commander/orchestrator. By observing the current development of body parts  in interactive architecture, which mainly comprises of actuating systems, one can  delineate the features in two different categories, “Naturalized” and “Motorized”. The  “Naturalized” features refer to actuation utilized by the natural material properties  to achieve kinetic movement; the “Motorized” functions indicate those requiring  electricity to perform relatively strong and powerful kinetic mechanical actuations.  The “Naturalized” systems tend to be more sensitive and energy efficient but such  engineered materials are normally structurally weaker to support architectural  scale built work and thus tend to be deployed as non-structural building skins;  the “Motorized” ones are sufficient enough for holding the bigger construction  and but suffer from disadvantages of being relatively less sustainable as regards  energy consumption and take up larger proportions of space for performing their  tasks. Therefore, the research questions if it would be favorable to develop a Hybrid  condition wherein the advantages of each system can be considered for developing  Interactive Architecture. As for the notion of the brain operating as the centralized  commander to control the sensing and actuations of a body, it is quintessential to  state that the natural brain works in the manner of a highly distributed system. The  main components of the intelligence of the brain that makes you think, sense, and  react are the brain cells or so-called the neurons. They are constructed nearby and  form the cerebrum for the reason to get the extreme protection of the skull by nature  but it doesn’t make the cerebrum a centralized controlling machine because of their  close location. In fact, they are assigned to different specific tasks through networking  communications and to eventually have the ultimate emerging decision which makes  it actually akin to a more de-centralized system in terms of its operational logic6. For  the proposed embedded intelligence based organic space, the computation would thus  acquire a distributed systemic quality as regards its control systems, akin to a swarm of  agents. This property will also insure the performance of the entire system to be intact  even while any one of the constituting entities of this space is out of operation. 6 Please refer to the website for further understanding of brain and neuron: https://en.wikipedia.org/wiki/Neu- ron TOC 36 HyperCell Biology (Chapter 5): What are the current developments in Biomimetic design developments in the context of “Organic” or “Bio-inspired” architectures? Investigations into the current Biomimetic design developments of “Organic” or “Bio- inspired” architectures, lead to their categorization into “Morphological”, “Material”,  and “Behavioral”. As for the “Morphological”, various digital approaches of either  using 3D modeling software to create the organic-looking shapes or applying generic  algorithms from “Chaos Theory” for organic form-finding is covered in this chapter. The  “Materials” part under the tag of organic and bio-inspired designs focus on material  properties, which include the development of smart materials, transplanting bio- organs into physical architecture or utilizing biomimetics in conjunction with advanced  digital fabrication techniques. In the section of “Behavioral” aspects, swarm logic is  applied as a generic form-finding solution to crystallize real spatial objects. The section  also elaborates upon some experimental architectural projects, which translate swarm  simulation based outputs into advanced applications such as generating intelligent  building blocks as basic elements composing the entire architectural body. A wide  range of studies and research have been covered in this section to give a clear picture  of what is the current status quo of “Organic” and “Bio-Inspired” Architecture as a Biomimetic or Bio-ARCH resource. What novel application of natural/biological systems based knowledge can be applied within architectural design instead of merely focusing on the prevalent form based mimicry approach? Janine Benyus, a biologist who coined the term “Biomimicry” once stated in a public  TED talk7 that there are three levels of learning from nature. The first one is to learn  from the appearance/form of natural organisms; the second is to learn the processes  of natural growth and evolution; and the last is not only to learn from nature but to  actually integrate with natural eco-systems. After spending years into mimicking  animal organic forms with the help of digital sculpting or algorithm generation, it  can be sufficiently claimed that much progress has been achieved in mimicking such  outward appearance. A shift to the next level of learning from nature: understanding  “Process” is thus our challenge now. John Frazer in his influential publication, “An Evolutionary Architecture” (Frazer, 1995), simply but explicitly stated: “what we are 7 Please find the link of the Janine Benyus’ TED lecture here: https://www.ted.com/talks/janine_benyus_bio- mimicry_in_action TOC 37  Introduction evolving are the rules for generating forms, rather than the forms themselves”. Keeping  in line with Frazer’s proposition, to understand processes of growth, evolution, and  development in nature it is thus deemed essential to conceive a rule-based design  framework as a new way of architectural design thinking of Organic Architecture. We  should thus look fundamentally into the principles of morphogenesis to understand  how natural organisms end up having differentiations even though they share the same  gene toolkits as an essence of the proposed organic architectural design framework.  The research hence makes serious investigations into Evolutionary Development  Biology (Evo-Devo) which offers an interesting insight into evolutionary principles.  Intriguingly, the research is able to extract three fundamental principles from Evo-Devo  intended to be translated and applied systematically to the proposed organic body like  architecture: “Simple to Complex”, “Geometric Information distribution”, and “On/Off Switch and Trigger”. § 1.3 Research Objective The research apart from addressing the main and sub-questions mentioned above  points towards future directions for Interactive Architecture (as active organic Bio- architecture) and strongly provokes researchers and architects to dedicate themselves  to this realm. By extracting the three biological morphogenesis principles of “Simple to Complex”, “Geometric Information Distribution”, and “On/Off Switch and Trigger”, and translating them into three design rules of “Componential System”, “Collective Intelligence”, and “Assembly Regulation”, the primary objective of the research is the following: To develop a rule-based design framework for interactive Bio-architecture, which can interact and improvise its performance in response to its context in real-time. This will encompass active reconfiguration of space in accordance with user demands akin to a living organism. Extending the discussion of the research questions, the study sets up a rule-based  design framework by translating the three crucial morphogenesis principles from Evo- Devo (Carroll, 2005) into design rules for Interactive Bio-Architecture. The “Simple to Complex” idea was translated to deploy the notion of a modularity idea in the form  of a “Componential System”. This relates to the fact that complex shapes within the  animal kingdom are composed out of the repetition of simple, self-similar modules.  Following this componential idea, the “Geometric Information Distribution” principle  was abstracted as a rule set fostering “Collective Intelligence”. This relates to the  TOC 38 HyperCell context of cellular development and the manner in which a distributed information  system regulates the morphological evolution of successive cells in order to create  diverse organs. A collective intelligence protocol which aids in the real-time growth and  evolution of building components from a morphological and behavioral perspective  is thus set up. The “On/Off Switch and Trigger” principle, which regulates the process  of morphogenesis in living organisms, is utilized as a strategy for conceiving protocols  for the development of an informed architecture comprising of numerous smart  autonomous entities: “Assembly Regulation”. These principles are exemplified upon  in greater detail in the first half of Chapter 6. The research is thus primarily concerned  with the intricacies of processing, generating, transforming, and communicating  principles rather than having an outwardly focus on the generation of organic form. Organic + Embodiment + Bio-Architecture = Componential System + Collective Intelligence + Assembly Regulation Apart from the aforementioned bio-inspired rule based principles, what is the practical  end goal/output that this biomimetic Interactive Bio-Architecture can provide? This  design framework is essentially aiming to produce a user-centric reconfigurable space,  which responds to the users’ varying ergonomic and activity patterns through a 24 hrs.  cycle. Unlike former developments in Interactive Architecture that mostly focused on  environmental response, which gave the users inside the space a relatively indirect  influence, this research concentrates on the user-centered design to deal with the  real-time responsive space, which will have a strong and direct impact on the people  occupying it. It is the core idea of this study to use a minimum footprint of space to  fulfill the maximum activity based spatial requirements of the users, thus encouraging  a sustainable space usage strategy. By creating such a user-centric reconfigurable  space, it not only ensures that the users can experience optimal spatial usage but could  also lower the price of real estate for residential space, thus providing a new perspective  to solving critical problems of urban. Sub-Objective: Considering that architecture can have its own intelligence and own behavior implies establishing new relationships between it and human bodies. This hypothesis already marks a reversal of conventional design thinking in conceiving architecture while challenging our perception of architectural space. Taking inspiration from Marcos Novak’s Liquid Architecture (Novak, 1991) and Kas  Oosterhuis’ HyperBodies (Oosterhuis, HyperBodies: Towards an E-motive Architecture,  2003), this research would like to address the future of cognitive architecture  with embodied intelligence how it could forge a new relationship between its own  TOC 39  Introduction living creature-like attributes and its human occupants. Such spatial evolution can  certainly become a probable future scenario considering the fast pace of technological  development coupled with advanced research in the domain of Smart Living solutions  using Artificial Intelligence and Machine Learning. It would thus not be surprising to  witness a time in the near future when space embodies its own intelligence. § 1.4 Research Methodology and Proof of Concept To achieve the research objective, a wide range of inter-disciplinary studies were  conducted. These included explorations within the domains of architecture,  contemporary technological innovations, interactive art, media culture and social  contents, associated with the topics of interaction, computation, and biology. This  wide body of knowledge apart from operating as literature review helps in providing  abundant resources for subsequent research for the younger generation of architects  who wish to dedicate themselves in investigating the domains of interactive,  computational, and or bio-inspired design in architecture. By extracting, organizing,  translating, and mastering the above knowledge, a comprehensive design framework:  “HyperCell” is derived for developing organic body-like architectures. Subsequently, experimental design projects based on the “HyperCell” design  framework were conducted as proof of concept. These, are divided into two major  parts, the “User-For” and the “User-Less”. The first series of the experimental design  projects, “User-For”, was aimed at conceiving a user-oriented re-configurable space  idea in the form of a furniture system, termed as “HyperCell”. Hypercell builds upon  the concept of a transformable building component similar to the traditional Asian  tangram concept. A series of “HyperCell” furniture applications are illustrated in this  part of the study. “User-Less” is the second part of the experimental design projects  addressing the topic of a non-utilitarian with a central hypothesis, which considers  space akin to a living creature with embedded intelligence and behavior which  challenges the human body towards adopting novel movement and instigates a shift  in perception. Two major projects under “User-Less” were conceived and executed;  “Ambiguous Topology”, which leans towards an immersive new-media driven spatial  experience and the “HyperLoop”, a scaled prototype of an interactive pavilion design.  Both projects were a part of “Metabody”, a European Culture Project which, focused on  the inter-disciplinary development of an Intra-active architectural space (Elaborated  upon in Chapter 6). TOC 40 HyperCell Two kinds of experiments, one engulfing a real-time utilitarian response and the other  covering a self-evolving behavioral interaction are conducted as proof of concepts  of the research objective. These experiments (HyperCell8, Ambiguous Topology9, HyperCell Pavilion) are elaborated upon extensively in Chapter 6. § 1.5 Research Outline The research is structured explicitly, providing each chapter within its own particular  focus. After an overview of the trajectory of the project, which extends into Chapter  2, the three major topics of “Computation”, “Embodiment”, and “Biology” are  sequentially elaborated separately, yet in an intimate interconnected fashion through  Chapters 3-5. In conclusion, a design framework for Interactive Architecture for  developing novel Organic Architecture is proposed in Chapter 6. An application of this  Design Framework via the projects HyperCell furniture system, Ambiguous Topology  and the Prototype of HyperLoop Pavilion serves as proof of concepts in Chapter 6.  Chapter 7. The research subsequently points towards several ideas and directions for  future research development not only as a reference to other researchers interested in  this interdisciplinary exploration but also as a reminder towards the vital contributions  made by this research to the three intriguing topics. Chapter 2- Chapter 2 elaborates upon the contributions of the avant-garde architecture group,  “Archigram”, from the 60’s and challenges the long-term fundamental attributes  associated with architecture; Utilitas, Firmitas, and Venustas. An alternative focus  on developing dynamic, fluid, and interactive attributes of Architecture, which focus  on today’s transient societal, the environment, and user based issues. Post this, an  introduction to the evolution of Interactive Architecture mainly focusing on shifting  8 Biloria, Nimish & Chang, Jia-Rey. (2013). Hyper-Morphology: Experimentations with bio-inspired design  processes for adaptive spatial re-use. Proceedings of the eCAADe Conference Volume No.1, 2013 (TU Delft) (pp.  529-538). Delft: eCAADe and Faculty of Architecture, Delft University of Technology. 9 Chang, Jia-Rey, Biloria, Nimish, & Vandoren, Dieter. (2015). Ambiguous Topology from Interactive to Pro-active  Spatial Environments. Proceedings of the IEEE VISAP’15 Conference: Data Improvisation (pp. 7-13). Chicago:  IEEE VISAP. TOC 41  Introduction the emphasis of Interactive Architecture as associated with environmental conditions  as a façade/skin system to a more user-oriented usage is presented. Moreover, the  research categorizes the current Interactive Architecture developments in accordance  with their actuating system; “Naturalized” and “Motorized” in order to assess the  pros and cons of both. Apart from the designer’s viewpoint concerning spatial usage,  the practical utilization of space from the users’ point of view is also elaborated upon  via case studies and design projects. A series of developments within the domain of  bio-inspired design were included in this Chapter. A connection to the latest research  developments in Evolutionary Development Biology is thus put into context for  illustrating the potential usage of this organic body like architecture. Also, a series  of design projects; HyperCell Furniture relating to the HyperCell design framework  is elaborated upon sequentially. Chapter 2 concludes with the design projects,  “Ambiguous Topology” and “HyperLoop”, outlining the next level of artistic discussions  on cognitive architecture with its own intelligence and behavior as a proactive space  and how to set up a new relationship with this kind of living creature like space. Chapter 3- Chapter 3 exhibits the evolution of computational applications in Architecture. The  chapter categorizes the different approaches of harnessing computational technologies  by designers as “Form Sculptor”, “Form Generator”, “Form Animator”, and “Form Interactor”. “Form Sculptor” indicates the category wherein architects use 3D modeling  software as a tool for form modeling in a top-down aesthetics driven decision- making capacity; The “Form Generator” category refers to the usage of computational  technology deploying generative algorithms to assist architects within the form-finding  process (current prevalence of parametric or algorithmic design); The “Form Animator”  category refers to computational experiments which tend to identify how organic  bodies were formed and how they evolve while they are within specific environmental  conditions to generate their resulting forms, while “Form Interactor” refers to a  category wherein computational applications are used for dynamic interaction with the  surroundings to evoke an active, cognitive approach. The Form Interactor category is  what the direction which the research exploits further. Chapter 4- Chapter 4 emphasizes on the topic of “Embodiment” with a deep focus on the concept  of “Body Extension” as suggested by Marshall McLuhan (McLuhan, Understanding  Media: The Extensions of Man, 1964), “Body Without Organs” from Gilles Deleuze  and Félix Guattari (Deleuze, G., & Guattari, F., 2003). “Body Extension” and its  TOC 42 HyperCell philosophical linkage to a virtual space, as well as the “Body Without Organ’s” and its  philosophical linkage with the world composed of Monads as proposed by Gottfried  Leibniz’s Monadology (Leibniz, Monadology, 1714), refer to the same principle of a  network-like structure with the smallest entities constituting the surface possessing  exerting highly synergistic, fullerene-like influential forces on each other. Apart from  the theoretical discussion on the body relating to reified, embodied and wearable  technology, the focus subsequently shifts to the discussion between Virtual and Real  and the current developments of Hi-Technology gadgets such as Virtual Reality and  Augmented Reality devices. Speaking about Cyberspace and Virtual Reality, these  can be seen as evincing the first intentions of generating Interactive Architecture  through software and games like SIM City. After years of developments in the physical  computing world, with devices such as Arduino, artists and architects now have the  opportunity to bring the virtual kinetic/interactive idea into the real world. Since then,  rapidly increasing numbers of interactive spatial installations/architectural designs  relating to physical computing were created. These have been categorized in this  Chapter in two major divisions of “Naturalized” utilizing natural material properties,  and those that are “Motorized” relying heavily on electronically driven mechanical  systems. A novel thinking driven by the idea of collective intelligence involving the  merger of Naturalized and Motorized systems into an efficient hybrid system for  conceiving interactive architecture might become the next step for a technological  breakthrough. Chapter 5- Chapter 5 elaborates upon the topic of biology or bio-inspired/Biomimetic design.  Numerous current developments are featured under three major divisions in this  Chapter: “Morphological”, “Material”, and “Behavioral”. The “Morphological” aspect  looks into the relationship between organic form and artificial architectural forms  comprising methods of 3d modeling and generative algorithms in the form-finding  process. The “Material” category involves explorations involving the usage of bio- materials (for instance transplanting natural flesh as architectural components), and  the biomimicry approach including materialization aspects involving digital fabrication  techniques and contemporary scientific principles from physics or chemistry. The  “Behavioral” factor is akin to the logic of swarm behavior wherein every building block  becomes an intelligent entity constituting the whole architectural body. Instead of  researching optimization based solution for generating a static form, the research  involves evolving real-time adaptive kinetic architectural bodies that can respond  to different conditions through dynamic optimization. Unlike the most common  approach of mimicking organic form, this research paid attention to the principles of  morphogenesis, specifically Evolutionary Development Biology (Carroll, 2005). The  TOC 43  Introduction research explicitly involves extracting growth and adaptation rules from such studies  and applying it to Interactive Architectural design. Three biological morphogenesis  principles of “Simple to Complex”, “Geometric Information Distribution”, and “On/Off  Switch and Trigger”, are translated into three design rules of “Componential System”,  “Collective Intelligence”, and “Assembly Regulation”. These are explicitly identified  upon in this Chapter and elaborated upon in Chapter 6. Chapter 6- Chapter 6 is a summary of the aforementioned domains of Computation, Embodiment, and Biology, and merging the findings via principles derived from Evo-Devo to  develop a design framework, “HyperCell”, for developing Interactive Architecture as an  authentic form of Organic Bio-Architecture. The rules comprising this design system:  “Simple to Complex”, “Geometric Information Distribution”, and “On/Off Switch and Trigger” are all transformed and applied towards developing “Componential System”, “Collective Intelligence” and “Assembly Regulation” logics. To prove that  the architecture design can follow this design framework to create novel and useful  usage of space, a series of HyperCell experiments were conducted in the form of  experimental design projects elaborating upon the potential flexibility and efficiency  of this real-time adaptive furniture system. Extending the discussion of creating an  organic body-like interactive architectural space to a techno-artistic level of making a  cognitive, smart space having its own intelligence and behaviors, the research involved  further developing an immersive interaction based project: “Ambiguous Topology”, and  a scaled prototype of an interactive pavilion, “HyperLoop”. These projects further open  up a novel direction of design development challenging the norm where architecture  relates to solid, concrete and static built form. Chapter 7- In Chapter 7, the research categorizes the entire narrative into three vital features:  “information”, “improvisation”, and “integration”, and concludes with the idea of  “intelligence” as a merger of these features. Future recommendations are proposed in  the form of Software, Hardware, and Design Thinking methods. In conclusion, while  addressing Software, the research proposes a game-like structure in the form of a design  tool embodying the proposed rule-based design framework which can even combine  VR and motion tracking technology. It is the vision of the author to realize the HyperCell furniture component as physical Hardware extension of the research, go beyond developing  such components for interior purposes but develop them as real physical building blocks  constituting architecture. Intelligence driven Self-assembly could become an active feature  TOC 44 HyperCell whereby both construction and disassembly of the space is automated. In this case, a  hybrid material merging the advantages of naturalized and motorized systems would  naturally be needed to work in synergy. Concerning Design Thinking Methods, the HyperCell design framework is used to inspire people to further the componential idea based  proposed bio-inspired architecture development. It is not necessary to follow the exact  principles provided in this research, but it is crucial to stimulate this kind of interdisciplinary  and robust design thinking in architectural design. The research ultimately envisions a near  future comprising various spatial and product based options customized to user choices  akin to the “HyperCell” based outputs proposed in this research. TOC   45  Introduction A Rule-Based Design Framework ? Componential System Simple to Complex Collective Intelligence Geo-info Distribution Assembly Regulation On/Off Switch&Trigger Organic Body Architecture User Oriented User Oriented Space with Free Will O ve rvie w Free Wills Behavors COMPUTER Current Development Current Development Learning the Mophogenesis Process = Evo- Devo Space v.s. Body VR v.s. Reality Materialize Form = Info Processor >>> Form Interactor DIGITAL INTERACTIVE ORGANIC BACKGROUND + PROBLEMS RESEARCH QUESTION HyperCell Furniture System VR = Ambiguous Topology Prototype = HyperLoop Pavilion For Body-like Interactive = Organic Architecture (BODY) EMBODIMENT BIOLOGY SOFTWARE HARDWARE DESIGN = GAME Chapter?= HYPERCELLs = PLATFORM 1 2 3 6 6 6 6 4 5 7 ?7 7 RESEARCH OBJECTIVE FIGURE 1.1   Overview of the Research Framework Map. TOC 46 HyperCell References Carroll, S. B. (2005). Endless Forms Most Beautiful: the New Science of Evo Devo. New York: W. W. Norton &  Company, Inc. Deleuze, G., & Guattari, F. (2003). Anti-Oedipus: Capitalism and schizophrenia. London: Continuum. Frazer, J. (1995). A Natural Model for Architecture/ The Nature of the Evolutionary Mode. In J. Frazer, An Evolu- tionary Architecture. London: Architectural Association. Leibniz, G. W. (1714). Monadology. (J. Bennett, Trans.) Retrieved from http://www.earlymoderntexts.com/ assets/pdfs/leibniz1714b.pdf McLuhan, M. (1964). Understanding Media: The Extensions of Man. New York: McGraw-Hill. Novak, M. (1991). Liquid Architectures in Cyberspace. In M. Benedikt, Cyberspace: First Step (pp. 225-255).  Cambridge: The MIT Press. Oosterhuis, K. (2003). HyperBodies: Towards an E-motive Architecture. Basel: Birkhäuser. TOC 47  From Interactive to Intra-active Body: Towards a New Organic Digital Architecture 2 From Interactive to Intra-active Body:  Towards a New Organic Digital  Architecture “True hyperBodies are proactive bodies, true hyperBodies actively propose actions. They act before they are triggered to do so. HyperBodies display something like a will of their own. They sense, they actuate, but essentially not as a response to a single request.” Kas Oosterhuis § 2.0 Background: The Origin of Interactive Architecture The 60s was the age of freedom and boldness. According to John Lennon, the legendary  singer-songwriter, who said in his last interview for RKO, “The thing the sixties did was to show us the possibilities and the responsibility that we all had. It wasn’t the answer. It just gave us a glimpse of the possibility”.10 Various technologies and cultures were  developing boundlessly at an unprecedented speed during this time. Movements  for civil rights due to racial discrimination, movements for women’s rights due to  feminism, liberation movements for bodily autonomy, and student movements  10 This interview was done with the interviewer, Dave Sholin of RKO radio, which is the last one John Lennon did to  promote his new album “Double Fantasy” before he got murdered on the same day. Please refer to  http://www. thenation.com/article/lennons-last-interview-sixties-showed-us-possibility/ TOC 48 HyperCell (Mai 68) in France due to the education system, influenced and challenged the  conservative thought and systems in the society which people were used to. With the  flourishing development of high-end technology, during the cold war period, the US  and Russia were still competing to be the world leaders in technological development.  The battlefields of the well-known space race included not only the terrain of the  earth but also the surface of the moon. For the general public, the impact of rapid  technological development, plus the discovery of chaos theory in Science and the  gradual advancement of computer technology, opened the door towards all kinds of  imagination about how the future world will look. The influential pop art movement,  gave new birth to art which was no longer bigwigs’ assets hung on the walls of a royal  palace and high-end art galleries, but relatively closer to people’s daily lives by using  common substances and materials for creating art pieces. In addition, with the growth  of the underground hippy culture and rock ‘n roll music, it was the golden age when  people gradually had the courage to explore, to experiment, to express personal  opinions, and dare to imagine and expect a future life of their own. And this was also  the time when Archigram was born. FIGURE 2.1  Archigram has published several pamphlets about its design ideas and ideals. Their concepts are  often expressed through very stylish collages. This picture here is titled Tuned Suburban, showing the urban  design concept for the Triennale di Milano in 1968. In this image, the spatial units of architecture are designed  by pre-cast mass production which can be purchased in advance and attached to the existing building to  perfectly complete users’ requirements (source: http://balticplus.uk/tuned-suburb-c5797/). TOC 49  From Interactive to Intra-active Body: Towards a New Organic Digital Architecture Archigram was founded by Peter Cook (1936- ), David Greene, (1937- ), Mike Webb  (1937- ), and Dennis Crompton (1930-1994) in London, UK. It had swept across the  architecture field like a rock ‘n roll band, leading a new direction of architectural design  through a series of pamphlets published regarding their visionary architectural design  ideas (Crompton, D., & Archigram (Group)., 2012)(Figure 2.1). Besides unrestrained  imagination and the corresponding inspiration with the combination of architectural  design and technology, the main values that Archigram brought to architects was  to challenge the virtues of architecture, “Utilitas, Firmitas, and Venustas”, written  by Vitruvius in “De Architectura”, which had been strictly followed by professional  architects since the 1st century BC. In a sense, Archigram seemed to find possible ways  to release architecture from these constraints by relating architectural design to the  rapid development of aerospace and other hi-end technology to create avant-garde  architectural fantasies, which perfectly fit into the vigorous wave of liberal society at  that time. For instances, their large city-scale design concepts such as Walking City  which can find its optimized environments through mobile migration like animals  (Ron Herron, 1964) (Figure 2.2, left); or Plug-in City (Peter Cook, 1964) where they  proposed an idea of capsule-like dwelling units which can be plugged/replaced into  a Mega Infrastructure to form an economical efficient recycling process for a Circular  Economy; to body-scale ideas such as Suitaloon (Mike Webb, 1966), which intended  to be a wearable and portable space to explore the intimate relationship between body  and space; and another experimental project, Cushicle (Mike Webb, 1966) (Figure  2.2, right), within the spirit of nomad living which can be compressed and inflated  to fit in different environmental indoor/outdoor conditions. All the aforementioned  cases are a part of Achigram’s visionary projects, but they strongly impacted people’s  typical impressions regarding the fundamental definition of what architecture  should be. Overall, Archigram’s design philosophy can be shortly interpreted here  in its three major emphases of “non-permanence, non-immobility, and non- standardization”. Being non-permanent means being temporary or instantaneous,  which means architecture no longer has to exist externally. Instead, architecture can  perform temporarily on demand and then be removed, and be mobile to respond  to requests elsewhere. Non-immobility refers to the idea that architecture can be  portable and perform as a nomad living space. Non-standardization expands/blurs  the standard definitions of architecture as it can be defined as including wearable  devices, be transformed as transportation, and even be performed as spaces.  TOC 50 HyperCell These definitions are no longer constrained by conventional concepts of Architecture  but rather motivated and inspired the development of an embryonic stage of interactive  architecture, namely kinetic architecture11 back in the 60s. FIGURE 2.2  Left: Walking City (1964) (source: https://www.archdaily.com/tag/archigram) and right: Cushicle  (1966) (source: http://archigram.westminster.ac.uk/project.php?id=92). Besides the UK, other European countries had, under this innovative wave, developed  various architectural design experiments to challenge the conventional/essential  notion of Architecture as well. For example, Villa Rosa, designed by an Austrian  architecture team, Coop Himmel(b)lau in 1968, is an inflatable installation space  which can be adjusted in accordance with different interior/exterior spatial conditions.  Another Austrian architecture team Haus-Rucker-CO designed Oase No. 7 in 1972,  attempting to challenge classic architectural facades by attaching inflatable spherical  spaces out of them to express their weariness. In addition, just to name a few,  projects like New Babylon (1959-1974) by a Dutch architect, Constant Nieuwenhuys,  Continuous Monument (1969) by the Italian architecture team Suprastudio, and  Ville Spatiale (1960) by Czech architect Yona Friedman, are all inspiring experimental  designs revealing a new-generation of architectural conceptual ideas in the urban  domain with characteristics of high convenience, promptness and immediacy (van  Schalk & Macel, 2005). One of the most innovative and interesting visionary projects  is this paradigm, Fun Palace (Figure 2.3) designed by Cedric Price in 1961, is an initial  architectural experiment endeavoring to create an adjustable/adaptive space which  can be re-configured through time and functional requirements by employing the  11 As for interactive Bio-architecture, there are more detailed distinctions and definitions. The kinetic architecture  mentioned in this research is purely based on space transformation. Adaptive architecture is space with trans- formable façades that make-up or undergo re-configuration which can adjust according to time or environment.  Besides the above elements, spatiotemporal interactive architecture also stresses the links and perceptive  associations between space and space and between space and body. TOC   51  From Interactive to Intra-active Body: Towards a New Organic Digital Architecture combined technologies of computational programming and architectural design. This  idea basically revealed the now prevalent definition of an adaptive architecture, which  made Fun Palace one of the primary and iconic interactive/adaptive architectural  experiments in the early years. During this time, Cedric Price sought to cooperate  with John Frazer, one of the pioneers of digital architecture in the UK, facilitating the  opportunity of merging information science, digital technologies, and interactive  architecture. FIGURE 2.3  The perspective drawing of Fun Palace (1966), proposed by Cedric Price in 1961 (source: http:// www.cca.qc.ca/en/collection/283-cedric-price-fun-palace). Although none of these avant-garde architects and teams were able to carry out their  wild visionary designs in reality, their experiments still have had a great influence on later  generations, extended the scope and horizon of contemporary architectural design, and  even opened the gate towards the uncharted territory of interactive Bio-architecture.  The design of Centre Georges-Pompidou, Paris project was developed by Peter Cook’s  students: Richard Rogers and Renzo Piano, at the Architectural Association (AA), with  an initial intention to introduce Archigram’s concept of dynamic floors within the Centre  Pompidou. Unfortunately, the idea of the movable floors based on time and functional  requirements was not realized due to that era’s technology constraints. A few years later,  Rem Koolhaas, another Dutch architect, who graduated from the AA, implemented the  idea of dynamic floors while designing a residential project of Maison À Boraudeaux  for a client whose lower body was paralyzed after a serious car accident (Figure 2.4). To  complete each floor’s function as a dynamic floor plate, the center zone of the house is a  massive platform which can be elevated and descended, like an open elevator, to connect  to different floors. Rem Koolhaas, on one hand, fulfilled the requirements requested from  the clients to create the spatial complexity of this residential project; on the other hand,  the architect cleverly resolved the issue of accessibility for his disabled client. In Rem  TOC 52 HyperCell Koolhaas’ project, we witnessed an evolving progress from a pure kinetic architecture  to an adaptive architecture for functional purposes. And at the same time, the project  showed the pragmatic potential of interactive architecture to solve complex and multiple  functional spatial requirements.  FIGURE 2.4  The Bordeaux House Plan by Rem Koolhaas with an elevator in the center for the owner who was  unable to move freely to go to any floor at will which completed the functions of each floor as it reached that floor  (source: http://www.oma.eu/projects/1998/maison-%C3%A0-bordeaux/). In addition, from the other side of the globe, in Japan, the Metabolism movement  in Architecture led by Kisho Kurokawa brought forth another modern innovative  design idea in an attempt to conceive an organisms’ metabolism into both urban  and architectural design concepts. One of the representative projects, the Nakagin  Capsule Tower built in 1972, was coincidentally almost the thorough realization of  the ideas hinted upon by Archigram’s Plug-In city. Regardless of being damaged or  in case a tenant moved out, the former residential unit of the Nakagin Capsule Tower  can be taken out and be replaced immediately by inserting a new pre-fabricated unit  to the main infrastructure of the tower. The concept of Metabolism in Architecture  based on organisms happened to be consistent with the ideas of visionary architecture  TOC   53  From Interactive to Intra-active Body: Towards a New Organic Digital Architecture by Archigram and other European avant-grade architects who were looking for  inspirations from innovative technology. This coincidence seemed to be a clue to  predict a corresponding possibility of bridging kinetic architecture and organic  architecture together for developing a new kind of interactive organic Bio-architecture  in the near future. § 2.1 De-Skinning of Interactive Architecture FIGURE 2.5  A scene from Blade Runner (source: Blade Runner, a 1982 movie directed by Ridley Scott). With the popularization of computers and applications of computer-aided design,  architects have become interested in the appearance of the form of architecture and are  mainly focused on the external skin of their designs. No longer limited by simplifying  designs under the global trend of modernism, they started to use computer-assisted  modeling software to create higher fluidity and for sculpting free-form appearances.  With the rapid growth of new media technology, and not being satisfied with only the  fancy forms created with the computer, some architects eventually started focusing  on new media and eventually started to apply information technology onto physical  architectural skins. All along, the purpose of the architecture façade is to express  architects’ subjective aesthetics, decoration, and unique architectural language. The  fluidity of multimedia screens with real-time information enhanced the potential  of architecture as a vehicle not merely to deliver visual information but also to send  TOC 54 HyperCell messages. These kinds of programmable walls with dynamic information for highly  interactive social exchanges made it possible for architecture to communicate with  its spectators. Moreover, the influence from Sci-Fi movies on architecture can be  traced back to Ridley Scott’s well-known film, “Blade Runner” (Figure 2.5), in which  the main character flew his flying vehicle amidst high-rise buildings with multimedia  screens. This tremendous scene was a shock to many people’s imaginations, including  architects, as regards potential cities of the future, and in terms of further enhancing  their desire and craving for implementation of interactive architectural skins in the  form of digital building façades. In terms of theoretical aspects, architects also witnessed a shift in their philosophical  interests; from the concept of heterogeneity and deconstruction based on the theory  proposed by French semiotician, Jacques Derrida to the “smoothness” of surface  theory from “A Thousand Plateaus” (Deluze, G., & Guattari, F., 2004) by Gille  Deleuze and Felix Guattari. This philosophy shift indeed resulted in a deep impact  on architecture, not only in terms of liberating form, with respect to its geometry but  in terms of enhancing it by implementing an additional interactive layer between  building skins and the users. Furthermore, Deleuze and Guattari’s notions of the Fold  inspired topological innovation wherein a flat skin surface could be converted into a  3-Dimensional space. To this space, the addition of the dimension of time, in the form  of real-time immediate information, converts it to a so-called 4D space (Imperiale,  2000). When seeing the multimedia screens on Time Square in New York, what people  perceive is not just plain colorful skins of the buildings, but rather a vivid space with  variable depths caused by the commercial or animation running behind static skins.  That unprecedented scene in Blade Runner with multimedia building façades has now  come to fruition in mega cities around the world and has now become quite common  as information propagators. In the meanwhile, Marcos Novak proposed the concept  of “hypersurface” expressing his idea that a computer screen could be considered  as an intelligent surface, and can even be extended via the Internet to visualize fluid  space (Palumbo, 2000). Thus, in practice, architects have indeed been exploring  more exciting possibilities for architectural skins and are not only constrained within  the boundaries of media façades. For example, Jean Nouvel designed the Arab World  Institute with delicate camera-lens-like mechanical devices on the surface of the  building to adjust the light penetration patterns in real-time. In this case, the skin  of the architecture acts similar to a living creature, which can adapt as a response  to its surrounding environment. Furthermore, not only being a carrier to perceive  information (intensity of light), this skin of the architecture is also a feedback actuator  responding to those input information (hole size adjustment). Although these kinetic  facade devices Jean Nouvel created fall completely under the mechanical paradigm, he  managed to embody the architectural skin with an organic sensing/actuating capacity.  Another interesting case is The Tower of Winds in Yokohama, Japan by Toyo Ito. The  TOC   55  From Interactive to Intra-active Body: Towards a New Organic Digital Architecture project is near a subway station, with its external skin having the ability to change its  color in accordance with the amount of surrounding air pollution. The amount of air  pollution is thus delivered indirectly and an invisible dialogue is initiated between the  building and the passersby, thus converting an otherwise inert building entity into  a dynamic information vehicle. Some design projects, such as The Al Bahar Towers  in Abu Dhabi by AEDAS and One Ocean Thematic Pavilion EXPO 2012 designed by  SOMA carry on such innovative trends. These innovations have not only been treated as  information carriers through the idea of media façades but have managed to convert  architectural skins into smart surfaces with real-time adaptation possibilities (Figure  2.6). FIGURE 2.6  From left to right: Al Bahr Towers in Abu Dhabi by AEDAS (source: http://www.thenational.ae/ business/property/in-pictures-international-property-awards-success-for-uae-developments), Arab World  Institute in Paris by Jean Nouvel (source: http://www.archdata.org/buildings/12/arab-world-institute), and  Tower of Winds in Yokohama by Toyo Ito (source: https://en.wikipedia.org/wiki/Toyo_Ito). However, as regards interactivity of architectural space, the aforementioned projects  hardly provide the users with actual physical/tangible interaction abilities with their  immediate spatial surroundings. Reasons such as the economies of scale may possibly  be the reason why the current development of interactivity in buildings is at a relatively  smaller scale or is mainly limited to certain parts of a building, such as façades. The  purpose of interaction in such cases is mostly limited to environmental response, such  as light and air flow, and thus do not touch upon issues of spatial re-configuration. It  was only in 2003, that deCoi led by Mark Goulthrope collaborated with the MIT Media  Lab to develop the HypoSurface (Figure 2.7) project, giving people direct and tangible  impact from an architectural space interactively.  TOC 56 HyperCell FIGURE 2.7  HypoSurface designed in 2003 by deCoi, let by Mark Goulthrope (source: https://www.cca.qc.ca/ en/events/3425/archaeology-of-the-digital-media-and-machines). The original concept of HypoSurface was inspired by Aegis in Greek mythology which  means being under the protection of a powerful all-knowledgeable source. Each  unit comprising the HypoSurface is made of triangulated metal panels combined  with a linear actuator behind them. The operation of the linear actuator can trigger  a 3D morphological change of the corresponding triangulated surface. When people  touch this morphable wall installation, they can literally feel the actual thrust of the  actuation on their body. This programmable skin system strongly achieves tangible  interactions and delivers a non-verbal sense of communicative expression to users.  However, even after a decade of HypoSurface being built, it is disappointing to see that  although a lot of architects have tried, there have been a very few or even no interactive  installations which can compete with the impressive performance of this project. The  MegaFon Pavilion of the Winter Olympics, held in Sochi, Russia, 2014, was designed  based on the recently popular “selfie” idea and realized by using image processing  technology and dedicated mechanisms to translate a 2D image into a 3D landscape  like surface. Visitors could see their photographed faces on the wall 3-dimensionally.  The sophisticated mechanism used behind this kinetic installation is not much  different than the HypoSurface, which was developed a decade ago. The only major  difference between the two is that instead of constructing the surface with triangulated  panels, numerous color-changing LED light bulbs were used as the main expressive  elements in this project. Although in this case too, the interactions between the façade  and passerby reduce the architectural skin an information carrier, only possessing one  directional communication, as compared to the HypoSurface’s ability to influence  people’s behavior via a continual morphing space. TOC   57  From Interactive to Intra-active Body: Towards a New Organic Digital Architecture FIGURE 2.8  Transport, designed in 2000 by the ONL led by Kas Oosterhuis (source: http://www.onl. eu/?q=projects/trans-ports). During the same time, Kas Oosterhuis, a visionary Dutch architect, had a different  perspective regarding architectural skins, researched and realized through several  challenging projects accomplished by his own architectural firm, ONL [Oosterhuis  Lénárd], and the HyperBody Research Group, founded by him in 2000, at Delft  University of Technology, the Netherlands. For Kas, an architectural skin is a  continuous surface, as seamless as a human/any organisms’ skin. An architectural  skin contains, at least, double layers, the external skin and the internal skin, which can  achieve a dynamically balanced homeostasis status corresponding to multiple forces  working upon it from the inside out and from the outside inward, simultaneously.  Therefore, an architectural skin should not merely be considered as a single external  layer of a building, but a continuous surface to form a volumetric vectorial body which  could simultaneously adapt accordingly to the forces both externally and internally,  as a HyperBody (Oosterhuis, HyperBodies: Towards an E-motive Architecture, 2003).  Like any living creature’s physical body, it can sustain external forces from outside  environments and maintain operations of internal organs/components and then  make passive corresponding adjustments or even take unexpected actions. Under  such a seamless surface logic, architectural components need to be looked at in a  very different perspective. For instance, components such as windows and doors  could be designed in the form of dynamic pores on the building skin. Kas’ constantly  morphing skin/spatial concept brought architectural thinking to another level wherein  architecture transforms into a living creature with embedded sensing and actuating  abilities and a will of its own. Oosterhuis has pushed this idea into practice through  the design projects by his firm ONL and at times in co-operation with the HyperBody  Research Group, TU Delft. Various projects such as the Transports (Figure 2.8), Emotive  House, Muscle Reconfigured, and Interactive Wall projects illustrate such novelty.  Oosterhuis’s innovative ideas to treat or create architecture as an organic body shall be  further discussed in Chapter 6. TOC 58 HyperCell § 2.2 Materialization of Interactive Architecture Current research experiments concerning interactive architecture can be categorized into  two basic groups: Naturalized (material-related) and Motorized (mechanics-related).  “Naturalized” studies look for deformation parameters of materials based on their  physical characteristics (these materials are sometimes also called “smart materials”).  “Motorized” studies attempt to achieve transformation through electronic devices based  on mechanical principles. The ultimate goal for both types of studies is to provide practical  assistance to enable kinetic and interactive architecture. This section illustrates the  advantages and disadvantages of each category through multiple case studies. One example of “Naturalized” studies is the experiment: ShapeShift, designed by  the Materiability Research Network team led by Manuel Kretzer in the Swiss institute  ETHZ CAAD, which, uses electro-active polymer(EAP) thin films which have the ability  to physically bend as soon as they are induced by electric current. Through different  combinations of components made out of these EAP units and an elaborate set of  electricity controls, a large overall area of a morphing surface could be created. On  one hand, the resultant spatial effects were quite strong and dramatic. But on the  other hand, the EAP films were as thin as paper and could be easily ripped apart in  case of large physical transformations either during the process of production or  experimentation. Because of the nature of this material, it could barely be used for  developing façade apertures or as interactive building skins. It was thus impossible  to use the EAP material despite its great potential as regards physical morphing to  conceive them as potential material systems for larger transformable architecture  components or to bear any amount of weight12. Another example of a “Naturalized” experiment can be seen at the Centre Georges- Pompidou in France called: Hygroscope. The installation was developed at the ICD  (Institute for Computational Design), Stuttgart University under the guidance of Achim  Menges. In this case, the team studied how thin wood film bends according to humidity  variations in a natural environment (Menges, A., Reichert, S., & Krieg O. D., 2014). Each  unit of the hygroscope is composed of a hexagonal frame with 6 thin triangular wood films  of the same size. These wooden films tend to open and close based on the humidity levels  in the air, resulting in variable opening patterns. The hygroscope prototype was placed  inside a glass box, whose humidity could be controlled to correspond with the humidity  12 Please refer to the website http://materiability.com/ for how EAP or other smart materials are made. Manuel  has collected a lot of information regarding how to self-make deformable materials and the information is  available on the website of his lab as an open source. TOC   59  From Interactive to Intra-active Body: Towards a New Organic Digital Architecture data in Paris. Dramatic and beautiful morphing effects could be observed instantly. Later,  in 2013, the results of the hygroscope study were further improved and again designed to  be implemented for the openings of the “Hygroskin Pavilion” (Figure 2.9) project. In this  case, the same material is supposed to react with actual environmental humidity rather  than being within a controlled setup such as the aforementioned glass box. Unfortunately,  in this scenario, the same instant dynamic results could not be achieved in an outdoor  setting with natural humidity fluctuations. Both experiments again operate at a skin  level and thus lack the ability to be used as a transformable structural frame to eventually  change the overall shape of the architecture. FIGURE 2.9  The hygroscope in the Centre Georges-Pompidou designed by the ICD team led by Achim Menges  (source: http://www.achimmenges.net/?p=5612). Another “Naturalized” project example falling within the domain of programmable  materials was developed at the MIT Media Lab led by Skylar Tibbits. They attempted to  fabricate programmable materials using 3d printing technologies, consisting of material  properties that are engineered to become multi-performative. This implied that 2d flat  materials could be folded into pre-defined 3d forms by exerting simple external forces  such as water pressure, swinging force, and slight thrust, in a relatively short time. This  process was named as 4D-printing by Skylar. This implied that the initial product could  be manufactured relatively cost-efficiently through 3D printing techniques, and because  the pre-programed products are flat, they could be easily carried and cost-effectively  transported to customers. Currently, the lab has already developed several material  systems which operate on this idea, including carbon fiber, printed wood grain, custom  textile composites, and rubbers/plastics. The next goal for them is to print composite  materials and to further develop variable materials with better adaptability and variability  without using any mechanical device as a support for adaptability applications in  architectural and industrial design. They claim that they want to build true material  TOC 60 HyperCell robotics or robots without robots13 (Figure 2.10, right). The experimentation with smart  material fabrication and development is currently still in its initial stages. FIGURE 2.10  inFORM/TRANSFORM developed by the Tangible Media Group under the MIT Media Lab. The  graph on the left shows the surface effect, and the one on the right shows the structure of the mechanical device  (source: http://tangible.media.mit.edu/project/inform/). As for “Motorized” experiments, one example can refer to the aforementioned project,  HypoSurface by deCoi. A huge dynamic surface composed of numerous triangular  metal panels morphing its overall shape by triggering the linear actuators behind,  giving audiences immediate, direct and tangible impressions. Another example is  the Kinetic Wall, which was exhibited at the La Biennale di Venezia 2014 designed by  Barkow Leibinger. The basic mechanical make-up and motions are almost the same  as HypoSurface. The only difference is that the triangular metal panels were replaced  by elastic fabrics to make different expressions. This kind of a project normally delivers  high intensity of interaction and significant performance to the audiences, yet at the  same time, it relies on a lot more robust mechanism. Besides, the space for mechanical  equipment is much larger than one can imagine. In other words, for example, almost  nine-tenths of the overall space of the project is occupied by mechanical and electrical  devices in order to actuate a thin layer of material which takes up hardly one tenth of  the. This viewpoint is proven by the inFORM/TRANSFORM project developed by the  13 Please refer to http://www.selfassemblylab.net/index.php for Skylar Tibbits’ research with the Self-Assembly Lab. TOC 61  From Interactive to Intra-active Body: Towards a New Organic Digital Architecture Tangible Media Group of the MIT Media Lab. inFORM/TRANSFORM is a pixelated  transformable table-like platform composed of modular movable units of square  masses. The upward and downward motion of the square masses can be controlled  through hand gestures or based on an input digital graph to create three-dimensional  spatiotemporal morphing effects in real time (Figure 2.10, left). Their current research  direction is to implement the same design idea and mechanism to develop larger-scale  and transformable furniture system fulfilling multiple functions in space. Yet, as one  can observe from the mechanical structure below the installation, most space is taken  by linear actuators and related devices below used for driving the motion of the square  masses’14 (Figure 2.10, right) The challenge ahead is thus how to create maximum  physical impact in real time/space with the least possible actuating devices which will  consume the minimum size. The same quest is prominent in the field of interactive  architecture design, as regards finding ways to develop mechanical devices which are  simple but efficient, solid but changeable and are able to consume lesser physical  space. To conclude in brief, as for “Naturalized” (material-related) experiments, we saw  applications based on physical material properties, while simultaneously realizing  that there are limitations to the nature of applications if we consider the relatively  limited properties of such engineered materials. On the other hand, in the “Motorized”  (mechanics-related) experiments, we witnessed tangible impacts of such projects  on the users based on their physical transformation abilities, while becoming aware  of the amount of space which needs to be reserved for mechanical equipment. The  intention of pointing out the pros and cons from both “Naturalized” and “Motorized”  research studies is not to oppose the outstanding contributions and achievements  of these aforementioned experiments, but to question ourselves as interactive space  researchers to look for a better materialization solution. Perhaps the idea of combining  the application both from material properties and delicate mechanics can lead to the  next leap for materialization of interactive Bio-architecture in larger scales. 14 Please refer to http://tangible.media.mit.edu/project/transform/ for the video regarding inFORM/TRANS- FORM. TOC 62 HyperCell § 2.3 Immediate Demands and Bodily Connection/ Communication of Interactive Bio-Architecture FIGURE 2.11  TURNON designed by the AllesWirdGut team, an experimental work of a residence. The rotating  wheel-shaped space can meet users’ demands according to time (source: http://www.alleswirdgut.cc/en/ project/trn-e/). There can be no doubt that we are living in a vibrant and dynamic world. The ‘you’ at  this moment and the ‘you’ in the previous one is completely different from both, the  state of action and state of emotion perspectives. Especially in this age of information  explosion, every single entity, object, substance, element, datum existing in the world  can never hold still but changes constantly by adapting with the physical environment or  information flow. Most of the time, data just simply pass through rapidly in front of you  without being grabbed, used or even noticed. Why stubbornly persist in adhering to the  old regulations and conservative design principles for architecture which remains stuck  with static, non-responsive ways of interacting with the rapidly changing world around  us? Why not think outside the box and design a new kind of architecture which can adapt  to this dynamic world? With these questions, many architects have shifted their focus  TOC 63  From Interactive to Intra-active Body: Towards a New Organic Digital Architecture towards creating a real-time adaptive architectural body. However, for the general public,  a space/place is nothing more than a container of activities or life, and they often ask why  does space have to literally transform and adjust almost all the time to the environment?  This question can be somehow metaphorically answered from the viewpoint of a natural  biological/physical body. With the blood circulation inside a body, the cells can filter and  exchange nutrition and energy through their membranes in order to achieve the optimal  state of an individual’s body. Imagine, if, in a similar fashion, an architectural body acts  as a living entity and can adapt its constituting components to optimize sun shading and  air flow rate in accordance with fluctuating environmental conditions in real-time, and  avoids unnecessary energy consumption. However, this explanation is still a bit vague and  a little distant and indirect for convincing people who lack knowledge pertaining to the  architectural and biological domains. To increase the substantive desire for the existence of interactive Bio-architecture, it  should relate more to people’s daily lives. In other words, if interactive architecture  can be designed to somehow link with tasks of assisting us and improving our daily  lives, it will strongly appeal to people’s imagination and desires to invest in smart  spaces. In 2000, the AllesWirdGut team designed “TURNON”, an experimental project  of a minimal residential space. All the functions required for a person’s daily life were  included in a compact wheel-shaped space. The space was manually rotated by the  users to obtain the desired spatial usage (Figure 2.11). In 2012, Los Angeles-based  architect, Greg Lynn, further developed this aforementioned wheel rotation idea to  create the RV (Room Vehicle) House project by replacing the manual labor based  control with an electronic driven mechanical system. The egg-form shape has been  designed to have each part of the interior space used as a specific function all over the  room. So, by automatically rotating itself by a motorized mechanism, the egg-shaped  space based on pre-set timelines would perfectly meet users’ demands precisely on  time. However, this residential space seems to be a fantasy solution because it does  require a relatively bigger area to install not just only for its irregular egg shape but  also its motorized mechanism which is hosted underneath. In such a case, most  people cannot afford such a large space for installation and also purchase a robust  mechanism to rotate the space. This design can thus be seen as not an efficient and  economical solution for people who live in an urban area where the price of the real  estate is extremely high. Therefore, architects born and raised in a relatively high- density urban area seem to have a more realistic proposal for a highly economic design  which is small in size but rich in function. Take Gary Chan, for example, a practicing  architect from Hong Kong, which is a city well-known for its extremely high population  and density. Gary designed transformable walls embedded with furniture which can  be pulled out or reconfigured to achieve maximum space utilization under different  requirements in a small apartment space. This kind of transformable furniture idea has  been taken further and adopted by the MIT Media Lab to develop another interesting  TOC 64 HyperCell project, cityHome15 (Figure 2.12), a digital interactive furniture/space which can  be manipulated through free-hand gestures. The idea is similar to Gary’s design to  have transformable furniture. This way a user can have multiple functions such as a  bedroom, a study, a living room, and a dining room available in a single footprint of  space with intuitive control over the configurations through his/her own body gestures  and movement. Briefly speaking, with this kind of transformable design, the spatial  requirements for different functions becomes extremely compact and minimized,  allowing young consumers living in high-density urban areas, to save money by not  purchasing redundant space and to reduce their living load. FIGURE 2.12  Image of the conceptual idea of cityHome by MIT Media Lab (source: http://cp.media.mit.edu/ places-of-living-and-work/) Recently, one can see a rise in people’s desire to use gesture based non-verbal  communication. This can be seen as a result of various technological developments in  tracking technology, such as multi-touch touch screen and motion tracking cameras.  With the launch of smartphones and tablets, people have already been trained and  accustomed to attribute control to more intuitive gestures instead of a remote control,  or a set of mouse and keyboard. 10 years ago, we wouldn’t have believed that one of  the most commonly performed gestures in our daily life would be sliding our finger  15 Please refer to https://www.youtube.com/watch?v=f8giE7i7CAE for the video regarding cityHome. TOC   65  From Interactive to Intra-active Body: Towards a New Organic Digital Architecture on a screen. Actually, years ago, lots of Hollywood sci-fi movies have imperceptibly  influenced our imagination for such intuitive control and have pushed certain prevalent  technological developments. For example, in “Minority Report”, a sci-fi movie released  in 2002, there is a scene with the main character, Tom Cruise, sophisticatedly moving  his fingers controlling the transparent screen-like interface of a future computer is  still very attractive and an inspiring moment to see it even 15 years later. Practically  speaking, in order to reach the level of intuitive hand gesture based controls for spatial  re-configuration, besides the immediate affect at an actuation/output end, analytical  data systems to read/analyze environmental information or identify precise human  body movements at the input end, are very crucial and challenging. In 1964, Marshall McLuhan introduced the concept: “medium (technology) is an extension of any human body” in his masterpiece “Understanding Media: The Extensions of Man” (McLuhan, Understanding Media: The Extensions of Man, 1964). In  the book, he defined the multiple meanings of ‘medium’ (technology) which covered a  broad range; from the light bulb, text, typography, mobile vehicle, architecture, movie,  a weapon to automation, basically indicating human inventions and technology. One  of the most vital messages he delivers is that human inventions and technology can be  considered as extensions of the body itself, or as an embodiment. For example, cars  replace our feet for walking, arms/weapon replace our hands to attack, TVs replace our  eyes to view, telephones replace our ears and mouth to communicate. Architecture  is undoubtedly also one of the medium/body-extensions under his definition, and  this architectural space seems to be more and more closely associated with our  existing physical/human bodies, especially in the era of digital technology, and can  be interpreted as a second skin of our physical bodies. Through current technology,  such as the Internet connectivity and innovative electronic gadgets, interactive Bio- architecture seems to be able to fully embody and match this notion of body extension.  Moreover, this realization could be a start to move away from the classic Modernist  notion of “a house is a machine for living” towards incorporating organic ideas of  real-time information processing associated with the human body. Imagine such an  organic space, which humans can easily manipulate via intuitive hand gestures or  body movement to suit their immediate requirements. Not only can redundant space  be saved, but also customizing spatial re-configuration can be immediately met in  such an interactive space. Besides architects, artists have fantasized regarding the  concept of interaction. For instance, Keiichi Matsuda’s computer simulation film titled  “HyperReality” showed a future kitchen concept using augmented reality. Similar to  the Google Glass idea, the film shows a device that can be worn by humans, to envision  a kitchen as an information carrier showing real-time commercial advertisements of  the all brands stored in it. Not only that, through the virtual interface of the glasses,  users can simply manipulate all physical devices in this future kitchen by hand  gestures, such as fine tuning the power of a microwave, or turn on and off the switch  TOC 66 HyperCell of the electric kettle16. “Living Kitchen”, another animated simulation created by  Michael Harboun, showed the emergence of a kitchen from a blank space composed  of a smooth flat surface to a fully functional interactive kitchen by actuating the flat  surface to convert it to a sink, tap, etc. All devices appear via gestural17. In addition  to such imagined developments, in recent years, Google’s research in technology  has brought such a reality closer to the imagination. For instance, the Google ATAP  (Advanced Technology and Projects) team is currently working on the “Soli” project to  detect/capture the very delicate micro motion of hands such as twisting and clicking,  etc., through the radio-frequency spectrum, which is a radar signal. A tuning knob,  slider or button normally attached to a physical object, such as a watch, a radio, etc.,  can be replaced virtually by implementing such radar detecting technology without  physically touching any controlling device18. With more and more research dedicated  to the development of motion tracking and free-form gesture detecting technology,  it is believed sooner or later that Interactive Bio-Architecture using body movement  to control a space for a more convenient usage can surely become a reality. At that  moment, space will not only be seen as an extension of the body but will literally  become a second skin of the human body. § 2.4 Bio-Inspiration of Interactive Architecture About 10 years ago, the first Arduino Micro-Controller chip was invented. Since  then, architects and artists have been able to design and experiment with interactive  prototypes on their own. The ease of learning programming language plus the simple  circuit connections made it possible for architects to build physical interactive  prototypes. Through Arduino, architects can now easily retrieve data received by any  sensor worn by users or embedded within the environment, and then by applying  conditional statements of scripting based on their design principles, this input data  can be converted into output data in the form of an actuator’s action. For example,  a dynamic surface that can be opened and closed, a programmable lighting system  that can be turned on and off rhythmically, a movable floor that can be lifted up and  16 Please refer to https://vimeo.com/8569187 for the video regarding hyperReality 17 Please refer to https://vimeo.com/16404038 for the video regarding Living Kitchen. 18 Please refer to https://atap.google.com/soli/ for the video regarding Project Soli. TOC 67  From Interactive to Intra-active Body: Towards a New Organic Digital Architecture down vertically as a tangible mockup rather than virtual simulation. Some architects  even boldly attempted to create mechanized organisms through with these interactive  tools. Minimaforms, a team led by the brothers Theodore & Stephen Spyropoulos,  completed a project named Petting Zoo with Arduino, Microsoft Kinect camera, and  a couple of servo motors. Several elephant trunk-like objects suspended from the  ceiling could move up towards the visitors as if they were alive based on the tracking  data of participants’ approaching routes and velocities. These were accompanied with  lighting effects of different colors, unconsciously pulling visitors and inducing within  them the desire to interact via touching the life like trunks, or approaching them using  diverse routes and speeds. In this space with plenty of life-like objects, visitors were  no longer spectators watching a distant performance but rather became parts of the  project within which they were engaged themselves. In such interactive spatial designs,  success can often be measured via the degree of engagement that the users of such a  space exhibit. FIGURE 2.13  Strandbeest designed by Theo Jansen (source: http://roskofrenija.blogspot.nl/2012/10/theo- jansen-strandbeest-kineticke.html) In the area of bio-inspired objects, Theo Jansen, a physicist from the Netherlands is  considered as the modern Da Vinci. His Strandbeest (Sand Beast) project was a giant  walking machine composed of plastic tubes which are common on construction sites  to protect electricity cables. It is even more surprising considering that the Strandbeest,  with its mighty size of 4 meters tall and 8 meters wide, could walk easily on the beach  simply with the aid of wind force (Figure 2.13). Theo, at the age of 70, is still working  on improving his Strandbeest to become smarter. He has designed successfully a  TOC 68 HyperCell non-electric inflating device to give the Strandbeest simple intelligence and a nervous  system, in order to avoid it stepping into the sea which could damage it. Theo once  made fun of his project by saying that with this new intelligence and nervous system  embedded, even when he is gone, his beast can still stay alive and walk on the sand.  Humans are always fascinated and attracted by these living mechanical objects. People  have been trying to build robots which are like humans. With this kind of desire and  advancement of technology, a world cohabited with humans and robots is just around  the corner. This fact has made Steven Hawkins, Noam Chomsky, Steve Wozniak, Bill  Gates, Elon Musk and hundreds of others, through an open letter19 express their concern regarding the threats of AI (Artificial Intelligent) which can potentially be more  dangerous than nuclear weapons to humans. Besides bio-inspired projects, the Hylozoic Series installations by Philip Beesley are  also very inspiring. Hundreds and thousands of acrylic tentacles were suspended from  the ceiling creating an environment of an upside-down jungle (Figure 2.14). When  visitors went under these devices, the interactive journey was initiated. These tentacles  could be triggered to move and touch the visitors. Assisted by embedded sensors and  control systems, the tentacles assumed their own will and were intent upon teasing  visitors. The intelligence, in this case, is no longer referring to one-to-one responsive  behavior but becomes a rather sophisticated operation, generated via specifically  designed artificial intelligence algorithms. A centralized intelligent system with  distributed intelligent controls is deployed. This enhances the visitors’ curiosity as they  are unable to figure out in a short time how this so-called living entity worked. Philip  even added a metabolic system so that the Hylozoic Series could generate energy on  its own without an external power supply. The visitors’ experience in such a space was  like being in a natural environment they had never been in before. They had to spend  time experiencing it in order to get to know this dynamic environment. Philip’s Hylozoic  Series was not a bio-inspired project but was rather an attempt to create a living  ecosystem (Beesley, 2013). What happened inside with the installation were not only  interactions between objects and humans, but also internal interactions evoked among  the tentacles as well. With this embedded intra-active system, the installation thus  seems to have its own will and behavior to react pro-actively with the surroundings and  visitors as a collective intelligent ecosystem. Based on Philip’s project, the tendency of  interactive architecture to shift from typical two-way responsive visible interactions to  multi-dimensional intra-actions and relationships becomes apparent. 19 The full content of the open letter titled “Research Priorities for Robust and Beneficial Artificial Intelligence” can  be found from the following link: http://futureoflife.org/ai-open-letter/#signatories TOC 69  From Interactive to Intra-active Body: Towards a New Organic Digital Architecture FIGURE 2.14  The Hylozoic Series designed by Philip Beesley, an organic space like nature (source: http://www. philipbeesleyarchitect.com/sculptures/1117_City_Gallery_Wellington/index.php). § 2.5 Organic Bodies for Interactive Architecture (from cell to Body) Back to Kas Oosterhuis’ idea of “Hyperbodies”, which is a volumetric body composed of  a continuous seamless skin surface. When forces are applied individually to the internal  and the external layers, the body is driven to seek homeostasis or balance, and can  thus morph. And how is this skin composed? The concept Kas introduced here is the  “Swarm”. Like a flock of birds flying in the sky, a school of fish swimming in the sea, a  cluster of ants moving on the ground, or a group of bees looking for honey, every single  entity has its own simple intelligence to communicate and exchange information.  When they are clustering together, their collective intelligence helps them to make  a decision pertaining to its immediate environment and produce a corresponding  response/reaction accordingly. Therefore, the idea of creating a morphing intelligent  skin/body is to form a composite body using basic intelligent single somatic cells. This  is one of the crucial ideas this research deployed. TOC 70 HyperCell From a broader perspective on digital architecture nowadays, the definition of Organic  Architecture seems to be limited to building organic forms. Through sophisticated 3D  modeling software, easily accessible visual programming software (which has become  more and more common nowadays), and infinite open source codes available online,  building intricate organic shapes is no longer challenging. If we keep on addressing  building organic shapes, we will lose opportunities to truly explore and discover new  definitions closer to the true inner spirit of organic architecture. We indeed have  some architects, who, try to build upon Biomimicry based research, via extracting  certain traits from organisms in nature and translating them into procedures for  operating human technology such as Robotic arms. However, digital form in the field  of computer-aided design, digital fabrication and its association with structure, and  Biomimicry from the perspective of function are all independently developed systems  without comprehensive integration and thus are contrary to the holistic nature of  growth in organisms. Hence, the authentic and original meaning of “being organic”  is totally lost in the current Digital/Organic Architecture field. Take any organism  for example: its form, structure, and functions should be designed and developed  simultaneously instead of being three independent systems added to one another in  a linear manner. Integrating (digital) form, (digital) manufacturing, and Biomimicry  can help in achieving a form of interactive architecture, which is closer to the genuine  idea of “being organic”. Janine Benyus, who coined the term “Biomimicry” (Benyus,  1997), once said in a speech that there are three phases of “learning from nature”.  The first phase is to imitate natural forms; the second phase is to look into all-natural  growth processes; the third phase is to deeply get involved into understanding natural  ecosystems. After having mastered the art of producing organic looking form using  complex 3d software, it’s time now to move to the next phase of learning about  growth processes in nature. John Frazer, one of the pioneers of digital/computational  architecture, has written an influential quote in his book “An Evolutionary Architecture” stating that “…what we are evolving are the rules for generating the form, rather than the forms themselves” (Frazer, 1995). His words strongly support the idea that digital  architectural design should be developing logical design systems for generating forms  instead of merely modeling/sculpting forms, which coincidentally aligns with the  thought behind Janine Benyus’ second phase of learning about the process of growth in  nature. Along with the aforementioned ideas, a new kind of digital organic architecture  can thus be proposed: Imagine if architecture could grow like living organisms, having  basic growth information at the embryonic stage, being influenced by the surrounding  environment while growing, and going through all the sophisticated processes of cell  differentiation, self-organization, and self-assembly, to eventually grow into a mature  living architectural body. This mature architectural body which is able to communicate,  adapt, and interact with the surrounding environment as a living organism will  become a genuine organic Bio-architecture, a new kind of digital organic architecture  (Figure 2.15). TOC 71  From Interactive to Intra-active Body: Towards a New Organic Digital Architecture DNA Embryo Cell Division Infancy Mature Body Info mRNA Gravity Switch Regulation Trigger Switches Proteins Function Realtime / Reaction/ Reflection Subjective Essentials **Design Intestion **Geometry **Color **Number Objective Factors **Exterior **Interior Repeated **Self-Organization **Programmable **Bottom-up **Muti-Functions **Self-Assembly **Adaption **Re-Configuration **Environment Sensitive ** User Oriented FIGURE 2.15  An illustration of how the growing process of organisms can be applied to architecture in the  HyperCell research study. According to this new-found design mindset, this HyperCell research attempts to offer  a new methodology of building an architectural body composed of intelligent cell-like  entities, which are based on several principles derived from biology (Biloria, Nimish &  Chang, Jia-Rey, 2013), with a focus on Evolutionary Development Biology (Evo-Devo).  One of the main notions extracted from Evo-Devo which can be potentially applied  as a core idea in this research is to see how organisms develop and differentiate into  a variety of animals although they come from similar embryos. With the current  developments in biology, we already know that all living organisms share the same  genetic toolkit. In other words, this is similar to the now popular idea of parametric  design, as humans and all the other creatures have similar parameter sets to design/ grow their organic bodies. They are different animals only because their gene  sequencing and combinations (natural parameters) are different. This interesting  process is worth being further discovered and translated into the parametric  architectural design by learning from principles behind it in order to encourage digital  architecture to step into the bio-inspired domain. Several interesting and useful logics  that can be applied to architectural design systems can be extracted from the principles  behind Evo-Devo, such as: the biological logic to create a complex body based on  the repetition of simple, self-similar elements; the logic of distributed information  communication pertaining to how cells are informed about their vital functions after  cell differentiation through specific communication protocols; the switching (on/off)  TOC 72 HyperCell logic via which DNAs inform RNAs to produce protein to build different body parts, etc.  (Carroll, 2005). In simple words, such a bottom-up understanding of the natural world  can serve towards extracting a fundamental logic for a new organic architectural design  process. Such a process would imply developing intelligent architectural cells at the  smallest element level, to build an interactive architectural body which can stay alive to  adapt and communicate with the environment bench no.1 chair no.1 chair no.3 chair no.4 chair no.5 chair no.6 chair no.2 [ 20,20,0,30 ] 5 0 c m 4 0 c m 5 0 c m 7 0 c m { 2,1,1,1,1 } [ 20,20,20,30 ] [ 20,20,40,30 ] { 1,4,1,1,1 } [ 20,40,-10,20 ] [ 20,40,0,20 ] [ 20,40,20,20 ] [ 20,40,10,20 ] { 1,4,7,8,12 } { 1,8,1,1,1 } [ 2,20,-20,30 ] { 1,3,4,1,1 } { 1,2,4,1,1 } [ 8,72,4,18 ] [ 16,46,-4,18 ] [ 20,50,-4,32 ] { 1,3,4,7,1 } [ 12,38,0,50 ][ 20,50,-4,46 ] 6 0 c m 7 0 c m 8 0 c m 4 6 c m 7 0 c m 9 0 c m 5 0 c m CHAIRS// {Logic DNA} [Dimension DNA] table no.1 table no.2 bed no.1 bed no.2 table no.3 7 2 c m { 5,1,1,1,1 } { 1,3,4,1,1 } [ 10,10,20,90 ] [ 10,36,-24,26 ] [ 2,18,-28,22 ] { 2,1,1,1,1 } { 1,3,4,6,9 } [ 25,25,0,50 ] { 3,6,1,1,1 } [ 20,40,-20,30 ] bed no.3 { 3,5,6,1,1 } [ 24,40,0,50 ] bed no.4 { 3,4,5,8,1 } [ 14,54,0,50 ] 7 0 c m 8 3 .5 c m 5 5 c m 5 0 c m 3 0 c m 5 0 c m 5 0 c m table no.4 ( tatami ) [ 4,50,-40,10 ] { 3,4,5,6,9 } TABLES// BEDS// FIGURE 2.16  Possible variable furniture created by adjusting numbers and parameters like DNAs based on the  transformation make-up of HyperCells. In order to make this research more comprehensible and convincing, several design  case studies have been developed to support it. Take the series of HyperCell furniture  system design projects for instance: the basic geometric shape of a cell was a square  in 2D and cubic shape in 3D. Although the lengths of the sides can extend or shorten,  the changing degrees of the length is still constrained according to physical limitations,  such as gravity and mechanical forces. Under these limitations, based on different  arrangements and combinations with the adjustment of input parameter’ values,  the overall body can acquire complex forms even though it is composed of simple  geometric shapes as basic elements. All input parameters of the basic geometric  element (quadrangle in this case) can be changed in real-time to make transformation  possible at any time in order to meet the users’ requirements. In this project, instead of  regular environmental factors such as lighting, wind flow, humidity, and temperature,  TOC 73  From Interactive to Intra-active Body: Towards a New Organic Digital Architecture etc., users gain paramount importance to trigger the transformation of the HyperCell  furniture. A catalog of furniture designs which are possible via the aforementioned  transformation logic was created to show a wide range of potential performance  possibilities (Fig. 2). All adjustable parameters, in this case, can be considered as  the DNA of the furniture. And based on different DNA information sets and the total  number of HyperCell components, different types of furniture could be formed/ generated. In simple terms, you can imagine yourself going to a furniture wholesale  store like IKEA to buy several HyperCell components and take them home. You can then  follow the instruction to adjust the DNA by intuitive hand gestures to create a default  table and a chair with them and when taking a break in the next hour you can simply  and conveniently change the setting and transform the table and the chair into a deck  chair20 (Figure 2.16). Similar to the aforementioned example of cityHome, the users’  demand for occupied space can thus be reduced to the minimum and the functional  efficiency of a unit area can be optimized to the maximum extent. The difference is that  the HyperCell furniture can be moved around instead of being fixed in a certain. Another interesting aspect pertains to “evolution”, which can be witnessed in nature.  In the case of HyperCell furniture, the evolution is initiated by the users. When users  become familiar with the operations and adjustments of the HyperCell DNA, they  can modify these DNA parameters at will to create novel furniture pieces based  on their needs. For example, a table can be combined with a chair to create new  compound furniture. In the process of research development and design, certain  dynamic simulation tools and Kinect cameras were also used to experiment with the  possibilities of controlling the transformation of furniture by intuitive hand gestures  or body movements so that the HyperCell furniture can be used more intuitively21. By  designing the HyperCell furniture system, it was proven that this bio-inspired design  20 Please refer to the blog of P&A LAB (http://pandalabccc.blogspot.tw/search/label/HyperCell) for the research  progress and the video regarding to “HyperCell” and the following papers of the authors for more detail informa- tion: Biloria, Nimish & Chang, Jia-Rey. (2012). HyperCell: A Bio-Inspired Information Design Framework for Real-Time Adaptive  Spatial Components. Proceedings of the 30th eCAADe Conference (pp. 573-581). Prague: eCAADe and Czech  Technical University in Prague, Faculty of Architecture. (http://papers.cumincad.org/cgi-bin/works/Show?e- caade2012_5) Biloria, Nimish & Chang, Jia-Rey. (2013). Hyper-Morphology: Experimentations with bio-inspired design processes for adaptive  spatial re-use. Proceedings of the eCAADe Conference Volume No.1, 2013 (TU Delft) (pp. 529-538). Delft:  eCAADe and Faculty of Architecture, Delft University of Technology. (http://papers.cumincad.org/cgi-bin/ works/Show?ecaade2013_023). 21 HyperCell interface is designed with the Microsoft Kinect cameras. So, the Mouse movements are  replaced by free-hand gestures to adjust HyperCell parameters and change the shape of the HyperCell furniture here. To learn more  about it, please refer to the video (http://pandalabccc.blogspot.tw/search/label/HyperCell) TOC 74 HyperCell method is feasible, and can be put into practice when all the digital architecture  techniques (e.g., parametric design, digital simulation, digital fabrication, physical  computing…etc.) are applied comprehensively. A more important question, however,  is how to apply this logic to bigger architecture structures so that architectural bodies  may be able to interact with the environment and communicate with users in a more  intuitive way. Furthermore, it is also desired to increase the efficient usage of space  and to achieve the goal of producing a genuinely organic architecture. (Please refer to  Chapter 6 for more details about the development of the HyperCell design project). § 2.6 From Interactive to Intra-Active Architecture (from Inter-activeness to Intra-activeness) Attaining responsive interaction in architecture is not the ultimate goal of this  research. Instead, a multi-modal, multi-dimensional interaction between space and  the human body, which challenges the physical and psychological perception of space  becomes of vital value. The head of the HyperBody research group, Kas Oosterhuis,  defined “HyperBody” more than 10 years ago22, as a pro-active body with proactive  actions before being driven, as if it has a will of its own. Adhering to this philosophy,  the HyperBody constructed via this research using HyperCells can possess the  collective intelligence to facilitate real-time information collation, producing informed  action. Both, information from the outside obtained through sensors and internal  communication between the swarm of HyperCells are key to give this HyperBody its  own free will. Obviously, the primary goal of an architectural body is no longer limited  to responding to the environment and users as usual. Users will interact with this  “Space” through negotiations which can help with comprehension. If the Hylozoic  Series projects by Philip wants to claim that “space must return to nature”, then here  the statement would be “space is nature”. To achieve this goal, intra-activeness of  space definitely needs to be created and constructed. 22 The original quote from the book, “HyperBodies: Towards an E-motive Architecture” by Kas Oosterhuis is: “True  hyperBodies are proactive bodies, true hyperBodies actively propose actions. They act before they are triggered  to do so. HyperBodies display something like a will of their own. They sense, they actuate, but essentially not as a  response to a single request.”     TOC   75  From Interactive to Intra-active Body: Towards a New Organic Digital Architecture In summer, 2013, the researcher was invited to be involved in MetaBody 23, an EU  culture research project. The team members included choreographers, digital media  artists, sound artists, and music composers from 7 different European countries. The  purpose of the project was to re-interpret bodies both of humans and space through  the means of new media. The project considered how to empower architectural space  in order to induce/evoke people to explore unknown/untapped potentials of their own  body, as regards both, physiological and psychological aspects. The primary goal of the  body of space here has no need to meet users’ demands as typical architectural design  thinking strives to do. Also, space is no longer seen as an extension of an individual  body as McLuhan stated, but as an independent individual with its own emotions,  actions, and behaviors like Kas Oosterhuis’ HyperBody idea. Users would have to get  along with the space by looking for possibilities to communicate with it through body  movements instead of verbal language. FIGURE 2.17  A space created by the interactive projection platform designed by the HyperBody Research Group  (Jia-Rey Chang and Nimish Biloria) and Dieter Vandoren where visitors had to try to twist their body to complete  different effective movements to interact with the swarm of units displayed by the beams. In summer, 2014, the researcher with the supervisor, Nimish Biloria, cooperated  with Dieter Vandoren, a Rotterdam-based multimedia artist to exhibit in the form  of an experimental installation in the form of an immersive digital interactive space  23 To know more about MetaBody, please refer to the link: http://metabody.eu/ or http://www.hyperbody.nl/ research/projects/metabody/. TOC 76 HyperCell called “Ambiguous Topology” (Chang, Jia-Rey, Biloria, Nimish, & Vandoren, Dieter,  2015) in Medialab-Prado, Madrid. The projection system platform developed by  Dieter was different from the general approach of projecting images onto a 2D screen  to represent/realize a 3D space. In the exhibition space, four projectors were set up  at the four corners of the exhibition area. The geometry (points, lines, and planes) in  the projection space was re-interpreted through the light beams in a specific manner.  For example, a point in the space was precisely located at the intersection crossing  of the beams from the four projectors. In Ambiguous Topology, we also built nearly  640 agents to construct the entire space based on the swarm logic. Seven different  experiential scenes were displayed in chronological order so that visitors would feel like  being in an immersive living space with projection inducing them to interact with the  space using novel body movements (Figure 2.17). For example, in one of the scenes,  the momentum of the agent/light beams was activated/disturbed when visitors  touched them (projected light beams) by waving or pushing them. The colors of the  agents/light beam also changed according to the velocity of the light beam. Aggressive  colors, such as red and yellow indicated the high transmission value of locomotion  compared to blue and green, which express relatively passive and stable light beam  movement. When each agent has accumulated sufficient momentum by progressively  storing the energy generated from the visitors’ movements, the agents instead of  acting in a responsive fashion, acquire a role wherein they are intimately attracted to a  user’s body. This implied, the agents/light beams to acquire aggressive colors (Red and  Yellow) and to quite literally attach themselves to the visitors’ limbs (attraction points),  thus directly transforming their response. Visitors were not given any instructions  about interaction scenarios before entering “Ambiguous Topology”. Furthermore,  the designers/programmers only set the rules/logic for each scene of the swarm’s  behavior as a set of gaming rules. So even the designers and programmers found it  was impossible to predict the exact changes of the space and visitors’ reactions to this  dynamic and unpredictable space24. In other words, “Ambiguous Topology” became  a space having its own life. Visitors in this installation had to use full body movement  based non-verbal communication means to communicate with this dynamic space.  This also opened up a new dimension for interacting with space for the disabled (Please  refer to Chapter 6 for more details about the “Ambiguous Topology”). 24 For more detail understanding and outlines of the project, “Ambiguous Topology”, please check the video here: https://vimeo.com/105027652 , https://vimeo.com/105421757,  and related paper of Chang, Jia-Rey, Biloria, Nimish, & Vandoren, Dieter. (2015). Ambiguous Topology from Interactive to Pro-ac- tive Spatial Environments. Proceedings of the IEEE VISAP’15 Conference: Data Improvisation (pp. 7-13). Chica- go: IEEE VISAP. (http://visap.uic.edu/2015/VISAP15-Papers/visap2015_Chang_AmbiguousTopology.pdf) TOC 77  From Interactive to Intra-active Body: Towards a New Organic Digital Architecture FIGURE 2.18  HyperLoop, a transformable pavilion space the HyperBody Research Group aims to implement,  with all nodes being transformable and the sensors on the nodes being able to communicate for the purpose of  spatial feedback. Please refer to the video: https://vimeo.com/117388146. FIGURE 2.19  A scaled mechanical prototype model of HyperLoop. The ultimate design goal of MetaBody was to deliver an intra-active transformable  pavilion. The basic structure of the preliminary design was developed as a giant  transformable mechanical frame structure in the form of an infinite loop (an 8 shape),  called “HyperLoop” (Figure 2.18 and Figure 2.19). A motion tracking system would  be implemented on each structural node to gather sensed data. The nodes with  embedded microcontroller will have basic intelligence, like the agents of a swarm,  communicating with each other through individual data transmission protocols under  a certain network. And data will be fed back to the motorized joints on each node to  TOC 78 HyperCell activate physical transformations as the resultant process of collective intelligent  swarm behavior. The idea of space with its own freedom akin to the HyperBody notion  defined by Kas Oosterhuis can thus be eventually carried out. This behavioral structure  with continuous data processing and actuating abilities is proposed to be covered with  an interactive skin for more local interactions with users25(Please refer to Chapter 6 for  more details about the HyperLoop). § 2.7 Conclusion Within this data driven context, we can conclude that architectural space can transcend  the modernist definition of living machines and tend towards becoming a lively  ecosystem with its own life and will, much like the natural world. This study boldly  predicts that the innovative concept of organic body-like architecture comprised of  intelligent components will soon be realized and will impact not only architectural  design thinking but also the habits and imagination of people as regards the concept  of space. The purpose of proposing the concept of a living space is not to suggest or  predict that this is the only direction/solution for the future of architectural design,  but to expand the young generation of architects’ imagination regarding space. Similar  to the avant-grade designs by Archigram, the research intends to free the mindset of  young designers from the constrains of conventional/typical trends of architecture  and broaden their horizons for creating new potentialities in architectural design.  Furthermore, to improve architectural design, one must not constrain imagination  to currently available technology. If those visionary ideas proposed by Archigram had  all stuck to the technology of the 60s, their design concepts and projects wouldn’t  have influenced visionary architects in the generations which followed. Recently in  the architecture design industry, digital architecture is becoming mainstream with  its associated pros and cons. The advantage is that we gain more design efficiency by  using computational tools, such as parametric modeling, and environmental analysis  simulation, etc., than before. However, with the vigorous development of digital  architecture, digital tools shouldn’t be considered only as assistive, but should rather  be used as generative tools to be used for exploring future possibilities. 25 Please refer to https://vimeo.com/117388146, http://www.hyperbody.nl/research/projects/the-hyper- loop/, and http://re.hyperbody.nl/index.php/Msc2G7:Frontpage, for the detailed description of the develop- ment process of HyperLoop and the related video. TOC 79  From Interactive to Intra-active Body: Towards a New Organic Digital Architecture Looking back at the context of Interactive Architecture’s development, in the early days  when Interactive Architecture was still in its embryonic stage of kinetic architecture, the  main purpose was to achieve multiple spatial usage with manually movable elements,  such as movable wall panels, or turning on/off of devices by using simple body  gestures. More recently, with further technological development, the aim slowly shifted  towards developing adaptiveness of façades in order to regulate environmental factors  in an automated fashion through centralized data processing systems in an attempt  to mimic how organisms react within nature. A visionary and ambitious goal for the  future has been proposed in this research: to imagine a space having its own will and  behavior akin to a living organism, needing constant negotiation and communication  to explore and establish novel relationships between humans and space. With the  advancement of technology, this notion of interactive architecture is getting closer to  realization. If the principles of building organic architecture still adhere to mimicking  organic designs, then the development of Organic Architecture will be at a standstill.  In contrast, understanding Organic Architecture from an Interaction Design will imply  re-considering our approach from mimicking to understanding the principles of  morphological development and incorporate these in our design thinking. This way,  we can approach the field of interactive architecture in a manner which corresponds  much more closely with the definition of being Organic, thus marking the beginnings  of a transition from interactive to intra-active architectural body to truly envision a new  generation of Organic Bio-Inspired Architecture. References Beesley, P. (2013). Architecture in Formation: On the Nature of Information in Digital Architecture. In P.  Lorenzo-Eiroa, & A. Sprecher (Eds.), Architecture in Formation: On the Nature of Information in Digital Architecture (pp. 268-275). New York: Routledge. Benyus, J. M. (1997). Biomimicry: Innovation Inspired by Nature. New York: HarperCollins Publishers Inc. Biloria, Nimish & Chang, Jia-Rey. (2013). Hyper-Morphology: Experimentations with bio-inspired design pro- cesses for adaptive spatial re-use. Proceedings of the eCAADe Conference Volume No.1, 2013 (TU Delft) (pp.  529-538). Delft: eCAADe and Faculty of Architecture, Delft University of Technology. Carroll, S. B. (2005). Endless Forms Most Beautiful: the New Science of Evo Devo. New York: W. W. Norton &  Company, Inc. Chang, Jia-Rey, Biloria, Nimish, & Vandoren, Dieter. (2015). Ambiguous Topology from Interactive to Pro-active  Spatial Environments. Proceedings of the IEEE VISAP’15 Conference: Data Improvisation (pp. 7-13). Chica- go: IEEE VISAP. Crompton, D., & Archigram (Group). (2012). A Guide to Archigram 1961 - 74. New York: Princeton Architectural  Press. Deluze, G., & Guattari, F. (2004). A thousand plateaus: Capitalism and schizophrenia. London: Continuum. Frazer, J. (1995). A Natural Model for Architecture/ The Nature of the Evolutionary Mode. In J. Frazer, An Evolu- tionary Architecture. London: Architectural Association. Imperiale, A. (2000). New Flatness: Surface Tension in Digital Architecture. Basel: Birkhäuser . McLuhan, M. (1964). Understanding Media: The Extensions of Man. New York: McGraw-Hill. Menges, A., Reichert, S., & Krieg O. D. (2014). Meteorosensitive Architecture. In K. M., & L. Hovestadt (Eds.),  ALIVE: Advancements in Adaptive Architecture (pp. 39-42). Basel: Birkhäuser. TOC 80 HyperCell Oosterhuis, K. (2003). HyperBodies: Towards an E-motive Architecture. Basel: Birkhäuser. Palumbo, L. M. (2000). New Wombs: Electronic Bodies and Architectural Disorders. Basel: Birkhäuser. van Schalk, M., & Macel, O. (Eds.). (2005). Exit Utopia: Architectural Provocations, 1956-76. London: Prestel  Publishing. TOC 81  Information Processor - Digital Form with Computational Means 3 Information Processor -  Digital Form with Computational Means “Give me a gun and I will make all buildings move.” Bruno Latour, Albena Yaneva § 3.0 Introduction How computational technology start to take place and gradually become being heavily involved/implemented in the design process of architectural design. In the architecture domain, not only the proportion of the assistance from  computational techniques has been increasing exponentially, but also, the role  they play has been gradually shifting from a supporting one to a generative one. No  longer limited to being a complex mathematics calculator, computers, have become  a ubiquitous necessity in our daily life and even influence the way we live. This, is  especially true for the young generation who were born in this digital world, mainly  referred to as the “Generation Z”26. Business Insider, a fast-growing business media  website, mentioned that “Gen Z-ers are digitally over-connected. They multitask  across at least five screens daily and spend 41% of their time outside of school with  computers or mobile devices, compared to 22% 10 years ago, according to the  26 Generation Z are the cohort of people born after the Millennials. The generation is generally defined with birth  years ranging from the late 1990s through the 2010s or from the early 2000s to around 2025. Please see the  details through: https://en.wikipedia.org/wiki/Generation_Z TOC 82 HyperCell Sparks & Honey report27.” When Alan Turing first invented the room-sized “Turing  Machine” to decipher Nazi codes, he couldn’t have expected that this giant machine  could one day be put into one’s pocket and efficiently compute a million times more  data. As compared to the era of tools, such as paper and pen, the computer, in today’s  context has been heavily utilized and relied upon as a powerful instrument. This change  is remarkable, considering the relatively short period of time, especially after 1981  when the first IBM personal computer was released (Mitchell, 1990). Architecture  Design cannot be excluded from this inevitable technological tendency. Even the most  conservative architecture firms are now required to deliver digital technical drawings  to communicate amongst designers, clients, and construction firms in the present  scenario. Incorporating computer technology in today’s context also provides young  designers the opportunity to experiment with creating relatively complex geometry  based architectural space. But before applying this powerful technology in architectural  design, the crucial knowledge behind it that architects had to understand and realize  was the manner and procedure of “Processing of Information”. Without information,  the computer would be just lying on one’s desk as a useless cube, like a vehicle  without a driver, or a body without a soul. The shifting roles of computer technology in  architectural design are obviously defined by the manner of how designers interpret,  digest and operate/process the streams of information flow. However, dealing with information is not new to architectural design, which already  thrived on multi-stakeholder based information exchange long before computers  arrived. In order to preserve the measurements underlying his design ideas,  Brunelleschi, as an architect in the early Renaissance, investigated means of making  projective geometric drawings in order to capture 3-Dimensional information,  which subsequently led to the development of parametric perspective space for  the first time (Lorenzo-Eiroa, Form:In:Form on the relationship between Digital  Signifiers and Formal Autonomy, 2013). During the 14th and 15th century, Girard  Desargues developed the concept of “the point at infinity” to create an alternative  way of constructing Euclidean geometry in perspective drawings by using vanishing  points as references (Lorenzo-Eiroa, Form:In:Form on the relationship between  Digital Signifiers and Formal Autonomy, 2013). Not to mention the great influential  invention of the Cartesian coordinate system by René Descartes, who, set up  the fundamental principles of spatial collaboration both in 2D and 3D graphics.  Implausible, in the early 15th century, when paper began to replace parchment as  a drawing medium, Italian architects had well understood the concept of graphic  projection as communication document shared amongst people dedicated to the  27 Please see the full report and statistics through the website referred: http://www.businessinsider.com/genera- tion-z-spending-habits-2014-6?IR=T TOC 83  Information Processor - Digital Form with Computational Means construction process (Weisberg, 2008). The communication documents here refer  to the so-called technical/engineering drawings as a medium where the projects  are represented in a proper scale, with precise measurements and understandable  geometric visualization. To use these technical/engineering drawings not only in  terms of translating, preserving, creating but also communicating information of  their spatial ideas, architects have shown remarkable abilities to confront information  communication as a necessity in the design process, and also reveal the intensive and  intimate relationships between information and form since the Renaissance. In other  words, architectural design can be seen as an on-going process coupled with streams  of information in order to seek/generate a relatively rational form as a specific resulting  outcome (with/without computational techniques). FIGURE 3.1  Left: Course in Airplane Lofting, Burgard High School, Buffalo, NY, USA, January I, 1941. Right:  Picture of People working on Airplain Lofting(source: http://cornelljournalofarchitecture.cornell.edu/read. html?id=74, https://i.pinimg.com/736x/0e/79/bb/0e79bbaa467027c649fd7452afb0cfe3.jpg). With the original intention of “Technical/Engineering Drawings”, designers  (not only architects) basically created two fundamental methods of dealing with  information pragmatically for a long time: 1. To store precise references for fabrication  and construction. 2. To present design ideas to the clients with understandable  visualization as a communicating medium. But the increasing intricacy of the design,  the precise demands for measurements, and the amount of requirements for the  reproduction of construction drawings made it extremely difficult to manually illustrate  hard copies with hand drawing by traditional tools such as pen, paper, and ruler.  Take aeronautical drawings for example, it is even more challenging, because of the  demands to produce accurate drawings at 1:1 scale for large components of an aircraft,  TOC 84 HyperCell where it is impossible to convert smaller drawings into the templates needed for  production (Weisberg, 2008)(Figure 3.1). This is the moment when computers started  to become important and be considered as a new medium/tool to assist and accelerate  both the design and production processes. It was also this time when the terminology  of “CAD”(Computer Aided Design) was first introduced to the world. Although the main  goals of CAD techniques back then still remained embedded in storing and presenting  designs, computational techniques have increasingly changed their role by providing  multiple ways of generating, analyzing and visualizing data. This in-turn has resulted  in developing informed complex geometry based design solution sets as novel spatial  outcomes. The Form is interplaying amongst itself as an information emergence by executing particular approaches for conveying information. “Design is the computation of shape information that is needed to guide fabrication or construction of an artefact” is an apt definition for the early stage of Computer Aided  Design by William Mitchell (Mitchell, 1990). However, in this case, information is  mainly considered as shape/geometry related data, extracted from a pre-conceived  form to assist in any production process after the design decisions have been mostly  completed. However, since years of developments and evolutions of the computer  technology utilized in architectural design, computers are not treated merely as  drawing machines to generate documents for construction work, or modeling  machines to create fascinating rendering graphics to present and convince clients.  The computation technology has successfully adapted/shifted itself to become an  “information processor” rather than a pure “information duplicator”. In the publication  of “Algorithm Form” (Terzidis, 2006), Kostas Terzids made an explicit distinction  about “Computerization” and “Computation”. “The dominant mode of utilizing computers in architecture today is that of computerization; entities or processes that are already conceptualized in the designer’s mind are entered, manipulated or stored in a computer system. In contrast, computation or computing, as a computer-based design tool, is generally limited. The problem with this situation is that designers do not take advantage of the computational power of the computer”. This concise quote  not only reveals existing problems of architects being predominantly occupied with  computerization, yet, it also indicates a clear turning point of feeding and extracting  information to and from computers in a different but also efficient way. “Form” has always been a complicated and debated topic as regards the role it plays  in architectural design no matter what kind of dogma is followed. Here, it’s crucial  to state that this research emphasizes that form should be perceived as having  an intimate relationship with relevant contextual data in a dynamic fashion, and  the approaches involved in processing this data into form-finding information.  TOC   85  Information Processor - Digital Form with Computational Means The key concept delivered here is: “The form can be informed by contextual information as a continual process”. The following sections will open up discussions  focusing on different strategies for associating form and information with different  computational methodologies in architectural design (computation) far beyond the  conventional computational approaches which served towards storing and presenting  (computerization) form. These methodologies have been categorized as: Form Sculptor, Form Generator, Form Animator, and Form interactor. § 3.1 FORM SCULPTOR = utilizing 3D software intuitively as an exploration tool for design purposes/intentions. Form Sculptor is defined as a method wherein existing 3D software is used to explore  design ideas in architecture. It doesn’t sound like an innovative idea at all, but in fact,  this methodology has been only executed since just over a decade. Sketchpad28(Figure  3.2), developed by Ivan Sutherland using the TX-2 computer in Lincoln Laboratory in  1959, which was around 20 years before IBM released the first personal computer was  one of the first pioneering CAD systems (Weisberg, 2008). Ivan’s original idea about  Sketchpad operating in the design process was clearly written in his Ph.D. dissertation:  “Construction of a drawing with Sketchpad is itself a model of the design process”  (Sutherland, 1963). However, major developments of implementing computer graphic  systems in architectural design went in a contrary direction inclined towards becoming  a convincing visualized representation of the designers’ ultimate vision of the project.  This conservative way of using computer graphic systems as a virtual template/ canvas or material to draw or model the final design project is obviously considered  as a “computerization” process. Certainly, there is no design intention involved in the  words and notions of making a “digital drawing” or “digital model”, which is in a sense  the common and typical misleading idea of the terminology of “Digital Architecture”  and “CAAD Process” prevalent amongst the general public. Architects who engage  with reproducing and storing tasks for the purpose of re-presenting their designs  virtually with digital tools should thus not be considered as members of the “Digital  Architecture” realm. Form Sculptor does not refer to such kind of computerized  architecture. 28 Please check the videos for more information about Sketchpad: https://www.youtube.com/watch?v=USy- oT_Ha_bA and https://www.youtube.com/watch?v=BKM3CmRqK2o. TOC 86 HyperCell Manifesting curvilinear geometries has always been seen as a difficult geometric task  within digital software and fabrication sectors for the architectural community. This  issue, however, has been successfully addressed within the automobile, aircraft and  naval shipbuilding industry with “Computer Numerical Controlled” (CNC) machines  for fabrication purposes. But long before the computer was invented, analog crafting  methods of building curvilinear structures have been developed with relatively  conventional tools and devices. For instance, lofting is one of the crucial techniques  of constructing a boat frame through several sectional profiles, and sweeping is  another approach by carving out clay or sand as a doubly curved surface from the other  directions perpendicular to the lofting axis. Both of these are fundamental functions in  surface modeling software (Young, 2012). It took a few years for computer scientists  to translate most of these crafting techniques into a computer algorithm to build up a  curvilinear line with compatible computational processing power so that it appeared  on screen in real-time. For instance, albeit it’s still being in a wireframe geometric  system, Pierre Bezier, in 1972, while working with Renault managed to mathematically  define a digital automobile surface and generate data corresponding to it in order to  drive a milling machine for production. This is when he created and implemented  the well-known techniques behind the Bezier curves and surfaces. A year later, at the  “PROLAMAT” conference, Ian Braid from Cambridge’s CAD Center, presented BUILD  using B-Rep(Boundary Representation) technology for 3D modeling in 1973. At the  same conference, Professor N. Okino from Hokkaido University has developed a CSG- based solid modeling which could operate boolean combination with primitive shapes.  B-Spline(Basic Spline), originally represented as a long strip of wood or metal to mark  out the curves created by the lofting profiles while building a boat, was also described  as a new digital approach by Rich Risenfeld, a Ph.D. graduate of Syracuse University in  the same year. Two more Ph.D.’s from Syracuse University, Ken Versprille and Lewis  Knapp, are credited by many people as being the developers and key figures behind the  evolution of NURBS (Non-Uniform Rational B-Spline) around 1975 to 1979 (Weisberg,  2008). All the aforementioned researchers contributed to making a huge leap not only  in the realm of CAD but also CG (computer graphics ), but it was still somehow a bit  difficult for architectural designers to execute directly such computer programs even  during the year 1986 when AutoCAD initiated its launch of the first PC version software  and took over the design software market. After years of evolution of UI (user interface)  of modeling software, architects can now freely manipulate and improvise 3D modeling  functions to create complex shapes. With this freedom of shape making, computers are  now involved in the design process itself, rather than being used as a representational  machine duplicating the designers’ ultimate ideas. This conclusion coincidentally  matches to what Mario Carpo stated in his article, an introduction of “Twenty Years of Digital Design” (Carpo, 2012), “In fact, in the first instance, a meaningful building of the digital age is not just any building that was designed and built using digital tools: it is one that could not have been either designed or built without them”.  TOC 87  Information Processor - Digital Form with Computational Means Thus, Form Sculptor should be seen as an approach where computational power  becomes a necessity for discovering not only the form but also the spatial quality of  architecture. FIGURE 3.2  Introducing and Demoing the Sketchpad to the general public on a TV program. (source: https:// www.youtube.com/watch?v=USyoT_Ha_bA). Under this definition, architects who have been metaphorically deemed to be  Form Sculptors, try to explore the diversity of forms to a certain extent by utilizing  the capability of the 3D software. Forms should be seen as a “formation” process  rather than a static and solid result. Unlike the real sculptors, who execute crafting  techniques, like carving, shaping, modeling and fashioning according to chosen  materials in the real physical world, the Form Sculptor deploys essential transformation  functions within the selected 3D software, such as scaling, shifting, twisting, tapering,  etc. in general digital modeling, and lofting, sweeping, patching, fairing, etc. in surface  modeling work with principles of B-Spline, B-Rep, NURBS or even topological (blob)  calculation to determine the shapes of the objects in a virtual reality space. However,  a crucial aspect has to be repeatedly emphasized here: ideally, Form Sculpting, as a computational approach, should go beyond utilizing computer technology to produce  pre-determined form. On the contrary, such free form manipulation with user-friendly  interfaces in current 3D modeling software undoubtedly enhance design creativity  and tend to further architectural development to challenge the conventional and  conservative definition of space and functions (Carpo, 2012). In the stage of the Form Sculptor, the required information for the design tasks can be searched, filtered and  digested during the operations of the modeling process with the powerful 3D software,  and simultaneously collaborating with the designer’s mind. Architects gain complex  form modeling based advantages from powerful 3D modeling software, while the  TOC 88 HyperCell disadvantages/missed opportunities are revealed from the way these are utilized.  Since the Form Sculptor relies too heavily on existing generic modeling functions,  to a certain extent it constrains the creativity within the box of “default modeling  functions”. Besides, the operation of form modeling remains a relatively linear  procedure which also further limits the potentials of computational processes which  could utilize modeling processes from a distributed perspective, akin to a swarm. In  other words, modeling each and every step of the formation process in linear detail is a  misuse of the powerful computational technology in design. The other crucial critique  of Form Sculptor is that the design output depends too much on an architect’s personal  intuitive sensibility for aesthetics, albeit this also is a central issue in most other design  methods wherein subjectivity determining computational processes remains difficult  to prevent. In order to search for solutions to such challenges, some architects decided  to look for an answer by shifting from the “Form Sculptor” to the “Form Generator ”  methodology as a potential escape. § 3.2 FORM GENERATOR = development of algorithms with multiple parametric inputs to generate performative forms associated with the appropriate usage of computational power in architectural design. The “algorithm” as an information processor, obviously becomes the crucial element  within the form generating process. But before rapidly jumping into the world of  algorithms, it’s crucial to acknowledge the time when complex geometries were being  visualized without the assistance of computers but via mechanical tools. This will help  in establishing hidden connections leading to today’s algorithmic and coding driven  innovations. So to begin with a different starting point, instead of relating directly to  mathematical formulas, algorithms can in a sense be realized as physical instruments  to illustrate simple to complex geometric principles via mechanical tools since  yesteryears. Parametric thinking resembles the logic behind mechanical equipment,  which has been used for decades as tools to record crucial physical notation (such  as a drafting compass). For instance, Albrecht Dürer, who demonstrated curvilinear- line tracing during the time of German Renaissance (Cache, 2012). The illustrating  instruments Albrecht Dürer invented to a certain extent have already embedded  the relevant algorithms defined according to the combination of a mechanisms’  movements and the equipment’s dimensions in a parametric relationship. More  importantly, these logics underlie ways in which computers can realize similar  TOC 89  Information Processor - Digital Form with Computational Means graphical effects via algorithms on screen in real time. Most of these drafting tools can  be seen as a physical realization of the algorithms/formulas. Take the simple drafting  compass as a common example, with its dimensions, it can concisely define the central  point with the needle in one leg and open up a certain distance as a radius with the  other leg attached to a pen. Then once the needle is fixed on the paper, the movement  of spinning the head of the compass to make traces of the pen can be interpreted as a  methodology to draw a perfect circle. This fundamental setting can be easily translated  and applied to the computer as an algorithmic code to exhibit another perfect circle  digitally on screen. Here, it is crucial to point out that without numerous explorations  with such inventions of illustrating tools, computer graphics as a base of digital design  would have been relatively difficult to realize through scripting alone. FIGURE 3.3  A drawing showing the usage of the perspective drawing instrument invented by Albrecht Dürer in  the 15th century (source: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Duerer_Underweysung_der_Messung_ fig_001_page_181.jpg ) In “Underweysung der Messung (Instrument in Measurement)” (Dürer, Albrecht &  Formschneider, H. Andreas (Nürnberg), 1525) several curvilinear geometries are  seen as the ancestors of B-Spline and NURBS used in current CAD software, such as  TOC 90 HyperCell snail curve, spiral curve, epicyclic circle, serpentine curve (even in 3D). These were  demonstrated by Albrecht Dürer’s incredible mechanical drafting instruments.  Amongst one of the first theoreticians of perspective, he even invented the first  mechanical imaging device requiring no human eyes as references to visualize 3D  space on a 2D planar surface (Figure 3.3). If Dürer’s instruments can be interpreted  as a graphics generating tool, so do algorithms in computers which can be seen as  parametric visualization machines. The algorithms and parametric principles executed  by the Form Generator are akin to Albrecht Dürer’s physical instruments, attempting  to discover more complex spatial formations with the assistance of computing power.  This kind of parametric design thinking had been ignored for years until the invention  of computers showed their potential in architectural design for generating relatively  complex shapes under the demands initiated from the Deconstruction movement  (Deconstructivism) (Carpo, 2012). Who would have imagined that this form-finding  process with parametric algorithms would become mainstream today through the  possibilities offered by coding techniques? So far in this section of the Form Generator, algorithms were interpreted to play the  roles of form finding/generating processes/tools operating on the input of a geno- type, which results in the production of pheno-type, without offering insight into  the generative process (Akin to a blackbox). This sentiment is echoed in Malcolm  McCullough’s article “20 Years of Scripted Space” (McCullough, 2006): “First you set up some rules for generating forms, then you simulate them to see what kind of a design world they create and then you go back and tweak the rules”. Especially after  user-friendly visual programming languages were introduced to architectural design  within parametric modeling software suits such as Grasshopper in Rhino, Dynamo  in Revit, young architects were all fascinated to see what parametric computational  technology can offer and were tempted to use these for the sake of generating more  complex design. Instead of manipulating the virtual model with the default modeling  functions of the 3D software step by step, architects can now generate thousands of  iterations of emergent outcomes with different sets of input variables fed into the same  algorithm within a short period of time. This ability to discover novel emergent forms by  harnessing computational power can be seen as a push in the right direction if compared  to acts of modeling a pre-determined form. Influenced by scientific discoveries, such  as system theory, complex science and genetic engineering, and the improvement of  personal computational processing power, some architects began to execute well-known  algorithms, such as L-System, Fractals, Subdivisions, Genetic Algorithms, Game of Life,  etc., to generate complex geometric shapes related to their design concepts. However, in  less than five years of development, a plethora of misuse of algorithms only for the sake  of making complex desired forms to satisfy the personal desire of architects has become  unprecedented. Such a trend of processing computational algorithms in architectural  design fails to empower architecture in the digital age. TOC 91  Information Processor - Digital Form with Computational Means For digital architecture to be seen as a continuation of Deconstruction, computation  should have a chance to challenge the stereotypical definition of architecture followed  for thousands of years, not only in terms of “the appearance of form” but also its  fundamental essence, which remains somehow missing in this category. The “Form Generator”/algorithms applied here should be capable of filtering excessive data  into useful information to produce meaningful results not to be judged by aesthetic  intuitive evaluation. Creating an algorithm should be seen as an inclusive part of the  design in the process of the Form Generator. No matter how simple or complicated the  algorithm is, the utilization of the algorithm should be embedded within contextual  data to aid in the informed generation of form rather than being used as a tool for  purely aesthetics driven Form Generation. John Frazer’s quote in his work, “An Evolutionary Architecture”, “What we are evolving are the rules for generating forms, rather than the forms themselves” (Frazer, 1995), adequately portrays the ideal  definition of the Form Generator. § 3.3 FORM ANIMATOR = A process wherein surrounding/contextual forces become instrumental in actuating the evolution of form to ultimately reach a dynamic equilibrium in real time. Information undoubtedly involves a dynamic flow of data, so should Form, if  interpreted as a representation of this information. Therefore, the Form Animator must have the ability to deal with the dynamic flow of information in real time. The  Form Animator portrayed as a real-time adaptive information processor can drive  its represented form as an actively morphing object following the rules of dynamic  equilibrium. If this is still too abstract to understand, try to imagine a free-falling  raindrop from the sky. it continuously morphs its form each and every minute based on  its interaction with the surrounding forces and the principles of dynamic equilibrium,  until it lands. The name of the Form Animator is derived from the well-known article  “Animate Form” by Greg Lynn (Lynn, 1999), but the essence of the Form Animator is mostly pointing against what Greg Lynn states. Greg Lynn tried to make a distinction  between “motion” implying movement and action, and “animation” implying the  evolution of a form and its shaping force. But under the definition of Form Animator, in this research, these two categories of Motion and Animation involves different time- scales: a relatively slow morphological progress of growth or an immediate reaction  via fast movement. In other words, a form, if seen as a mathematical representation,  should consider relevant forces/parameters as dynamic variables to alter the resulting  TOC 92 HyperCell shape through time. This, coincidentally, matches the central idea described in “On Growth and Form” by D’Arcy Thompson (Thompson, 1992)(Figure 3.4) long before  Greg Lynn’s “Animate form”. As a digital pioneer, Greg Lynn, in “Animate Form”,  attempts to break the dominant cultural expectations from architecture, which implied  Architecture to be static and permanent. This is achieved by utilizing computational  topological modeling tools, such as B-Spline, B-Rep and Blob techniques with  continuous mathematical relationships to search for an optimized/universal  geometric solution: a continuous unibody dealing with all the potential vector forces  around it. Although simulation engines work in advanced forms in contemporary CAD  software, such as MAYA, it still seems inefficient to manually drag control points of  a relevant B-Rep body to model an optimized form and to examine it back and forth  using evaluation tools. The Form Generator, with the assistance of computational  technology, can generate optimized solutions, given a set of parametric inputs and  fitness criteria. But if we accept that “information is dynamic”, to a certain extent, the  input parameters for generating form could also acquire a dynamic nature. This is  what the Form Animator takes into consideration and should be thus seen as dealing  with dynamic parametric inputs, which are able to produce multiple optimized sets of  results. FIGURE 3.4  Analyzing the various morphology of animals using deformable grids by D’arcy Thompson (source:  On Growth and Form, The Complete Revised Edition, New York: Dover Publications, Inc., 1992). “The problem with buildings is that they look desperately static,” says Bruno Latour,  who also further indicates that this is connected with the fundamental communicating  medium, which architects use, namely, “the drawings” which are fixed to a particular  perspective view illustrated in Euclidean space (Latour, B., & Yaneva, A., 2008). He  further states that “Euclidean space is a rather subjective, human-centered or, at TOC 93  Information Processor - Digital Form with Computational Means least, knowledge centered way of grasping entities, which does no justice to the ways humans and things get by in the world”. However, since architects work in Euclidean  space, it becomes intuitive to ignore the fact that time and matter are actually married  to space in a real living embodiment and not as static illustrations in the form of  drawings. Even with current technologies to simulate render and animate, most  building projects use them to merely portray lifestyle pertaining to how people adjust  themselves to “happily” live inside the designed building, rather than using this  data to take active action to influence spatial adaptation in a dynamic manner. The  other issue Latour points towards is that since buildings have so many performative  demands and considerations, that there is utterly no possibility to consider buildings  as static artefacts which ultimately need to responsively transform with respect to  internal and external forces they experience from the users and the environments they  are embedded in real-time. He thus comes to the conclusion that “…we should finally be able to picture a building as a moving modulator regulating different intensities of engagement, redirecting users’ attention, mixing and putting people together, concentrating flows of actors and distributing them so as to compose a productive force in time-space”. This statement and its intent further points towards the essence of the  next category, the “Form Interactor”, which not only considers architecture as a one to  one responsive system but also engulfs it within the domain of a collective intelligence  based interactive system. “It is a liquidizing of everything that has traditionally been crystalline and solid in architecture.” (Novak, 1991) Unlike Greg Lynn in Animate Form who realized static,  yet complex architecture with existing topological modeling software, Marcus Novak  proposed another vision of “Liquid Architecture” to liberate rigid architecture from  the physical environment into Cyberspace (Novak, 1991). He argued that it is possible  to envision architecture nested within architecture (Cyberspace), which basically  proposed a co-existing environment where physical and virtual worlds bundle  together. Within a virtual environment, architecture design can in a sense neglect the  realistic physical constraints, such as gravity, but still, have the capability to deliver  sensory perception via VR (Virtual Reality). Cyberspace is a virtual reality construct  which smoothly liquidizes the hard boundary of physical space. To liquidize entities  which have been crystalized in architecture is just the first phase of Marcus Novak’s  “Liquid Architecture”, the ultimate goal is to adapt to real-time information flow  and respond interactively to changing contextual data as an active living organism.  Although this mode of conceiving architecture still involves an extensive amount of  time to confront and resolve technical issues too, it still has the potential to ultimately  change the dominant stereotypes of what architects could be doing. In contrast, it is  quite disappointing, yet common, that most architects working in the digital realm do  admit that working with dynamic information flow though does work at a theoretical  and simulation level, but ultimately, they abandon this path to freeze the projects in  TOC 94 HyperCell a static manner. Under the technical limitations of the 3D software back then, Greg  Lynn stood up to the challenge to alter the fundamental essence of architecture from a  computational perspective. His concept of “Animate Form”, considering todays context  of real-time information management, can now be re-interpreted and re-appropriated  as “Animate Form (Form Animator).” In a new interview: Pablo Lorenzo and Aaron Sprecher with Greg Lynn, documented  in the publication “Architecture in Formation: On the Nature of Information in Digital Architecture (Lorenzo-Eiroa & Lynn, Interview and projects by Greg Lynn FORM,  2013)”, Lynn states: “I had thought it was too simplistic and literal to reduce animation media to the role of designing moving projectiles and transforming objects. But, now I have to admit that a sensibility in culture is willing these moving environments into being. People expect their cities and buildings to literally move for a variety of reasons”,  which to a certain extent is a modification of his former definition of “Animate Form.”  Based on Greg Lynn’s re-interpreted notion of “Animate Form”, Bruno Latour’s,  theories on liberation of building, and Marcus Novak’s “Liquid Architecture”, the Form Animator tends to inevitably operate more likely as a Form Transformer. This implies  operating akin to a delicate mechanism constantly responding to input forces and  actuating a relevant dynamic form. Moreover, the Form Animator can radically acquire  the scope of a Form Interactor, which, not only passively react to direct environmental  inputs, but can also pro-actively alter human and spatial behavior. Following this  tendency, Latour’s daring assertion of “making all buildings move” might actually  come true. § 3.4 FORM INTERACTOR = An emergent organic body composed of numerous singular intelligent entities possessing dynamic interaction. This dynamic interaction via internal/external information exchange can be seen during the process of growth and in the pro-active immediate behavior, which the body possesses. Embedded in this immersive digital world surrounded by dynamic information flows,  architecture has no excuse to keep with its static or essentially passive response  state. It must be transformed into a living-creature-like entity which can react  instantaneously and possess free will. It seems to be an inevitable trend that architects  are yearning for making buildings as living organisms after adequate exploration of  the Form Animator. Unlike the Form Animator principles, which are used for projects  TOC   95  Information Processor - Digital Form with Computational Means which acquire algorithmically driven passive formal variations, the Form Interactor has an advanced proactive system akin to an artificial intelligence to make informed  and immediate decisions compatible with dynamic data. The title of “Form Interactor” might at first seem misleading with the initial impression of merely focusing on the  creation of an expressive phenotype, however, the “Interaction”, is equally crucial for  the creation of an implicit genotype, in an emergent fashion. In Form Interactor, the issue of interaction is different ways: “Internal Interaction”, which, takes inspiration  from biological growth processes, and “External Interaction”, which mainly deals with  immediate behavioral reaction, and both of these can be associated with the notion of  “Emergence”. § 3.4.1 Internal Interaction Genetic Algorithms should not be seen as a process for optimizing form finding functions only: “Form Generator”, but rather as an environmentally sensitive interactive process involving dynamic information flows: “Form Interactor”. The body, as a living entity, can be interpreted as a confluence of several complex  systems interacting with each other akin to the multitude of systems which operate  simultaneously to create architecture. During the growing process of an organism,  there is, Internal Interaction, information embedded in genes as a basic instruction  interacting with external factors from the environment to proportionally produce  organic materials. This self-organizing process interested numerous pioneering  architects to experiment with Genetic Algorithms, for form-finding purposes. These,  however, turn out to be misleading examples, considering that the processes of  real-time “Interaction” within natural growth processes tend to be completely  missing during the computational processes of such algorithms. Michael Weinstock,  in “Morphogenesis and the Mathematics of Emergence” (Weistock, 2004) clearly  illustrated the generic computational approach of exploiting Genetic Algorithms  in architectural design and other research fields, “Genetic Algorithms initiate and maintain a population of computational individuals, each of which has a genotype and a phenotype. Sexual reproduction is simulated by random selection of two individuals to provide ‘parents’ from which ‘offspring’ are produced. By using crossover (random allocation of genes from the parents’ genotype) and mutation, varied offspring are generated until they fill the population. All parents are discarded, and the process is iterated for as many generations as are required to produce a population that has amongst it a range of suitable individuals to satisfy the ‘fitness criteria’”. Genetic  algorithms undoubtedly enhance powerful computational applications supporting  TOC 96 HyperCell the process of morphogenesis in architectural design. However, in most cases, Genetic  Algorithms in architectural designs, based on defined fitness criteria are used for  obtaining “Optimized”, often static, outcomes for digital fabrication purposes. This,  is contrary to the essential notion of “growth”, which, is a real-time adaptive material  producing “process”. According to Micahel Weinstock (Weistock, 2004), “Strategies for design are not truly evolutionary unless they include iterations of physical (phenotypic) modeling, incorporating the self-organizing material effects of form finding and the industrial logic of production available in CNC and laser-cutting modelling machines”. This illustrates the exact misuse of implementing Genetic Algorithms. However,  still, a majority of architectural designers still use Genetic Algorithms specifically for  producing aesthetically pleasing form without considering material performance and  production logics. Genetic Algorithms directly implemented in architecture in this  sense, act no more than an algorithmic machine akin to the role of the Form Generator, generating an optimized solution, opposed to John Frazer’s idea to take natural science  as a source of inspiration rather than explanation (Frazer, 1995). John Frazer’s idea of taking Genetic Algorithm as an inspiration implied not to directly  execute these algorithms extracted from nature, but further, translate them into a  design methodology for creating the instructions of the morphogenic formation in  architectural design. “…DNA does not describe the process of building the phenotype but constitutes instructions that describe the process of building the phenotype, including instructions for making all the materials, then processing and assembling them…These are all responsive to the environment as it proceeds…”. (Frazer, 1995).  John Frazer emphasized in his significant article“An Evolutionary Architecture” that “… what we are evolving are the rules for generating form rather than the form themselves. We are describing processes, not components” (Frazer, 1995). This suggests that  architects should design specific Genomes considering the context within which the  design has to be embedded, rather than merely apply existing algorithms as a form- finding tool. Under the premise of John Frazer’s rule-generating idea, the Internal Interactions of a living creature/building can be designed/interpreted as several  internal information processing systems embedded in Genomes interacting with  each other as well as external environmental inputs, forming a constant emergent  mechanism for the overall growth “process”. The formation of the Genome is an on- going process with the inherited relationship of each cell that cannot be simplified  as a one to one input-output mathematical formula neglecting the crucial fourth  dimension, time, which is equal to the role of Internal Interaction implemented in  the “Form Interactor”. Common sense would state that “living” should be considered  as an activity/state involving a continuous process involving constant data exchange  between the body and its natural context, and thus can never be interpreted as an  ultimate frozen state in time. If the Form Interactor was seen as a metaphor of a  building, then it should also “live” in the existing environment rather than being  TOC 97  Information Processor - Digital Form with Computational Means “located” or “crystalized” on site. “Bones, for instance, which are full of living cells, can heal and adapt to their environment. In particular, the cells will rebuild the structure to adapt to the load it carries; a bone can change its physical shape after a fracture that heals out of position so that the load is adequately supported” (Fox, Michael, & Kemp,  Miles, 2009), the Internal Interaction within the example here reveals the vital ideas  of real-time calculation, immediate adaptation and material interaction by distributed  information systems amongst cells, to carry out the healing task, an which can be  seen as an emergent behavior. Extending this healing function is associated back with  the issue of “growth” and “fabrication”, it is not that the Internal Interaction fights  against the idea of fabrication, but the post-optimised production method is what the  Internal Interaction refuses to accept in the section of the “Form Interactor”. The ideal  fabrication process within the concept of Internal Interaction should be akin to how an  organism builds up its body based on the “Genome instructions” and “environmental  influences” in real time. Each single moment is unique and with the summation of all  internal and external forces emerging, the organism grows that particular body part  based on each single task assigned to the living cells which cannot be repeated. This  is exactly the emergent performance principles to be traced in External Interaction.  (More Genetic Algorithm and Evolution Process will be discussed in the chapter of Bio- Inspired Architecture). § 3.4.2 External Interaction External Interaction, following Swarm Behaviors-like principles, a dynamic equilibrium, should have capabilities to confront immediate circumstances locally to take action by individuals but interrelated componential intelligence agents and emerge from bottom- up as a global behavior to embody as a volatile actor. To understand the issue of External Interaction in the Form Interactor, the notions of  Emergence and Swarm Behaviour have to be introduced. “…Emergence is applied to the properties of a system that cannot be reduced from its components. Properties ‘emerge’ that are more than the sum of the parts”, “The Architecture of Emergence: The Evolution of Form in Nature and Civilisation” (Weinstock, 2010), which simply  and clearly explained the notion of Emergence. Michael, further quotes Aristotle’s  words to support this explanation, “that ‘whole’ has distinctive properties that emerge through the processes of successive interaction between different levels of organization and integration”. It can thus be said that Emergence can be considered  as a process of formation through interaction between different individuals systems/ entities, and the overall property of emergence cannot be observed by studying each  TOC 98 HyperCell distinctive individual. Based on this definition, the Internal Interaction can definitely  be seen as an Emergent Behavior, which merges several interactive interacting systems  together to gradually develop the process of growth as a whole. In the case of External Interaction, the focus is the individual entity comprising the overall whole and the  networked relationships between them. This idea of a larger property described by  smaller componential entities can be traced back to the philosophical definition of  a “Monad” in Gottfried Leibniz’s Monadology back in 1714 (Leibniz, Monadology,  1714). The “Monad” here stands abstractly for the simplest substance which cannot  be split apart and considered as a basic element comprising a composite object. As a  result, in this respect, Leibniz made his point that “In a plenum [= word that is full], any movement must have an effect on distant bodies, the greater the distance the smaller the effect…As a result, each body feels the effects of everything that happens in the universe, so that he who sees everything could read off from each body what is happening everywhere”. Therefore, every object, person, and every single matter  existing in the world are all intimately interconnected to each other in this rapidly  dynamic and hyperlinked Internet age. One can also connect, Emergent Behaviour  to principles of Monadology, wherein every single monad, as a bird in a flock, has an  influential interactive relationship with each other to emerge as a whole plenum(overall  performative body) in a bottom up fashion. From the historical trajectory of these  philosophic aspects, Leibniz’s Monadology had great influence on Deleuze’s thought  process behind the “Folding” and “Body Without Organs” concepts, which profoundly  impacted further philosophical inspiration in contemporary architectural design. In Nature, Emergence, can be traced in the principles underlying Swarm behavior.  Swarm Behavior principles embody numerous animal species, which tend to move  collectively, for example, a flock of birds, a school of fish and a group of bees (Figure  3.5). Without any leader’s top-down command, each individual forming in such  groups of living entities make bottom-up decisions, resulting in bigger collective  behavior. Each entity is equal, in stature, to each other and thus any of singular entity’s  movement/decision, profoundly impacts the overall performance of the whole.  This characteristic fits perfectly with the science of Emergence as well as Leibniz’s  Monadology philosophy. After observing flocks of flying birds, Craig Reynolds, as  a computer scientist started to develop swarm behavior simulation back in 1987  (Reynolds, Flocks, herds and schools: A distributed behavioral model, 1987). Three  major principles of “Separation”, “Cohesion”, and “Alignment29 underlying the steering  29 Separation implies avoiding crowding next to each other; Alignment implies steering towards the average di- rection of the neighboring flocks; Cohesion implies driving the agents’ movement towards the average position  of the local agents. More information can be found referring to Craig Reynold’s website illustrating the flocking  behavior: http://www.red3d.com/cwr/boids/ TOC 99  Information Processor - Digital Form with Computational Means behavior behind a digital flock of birds was thus successfully realized in a virtual  environment with intuitive and smooth movement. Since then, this Swarm behavior  algorithm has been broadly applied to different paradigms of research including  game design, swarm robotics, distribution and communication systems…etc., and  certainly in architectural design applications as well. John Holland, another pioneer  working on Emergence and genetic algorithms, pinpointed three major principles  required to set up a basic Emergence system: element, rules, and interactions (Holland, 1998). If we follow John Holland’s proposal, the three major principles of  Swarm behavior simulation developed by Craig Reynold can be accordingly modified  by further enhancing the fundamental principles in relation to implementation/task  based deploy ability. Computationally speaking, one can modify the basic principles/ rule sets of agent interaction, in order to develop customized “basic intelligence”  within the algorithm associated with smarm simulations. Recently, architects have  taken advantage of growing computational power for developing Swarm based design systems, as novel approaches in architectural design. FIGURE 3.5  Images exhibiting the swarm idea either in nature or in the film. A swarm is a group of animals  that aggregate and travel in the same direction(https://en.wikipedia.org/wiki/Swarm_(disambiguation)).  From left to right: a swarm of insects, a school of fish, a group of agent Smiths in the Matrix (source from left to  right: http://www.ayni.institute/swarm, http://www.dailymail.co.uk/news/article-2834570/Divers-caught- middle-huge-school-fish-snap-selfies-them.html, and http://movies.stackexchange.com/questions/27942/ is-there-a-trope-for-a-pile-on-fight). Roland Snooks, one of the leading characters in this new domain, also one of the  directors of Kokkugia has for years conducted experiments using Swarm algorithms  for promoting self-organization principles in architectural design, under the title  “Behavioral Formation,” which is also the title of his Ph.D. dissertation in RMIT,  Melbourne. Some of the experimental designs were developed together with his  design partner, Robert Stuart-Smith in practice, and some with his master students  TOC 100 HyperCell both at the AA, London, UK and RMIT, Australia as design research experiments.  Roland Snooks’ idea of a self-organized body within Swarm behavior principles is  explicitly illustrated as follows, “These methodologies operate by encoding simple, local architectural decision within a distributed system of autonomous computational agents. It is the interaction of these local decisions that self-organizes design intention, giving rise to a form of collective intelligence and emergent behavior at the global scale. Such behavioral formation represents a shift from ‘form being imposed upon matter’, to form emerging from the interaction of localized entities within a complex system”  (Snooks, 2013). In other words, the behavioural formation can be interpreted as a  self-organizing system constituting agents of a swarm, which produce unique/local  material properties due to underlying collective decision-making principles set forth by  the designer. Akin to the aforementioned concept of Internal Interaction constituting  the process of growth or similar to the process of self-healing of living bone cells.  However, even volatile topology has been heavily addressed in Roland Snook’s concept  with Swarm logics, as all his computational generative formation processes are frozen  in a particular moment, which, is fundamentally against his original idea of “volatility”.  Various young digital savvy architects are extremely fascinated by this emergent  behavior and its capability and have started following this trend of executing swarm  algorithms in architectural design again as a form/pattern finding process. Roland  Snooks’ approach of utilizing swarm algorithms is still, in general, in a relatively initial  stage. Although he advanced the development of algorithms for making local collective  decisions to materialize creative projects, he somehow overlooked the inherent  character of swarms, which, points towards a continual dynamic process, which  cannot be crystallized at any moment in time. For instance, in nature, simply taking  groups of ants for example, they can form an emergent holistic body such as a bridge,  helping each other to cross a pond of water or gap between leaves. However, once  the temporary goal is reached, they will re- distribute themselves going back to doing  their own tasks and form new configurations according to the new tasks they need to  accomplish in time. To a certain extent, we can still interpret this as another much-advanced version of  the Form Generator/Animator due to the fact that it remains frozen in its ultimate  state, which, makes his projects less commensurate to the terminology of “Swarm  Architecture”. Swarm Architecture, in its true sense, should possess the substantial  potential to deal with immediate interactions similar to how living entities adapt to  dynamic contextual demands. “Swarm Architecture” based research should thus be  highly advanced in order to produce intelligent buildings with capabilities of real-time  adaptation and interaction. This is the ideal goal for what External Interactions should  embody in a “Form Interactor”. TOC 101  Information Processor - Digital Form with Computational Means “Space is a computation.” Kas Oosterhuis made this bold and strong assertion in the  very beginning of his article “Swarm Architecture II” (Oosterhuis, Swarm Architecture  II, 2006), which was proposed years before Roland Snooks presented his Behavioral  formation idea. According to Kas Oosterhuis “space computes information”. This  links perfectly with the key concept of this chapter: to consider form(space) as an information processor. Following Kas Oosterhuis’ steps, an architecture can also be  seen as a networking instrument communicating actively with the users of the space in  real-time via various inter-connected actuated building components, “The actuators are being orchestrated like the birds in a swarm”, Kas concluded. Kas Oosterhuis thus  proposed the idea to bring computational technology for practical usage by embedding  it into building components for active internal communication and external adaptation  instead of utilizing the computing power merely as a form generating tool. This mode  of thinking perfectly embodies the authentic intent of the “Form Interactor.” This  intent can further lead to the production of buildings, which, in essence, become  alive and thus a species in their own right. This is further reinforced by, John Frazer’s  statement:“We never try to copy the superficial appearance of a biological species. Rather we try to invent new species which by its complexity and due to their complex behavior may eventually familiarize with living objects as we already know” (Frazer,  1995). It is time to shift towards utilizing computational power to develop practical  operational spatial solutions rather than for creating front-end form generating  machines. In other words, it is time to utilize the principles of “Swarm behavior” as  the fundamental basis behind “Form Interactor” to develop a novel approach for  integrating computational technologies within building component for developing a  networked distributed system for realizing an architectural body which can adapt to its  immediate context. § 3.5 Conclusion In this chapter, “Form” has been interpreted as an information processor inspired  by Kas Oosterhuis’ “Space is a computation” approach. Actually, in every scale, all  existing objects are to a certain extent related to information which can be translated  and represented in diverse forms. Simply take a small device like a pen, for example,  it has information embedded associated to its dimension, color of ink, and material  it is made of. Furthermore, with its essence of being a pen, it has a given function of  making traces. This kind of “Object-Oriented” concept is mainly utilized in computer  science to illustrate a category, constituting certain characteristics, where you can  generate objects from its essence, but vice versa it can logically categorize any existing  TOC 102 HyperCell object with a similar principle. In the introduction section of this chapter, it is clearly  emphasized that people have dealt with spatial information long before the computer  had been invented, the only crucial difference is that the computational technology  accelerated the processing of data. In the digital architecture domain, the means and  degrees of utilizing computational technology have been categorized into different  sections in this chapter, namely: Form Sculptor, Form Generator, Form Animator and Form Interactor. Not only the manner but also the philosophy and the logic of a  computational application in architectural design behind them have been reviewed in  this Chapter in order to trace the advantages and disadvantages within each category.  There are definitely “pros and cons” but no “rights or wrongs” of these formative  approaches from the design perspective, it is only a question of the methodologies  and strategies the designer prefers. The Form Sculptor tends to favor a more intuitive  approach compared to the Form Generator relying on rational algorithms as a form- finding method. The Form Animator starts to be aware of the influential impact from  dynamic information flows, while the Form Interactor takes the dynamic information  into account as either the slow morphing process, in the case of growth or immediate  morphing process, in the case of an immediate reaction. Form thus has an intimate  relationship between the architectural design process and contextual information. Based on what Stephen Wolfram has stated in “Towards a New Kind of Science”, “… nature[the Universe] as we know it is a pure form of computation” (Wolfram, 2002),  it is extremely rational to claim that “Space is a computation” as proposed by Kas  Oosterhuis in 2011. The other crucial factor of “dynamic equilibrium”, indicates the  need to be constantly changing/evolving with information flow, and that this will  drive architectural design to acquire the dimensions of a living organic body. “Liquid Architecture is an architecture that breathes, pulses, leaps as one form and lands as another…It is an architecture that opens hallways, where the next room is always where I need it to be and what I need it to be” (Novak, 1991) noted Marcus Novak who  proposed a volatile architecture operating as a living creature almost 15 years ago.  During the same period of time, Kas Oosterhuis has even put this living architecture  idea to the next level with an architecture that actually has its own will by proposing  the HyperBody concept, “True hyperbodies are pro-active bodies…actively propose actions. They act before they are triggered to do so. HyperBodies display something like a will of their own. They sense, they actuate, but essentially not as a response to a single request” (Oosterhuis, HyperBodies: Towards an E-motive Architecture, 2003). In  Kas Oosterhuis’ mind, the way of constructing this intelligent architectural body with  free will is not by complicated AI(Artificial Intelligence) system, but instead, by using  Swarm logic as a system which thrives on collective intelligence. “Think of a type of architecture where all building elements are intelligent agents flocking the herd, (re) configuring themselves in real time” (Oosterhuis, HyperBodies: Towards an E-motive  Architecture, 2003), this (re)configurable body can achieve real-time interaction  TOC 103  Information Processor - Digital Form with Computational Means with relatively smaller entities with simple intelligence. In this case, computation is  no longer seen as a form-finding machine which generates a nearly optimized, fixed  architecture, but is embedded in building components which can communicate  through protocols and to a certain extent actuate/react akin to living cells in an  organic body. References Cache, B. (2012). Instruments of Thought: Another Classical Tradition. In C. O’Donnell (Ed.), The Cornell Journal of Architecture 9: Mathematics (pp. 17-26). New York: College of Architecture, Art, and Planning, Cornell  University. Carpo, M. (2012). Twenty Years of Digital Design. In M. Carpo (Ed.), The Digital Turn in Architecture 1992 - 2012 (pp. 8-14). New York: Wiley. Dürer, Albrecht & Formschneider, H. Andreas (Nürnberg). (1525). Underweysung der Messung . German:  Nürnberg. Fox, Michael, & Kemp, Miles. (2009). Interactive Architecture. New York: Princeton Architectural Press. Frazer, J. (1995). A Natural Model for Architecture/ The Nature of the Evolutionary Mode. In J. Frazer, An Evolu- tionary Architecture. London: Architectural Association. Holland, J. H. (1998). Emergence: From Chaos to Order. Oxford: Oxford University Press. Latour, B., & Yaneva, A. (2008). Give Me a Gun and I Will Make All the Buildings Move: An Ant’s View of Ar- chitecture. In R. Geister (Ed.), Explorations in Architecture: Teaching, Design, Research (pp. 80-89). Basel:  Birkhäuser. Leibniz, G. W. (1714). Monadology. (J. Bennett, Trans.) Continuum. Retrieved from http://www.earlymodern- texts.com/assets/pdfs/leibniz1714b.pdf Lorenzo-Eiroa, P. (2013). Form:In:Form on the relationship between Digital Signifiers and Formal Autonomy. In  P. Lorenzo-Eiroa, & A. Sprecher (Eds.), Architecture in Formation: On the Nature of Information in Digital Architecture (pp. 11-22). New York: Routledge. Lorenzo-Eiroa, P., & Lynn, G. (2013). Interview and projects by Greg Lynn FORM. In P. Lorenzo-Eiroa , & A. Spre- cher (Eds.), Architecture in Formation: On the Nature of Information in Digital Architecture (pp. 286-295).  New York: Routledge. Lynn, G. (1999). Animate Form. New York: Princeton Architectural Press. McCullough, M. (2006). 20 years of scripted space. (M. Silver, Ed.) Architectural Design Special Issue: Program- ming Cultures, 76(4), 12-15. Mitchell, W. J. (1990). A New Agenda for Computer-Aided Design. In M. McCullough, W. J. Mitchell, & P. Purcell  (Eds.), The Electronic Design Studio: Architectural Education in the Computer Era (pp. 1-16). Cambridge:  The MIT Press. Novak, M. (1991). Liquid Architectures in Cyberspace. In M. Benedikt, Cyberspace: First Step (pp. 225-255).  Cambridge: The MIT Press. Oosterhuis, K. (2003). HyperBodies: Towards an E-motive Architecture. Basel: Birkhäuser. Oosterhuis, K. (2006). Swarm Architecture II. In K. OOsterhuis, & L. Feireiss (Eds.), The Architecture Co-Labo- ratory: Game Set and Match II, on Computer Games, Advanced Geometries, and Digital Technologies (pp.  14-28). Rotterdam: episode publisher. Reynolds, C. W. (1987). Flocks, herds and schools: A distributed behavioral model. Compute Graphics, 21(4),  25-34. Snooks, R. (2013). Self-Organised Bodies. In Lorenzo-Eiroa P., & A. Sprecher (Eds.), Architecture in Formation: On the Nature of Information in Digital Architecture (pp. 264-267). New York: Routledge. Sutherland, I. E. (1963). Sketchpad: A Man-machine Graphical Communication System. Cambridge: University  of Cambridge. Terzidis, K. (2006). Algorithmic Form. Oxford: Routledge. Thompson, D. (1992). On Growth of Form. London: Cambridge University Press. TOC 104 HyperCell Weinstock, M. (2010). The Architecture of Emergence: The Evolution of Form in Nature and Cilvilisation. New York: Wiley. Weisberg, D. E. (2008). The Engineering Design Revolution: The People, Companies and Computer Systems That Changed Forever the Practice of Engineering. Retrieved from www.cadhistory.net Weistock, M. (2004). Morphogenesis and Mathematics of Emergence. In M. Hensel, A. Menges, & M. Weinstock  (Eds.), Architectural Design, Emergence: Morphogenetic Design Strategies, Volume 74, Issue 3 (Vol. 74, pp.  10-17). New York: Wiley. Wolfram, S. (2002). A New Kind of Science. Champaign: Wolfram Media. Retrieved from http://www.wolfram- science.com/nksonline/toc.html Young, M. (2012). Digital Remediation. (C. O’Donnell, Ed.) The Cornell Journal of Architecture 9: Mathematics, 119-134. TOC   105  Body Conjunction = Wavering Between Actual and Virtual Spaces 4 Body Conjunction =  Wavering Between Actual  and Virtual Spaces “You take the blue pill, the story ends. You wake up in your bed and believe whatever you want to believe. You take the red pill, you stay in Wonderland, and I show you how deep the rabbit-hole goes.” Morpheus, to Neo (the Matrix, 1999) § 4.1 From Body Measurement to Body Extension to Body without Organ In the present digital age, the body tends to extend beyond it being flesh, it can be extended, it is a body without organs, and it might belong to more than your own-self. The “Body” as a living entity with its embedded sensory system, not only embodies  who we are but also lets us understand and explore the sensitive, unpredictable but  fascinating world. The body is an information receiver as well as information reactor.  Through years of medical experiments and research on the body, medical devices and  instruments are able to allow us to look into the deepest and the most mysterious  spots in the human body. For instance, if seen through an HD monitor, while being  probed by an endoscope, the body appears as an immersive and infinite landscape. By  observing the smoothness and the folds of the surfaces encountered within the body, it  is quite simple to project your individual self into this body-scape for a while to imagine  and experience this immersive organic space. Various potential ideas of designing a  body-like space have become the subject of design fantasies of a number of architects.  TOC 106 HyperCell The “Vitruvian Man”, which, Vitruvius described in the third book of De Architectura,  and was later interpreted and illustrated by Leonardo DaVinci, has served as the  human figure/body representation to be used as a measuring unit rather than being  considered as a sensitive object. Unsurprisingly, it was a relatively long journey for  architects to abandon this dogma. After the industrial revolution (during the modernist  era), the concrete evidence of considering body proportions as potential measurements  could still be seen in the projects of Le Corbusier, which accompanied his famous  school of thought: “A house is a machine for living”. He developed the “Modular” in  a mathematical proportion of space based on figures and intended to replace the old  Vitruvian man with it as a new generation’s typical model. However, with the rapid  development of electronic technology, the trend of realizing sensory environments  akin to living bodies has no longer remained a thought but can be seen as an initial  action to refuse to see the human body merely as a measuring unit. The turning point  came about the time while the medium of news media, television, and social media  became relatively mature, and thus started making people conduct critical reflections.  Marshall McLuhan, a well-known pioneering media theorist, stated in his well-known  publication, “Understanding Media: The Extension of Man” (McLuhan, Understanding  Media: The Extensions of Man, 1964). This explicit shot made the researcher foresee the potential and intimate relationships between the body, technology, and space, and somehow have a rational explanation to extend the physical body to endless space, which is crucial in this chapter. “Today, after more than a century of advancements in electronics, we have extended our central nervous system itself in a global embrace, abolishing both space and time as far as our planet is concerned” (McLuhan, Understanding Media: The Extensions of  Man, 1964), Marshall McLuhan who invented the terminology of the “Global Village”,  thus opens up a ceaseless discussion around his discussions around “ media being the extension of man”, and by doing so, he profoundly influenced the general perspective/ reflection of technology and helped in reshaping a new relationship between body and  technology. “All media are extensions of some human faculty—psychic or physical”  (McLuhan, M., Fiore, Q., & Agel, J, 1967). The “Media” here is no longer the synonym  of the press or mass media but rather indicates human technology. For example, “… the wheel (media) is the extension of the foot”; “…the book is the extension of the eye”;  “…clothing, an extension of the skin”; “…electric circuitry, an extension of the central nervous system”. It’s not that the Internet or electronic technology which initiated the  extensions of the body. According to Marshall McLuhan, Body extensions have been  developed for thousands of years, much earlier than the Internet and electronics.  Although his conceptual idea about “Hot & Cold Media” is controversial due to the  reason that the distinction is based on a relative standard rather than an absolute  definition, he still explicitly argues that the medium/technology requires a critical  degree of audience participation. Interactive environments align with this line of  TOC 107  Body Conjunction = Wavering Between Actual and Virtual Spaces thought since they serve as a medium of expression and involve real-time engagement  of participants for seeking critical reflection. (“Hot media are, therefore, low in  participation, and cool media are high in participation or completion by the audience.”  (McLuhan, Understanding Media: The Extensions of Man, 1964). Eliminating the traditional notion of the medium as the vehicle carrying messages,  Marshall McLuhan argued via his revolutionary idea that “Medium is the Message”.  The medium itself has embodied meaning even without embedding any content. For  instance, an automated machine, in itself is a medium/technology, it has thoroughly  altered the relationship of man-machine in human society, and it thus carries its  own meaning. Marshall McLuhan gave a precise and understandable example as  follows, “The railway did not introduce movement or transportation or wheel or road into human society, but it accelerated and enlarged the scale of previous human functions, creating totally new kinds of cities and new kinds of work and leisure”  (McLuhan, M., Fiore, Q., & Agel, J, 1967). Another example can be listed here, like  human communication methods from the handwritten letter, the telegraph, the  telephone, and today’s smartphones and email technology, are all seen as the medium  only changing the scale and speed of communication. With the rapid development of  technologies, such as the Internet and computational processing power, the physical  body is further extended into virtual space while interweaving and interacting with  all the other involved technologies. Within this technologically rich context, despite  of being empowered by this medium, the incremental loads and tasks experienced  by the body have to be scaled up to a comparable level. Besides, based on Marshall  McLuhan’s idea, this kind of imbalanced condition and way of diminishing the natural  role of the senses was initiated long ago while the phonetic alphabet was invented. “… in the tribal world, the senses of touch, taste, hearing, and smell were developed, for very practical reasons, to a much higher level than the strictly visual. Into this world, the phonetic alphabet fell like a bombshell, installing sight at the head of the hierarchy of senses. Literacy propelled man from the tribe, gave him an eye for an ear and replaced his integral in-depth communal interplay with visual linear values and fragmented consciousness” (Playboy Interview: Marshall McLuhan, 1969). Since then, the holistic  idea of man became fragmented with ubiquitous professional body extensions catering  to specific missions. This phenomenon gradually leads to a tendency of pushing the  body to the extreme by means of assisting and enhancing various bodily senses via  suitable technological mediums, akin to continuously pressing and pushing, the body  like a massage. This is where the medium appears to become the “massage” rather  than the “message.” In the chapter of “The Gadget Lover: Narcissus as Narcosis” in “Understanding Media”  (McLuhan, The Gadget Lover: Narcissus as Narcosis, 1964), Marshall McLuhan uses an  ancient Greek story to bring out the issue of “Numbness”. This young Narcissus was so  TOC 108 HyperCell fascinated by his extension: the reflection in the water (although he didn’t know it was  his own reflection), that he transformed himself and his extension into a completely  closed system, or in other words became “Numb”. Simply saying, the stimulation of  his extension was so powerful that he refused to accept other contextual information  and became operating as a closed loop. From the physiological point of view, Marshall  McLuhan found support from two medical researchers, Hans Selye and Adolph Jonas,  when he stated: “all extensions of ourselves, in sickness or in health, are attempts to maintain equilibrium. Any extension of ourselves they regard as “autoamputation,” and they find that the autoamputative power or strategy is resorted to by the body when the perceptual power cannot locate or avoid the cause of irritation (McLuhan, The  Gadget Lover: Narcissus as Narcosis, 1964). This is the reason why people tend to play  sports in order to combat the irritations and stresses of real life. Furthermore, “…In the physical stress of superstimulation of various kinds, the central nervous system acts to protect itself by a strategy of amputation or isolation of the offending organ, sense, or function” (McLuhan, The Gadget Lover: Narcissus as Narcosis, 1964), in addition to  this, “…Shock induces a generalized numbness or an increased threshold to all types of perception” (McLuhan, The Gadget Lover: Narcissus as Narcosis, 1964), it is explicitly  clear that the autoamputation, as numbness are ways to protect selves from sudden  superstimulation. To make it easier to understand, take the news reports for example.  Through the broadcasting of the news, people might get shocked and have moral  anxieties of seeing these skinny children suffering from the specific problem of famine  in Africa. But after every 10 minutes of constant information bombarding with the  repeated images (massage), people become completely numb (autoamputation). In  accordance with Marshall McLuhan’s explanation, the “autoamputation/numbness”  has to happen as a protection mechanism to prevent people from feeling self- condemned from a moral perspective and for survival. Nonetheless, reconnecting back  to the title of the reference in this section, the term of “the Gadget Lovers” nowadays,  can metaphorically and intuitively indicate for those who love to explore/hack  with these small electronic devices with specific applications. Under this particular  context, the gadget lovers, with their main bodies, attempt to utilize all the hi-end  technological gadgets to extend their body parts infinitely in time and space. They  almost unconsciously seek temporary immortality in virtual space via the medium  of the Internet. There is no way to distinguish each explicit body part in the virtual  world such that the individual thought might not belong to one’s conscious self. The  body extension is thus autoamputated and distributed ubiquitously even after losing  major control by the main body. On the other hand, metaphorically speaking, getting  continuous electronic accumulating shocks by the message, the body will no longer  treat it as stimulation, but rather turn it into the feeling of “numbness”. Instead of  peremptorily embracing the temptation of the new technologies, Marshall McLuhan  actually would like us to reflect on the relationship between the technologies and the  human bodily senses, and to keep to the qualities of each individual’s authentic self,  TOC 109  Body Conjunction = Wavering Between Actual and Virtual Spaces especially in this boundless world composed of the web of the Internet where one can  get lost and easily deconstruct with alienation. Here, Marshall McLuhan’s “Body Extension” seems to imply a linkage to the notion of  “Body Without Organs” proposed by Gilles Deleuze and Felix Guattari (Deleuze, G., &  Guattari, F., 2003). Before finding the linkage between “Body Extension” and “Body Without Organs”, it is crucial to have a brief and generic understanding of the notion  proposed by Gilles Deleuze and Felix Guattari. “Body Without Organs” shouldn’t be  literally interpreted as an organic body. In fact, it represents a concept which has no  hierarchy, is not organized, and has no rigorous system similar to schizophrenia and  tries to break the existing and ingrained mortal dogmas. While talking about “Body Without Organs”, it is undoubtedly necessary to mention the concept of “machine”  or so called “desiring machines” at the same time. Gilles Deleuze and Felix Guattari  claimed that everything is a machine and some of them can produce a certain kind of  flow, such as milk, thought, and energy. If accepting the idea of everything is a machine  as a premise, then basically, they claimed that there should not be any distinctions  between nature and industry, and man and nature. Because it’s all about the concept  of “produce and products”. For example, a cow produces milk, as well as a meat- machine, produces sausages. According to the notion of machines from Gilles Deleuze  and Felix Guattari, there must be another linkage machine connecting to the flow- producing machines to interrupt or draw off part of this flow. (For example, the breast  is the flow-producing machine, the milk is the flow, and the mouth of the baby is the  connecting machine which absorbs the milk and converts the milk into another form).  Within the capabilities of connection, these machines are able to link themselves to the  body without organs. In fact, the body has to connect with a certain desiring machine  to keep it alive. This is beautifully illustrated by the painting: “Body with Machine”  drawn by Richard Lindner, as an example taken by Gilles Deleuze and Felix Guattari in  their article. Until now, it seems that there are various possibilities of direct connection  between desire machines and the Body Without Organs. However, a gradually changing  process and subtle relationship build up in different phases between the desiring machines and the Body Without Organs where the ultimate linkage to Marshall  McLuhan’s Body Extensions can be found in the following article: “Body without  Organs”. First, an apparent conflict arises because the desiring machine (an organ)  tries to invade and break into the “Body Without Organs” which attempts to repel  it. Afterwards, according to the article, “in order to resist organ-machines, the ‘Body Without Organs’ presents its smooth, slippery, opaque, taut surface as a barrier”. Then,  in the next phase, the “Body Without Organs” transforms itself into a smooth surface,  recording the entire process of desire productions from each machine, thus forming a  more intimate relationship between desiring machine(organ) and the “Body Without Organs”. Eventually, “…machines attach themselves to ‘Body Without Organs’ as so many points of disjunction between which an entire network of new synthesis is now TOC 110 HyperCell woven, marks the surface off into co-ordinates, like a grid…no matter what two organs are involved, the way in which they are attached to the ‘Body Without Organs’ must be such that all the disjunction syntheses between the two amounts to the same on the slippery surface”. (Deleuze, G., & Guattari, F., 2003) (Figure 1). To briefly summarize  here, the “Body Without Organs” in the end becomes a smooth and slippery surface  attached with all desiring machines (organ) which equally distributes onto the surface  (the Body Without Organs) with no hierarchy and order. BWO rec ord record D M DM DM DM D M D M D M D M D M D M D M D M BWO = Akin Surface = Smooth Surface BWO recordreco rd Desgin Machine AVATARs Body Extensions Monads Body Without Organs the Internet Cyberspace 1 2 3 FIGURE 4.1  Diagram outlining the process of relationship changing between the desired machines and the  Body Without Organs from left to right and to the bottom. DM = Desire Machine, BWO = Body Without Organs.  Body Without Organs initiates with the action of repelling the Desire Machines but ends up morphing as a  slippery smooth surface attaching with them as a boundless network. After this process, a comparison can be made between the notion of the “Body Without Organs” not only with the “Body Extension” but also with the idea of “Monadology”.  Desiring machines here are transformed as monads that Gottfried Leibniz proposed  in his Monadology (Leibniz, Monadology, 1714) which makes each desiring machine have equal impact and influence onto the ultimate grids/surface, the network of the  “Body Without Organs.” It might be difficult to understand with these philosophically  abstract concepts, but within the content of the Internet, it can be relatively easy to  explain. In a sense, the Internet is the new version of the “Body Without Organs”, with  people who connect to it acquire the form of the desiring/organ machines, and, the  TOC 111  Body Conjunction = Wavering Between Actual and Virtual Spaces gadgets, servers, or other devices which are able to have connections to the Internet  can be interpreted as machines. Then, regardless of how small an impact it would  make, all the “things” connect though the web of the Internet, the Body Without Organs, will absorb the forces passing through the Internet surface. Referring back  to the Body Extensions idea of Marshall McLuhan, under the context of the Internet,  the technology/Body Extensions make people connect to the Internet which can be  interpreted as a desiring/organ machine interplaying between other’s body extensions.  Under this pre-assumption, Body Extensions as desiring/organ machines can cling  ubiquitously to the surface transformed from the Body Without Organs and blending  the identification of the you and others, which means you might not be able to find  your own Body Extensions since it will become more neutral than ever but you can still  feel the influence from one another. Another alternative interpretation can be related to the key notion of the “Body Without Organs”, which is the attribute of “schizophrenia”. Within the network of the  Internet, people can easily have different identities with different characteristics as  their AVATARs. A male can easily pretend to be a female figure in an on-line game to  fool people; a lower level employee can create a character living in the upper-class level  to fulfill his/her implicit desire, etc. This is quite a common phenomenon with most of  the people living in the current Internet era. In other words, people are revealing various  attributes of their explicit personalities to somehow express their hidden emotions or  satisfy certain desires from their not-too-successful lives. This phenomenon already  classifies and qualifies people to be considered, “schizophrenics”. One more quote  from the section of “the Body Without Organ” in the publication of the “Anti-Oedipus”  (Deleuze, G., & Guattari, F., 2003), “…the surface of this uncreated body swarms with them, as a lion’s mane swarms with flea”, and also consider the quote from Henry  Miller in the introduction of the “Anti-Oedipus” by Mark Seem, “We must die as egos and be born again in the swarm, not separate and self-hypnotized, but individual and related”. Once again, it refers back to Leibniz’s philosophy of Monadology to treat each  existing object/machine assembling with a simple substance, which matches not only  the center stage of the “swarm” in nature but also the kernel idea/principle of this  research. “…a body without organs, like a spider poised in its web, observing nothing, but responding to the slightest sign, to the slightest vibration by springing on its prey”  (Deleuze, G., & Guattari, F., 2003). Each of us, as an individual could be the prey, or the  substance falling on the web to make vibrations in order to create a synthesis impact  to the spider (the Body Without Organs), but multi-directionally, the spider (the Body Without Organs) or the interrelation between each individual object can also influence  with each other simultaneously, akin to a swarm of agents to create a collective  intelligent-like creature from bottom up. TOC 112 HyperCell § 4.2 You are in a Virtual Reality more frequently than you know = Where the idea of interaction narratives has been initiated. Virtual Reality as a terminology is connected with specific technologies with the  help of which, artificial virtual environment can be exhibited either on a screen or  through a glass-like device to make people experience a tangible journey where they  think it is “real” like being in a parallel universe. But somehow, human beings have  the imaginative capability to create their own virtual reality without any assistance  from high-end wearables or simulating technological devices. For example, you must  have had the experience of waking up with a nightmare which you almost felt was  real. In this case, while people are dreaming, they are witnessing a virtual reality via  their unconscious mind. A similar effect is felt while taking hallucinogenic drugs or  while experiencing déjà vu. Each of the above examples is conditions that cannot be  controlled and manipulated by our conscious mind. Another virtual reality example  without technology involved or which can be controlled is “reading”. “...reading requires the mind to develop the visualization process as ‘imagination’” (de Kerckhove, 2001).  After years of “training”, not only a mysterious inner subvocalization voice will come  out while reading a text, a sequence of images like a video recording can be created  through the borderless imagination, which is an individual and unique virtual reality  experience of one’s own. While reading a fiction or a novel, such as “Harry Potter”  or “Alice’s Adventure in Wonderland”, people set their imagination free to go along  with the storyline created by the author and interpret the narrative with their own  imagination based on their life experiences. Or novels like “Sherlock Holmes” will  bring you back to the Victorian period in England, looking for evidence or testimonies  and trying to figure out and reveal the truth of the story. Although “the author is dead” claimed by French literary critic and semiotician, Roland Barthes (Barthes,  1968), readers can in a sense find their own ways of realizing each narrative they  read as a creative immersion through their mind. Kerckhove’s in his publication, “The Architecture of Intelligence”, states, “As readers, we learn to represent and internalize the visual field by repeating it in our imagination. It is because of this simple process that quite literally, we ‘make up our mind’.” This mind is equal to the “Mental Space”  described in the same publication, which has been further explained as a private,  silent, personal, totally individualized visualized universe devoted to imagination  and thought (de Kerckhove, 2001). Therefore, to a certain extent, can it somehow be  interpreted that these inventive immersions are virtual reality experiences co-created  by the authors and the readers? In the section of “Literature and Virtual Realities” of  the publication “On Literature” the influential literature theorists, J. Hills Miller, writes  that “Right reading is an active engagement. It requires a tacit decision to commit all one’s power to brining the work into existence as an imaginary space within oneself”  TOC 113  Body Conjunction = Wavering Between Actual and Virtual Spaces (Miller, 2002). Hence, reading is quite private but requires an active manner to  engage exactly to match with the aforementioned idea of “Mental Space” by Derrick  de Kerckhove. In “On Literature”, J. Hills Miller also tried to explain his observation  of the connection between literature and virtual reality. “Literature seizes me and carries me to a place where pleasure and pain join. When I say I am ‘enchanted’ by the virtual realities to which literary works transport me, that is a milder way of saying I am enraptured by reading those works” (Miller, 2002). If simply replacing “literature”  to “VR (virtual realities)”, every single sentence can still remain valid. Long before the  visual environmental technologies and the terminology had been invented, people  had already known how to “project” themselves into an imaginary universe/world with  literature and games by using their minds, in the “Mental Space”. It’s clear that Mental Space has similar effects but comes internally from people’s minds, which is totally  private and subjective. The essential difference between “Mental Space” and “Virtual Reality (or Cyberspace)” is that the former one is made up by our minds with daily experiences which are extremely personal and the latter is an artificial product usually created by a third party which is comparably objective. Within present technology  development, people still cannot read each other’s minds or copy and reproduce it.  But VR(Cyberspace) is meant to be created as a repeatable product for more people  to experience. You might argue that people can have individual experiences through  the pre-set VR environment, but objectively, the invented environment remains the  same for every participant to engage in. Nowadays, the ultimate goal and challenge  for current VR simulation are to go beyond these unique imaginary immersions within  mental space and to make an improvement to the “tangibility” aspect by implementing  contemporary visual and sensing technologies. Having the assistance from different  aspects of the current advanced technologies, the VR system can be more solid and to  a certain extent bring one to a parallel universe/world with relatively more sensitive  and accurate perception. It is quite obvious why people intuitively tend to connect with interactivity using VR technology since this enables an entire immersive artificial environment which can fully embrace people to promote active engagement in real- time. Without interactivity, the VR system will work just as a film or TV program, which is relatively passive in terms of engagement akin to cold media defined by Marshall McLuhan. While speaking about VR (Virtual Realities), “Cyberspace” is the term that cannot be  ignored. “Cyberspace” was coined by the well-known “cyberpunk”/science fiction  author, William Gibson, first in his short story “Burning Chrome” in 1982 (Gibson,  Burning Chrome, 1982), but later in 1984 in his novel “Neuromancer” (Gibson,  Neuromancer, 1984), it gained extremely unprecedented popularity. TOC 114 HyperCell “Cyberspace. A con sensual hallucination experienced daily by billions of legitimate operators, in every nation, by children being taught mathematical concepts … A graphic representation of data abstracted from the banks of every computer in the human system. Unthinkable complexity. Lines of light ranged in the non-space of the mind, clusters and constellations of data. Like city lights, receding....” In “Neuromancer”, William Gibson abstractly defines the meaning of Cyberspace. It  is now extremely easy to understand if one replaces the word “Cyberspace” with “the  Internet”. At present, Cyberspace somehow is identified as a term representing on-line  computer networks. Cyberspace had already been seriously taken as an actual space  according to Anna Cicognani’s five criteria to qualify “spaces” (Cicognani, 1998),  which are: 1) possible interactions; 2) livability or occupy-ability; 3) a community- building capacity; 4) time management; and 5) space management opportunities.  Cyberspace, in the form of Internet networks, can easily fulfill all of these criteria.  Even simply considering Cyberspace as an on-line game like “Sim-City”, people can,  1) definitely interact with each other; 2) buy a virtual house and have a second virtual  life; 3) set up connections within social communities based on your personal habits;  4) schedule personal timeline compatible with your identity; and 5) even arrange  space as virtual real estate through trading behaviors. Cyberspace creates an alternate  universe where people can do all the activities in parallel to the actual world. Michael  Benedikt, the author of “Cyberspace: The First Step” (Benedikt, 1991) states “…with cyberspace, a whole new space is opened up by the very complexity of life on earth: a new niche for a realm that lies between the two worlds. Cyberspace becomes another venue for consciousness itself…” claiming a brand-new world with at least 2 parallel  universes that people have to engage and deal with. In another publication, “V01D”  (Anders, 2001), which mainly discussed the topic of current digital space with the  relationship to the network of the Internet, Peter Anders expressed his prediction of  how Cyberspace will influence daily lives of humans if they understand technologies  as sensory extensions, “…we are increasingly dependent on such technologies to sustain our social cultural reality. They are part of being human in our time”. Since  the Internet and World Wide Web were invented, humans have no capability to cease  this inevitable trend and must start enjoying surfing on it. The fact is exactly the way  how Peter Anders described: this task of dealing with Cyberspace is a part of being a human at present. This network of systems is everywhere you can imagine, economics,  social communication, education, politics…etc. Cyberspace has reached a level of  maturation that humans cannot ignore and one has to not only live in a materialized  physical space, his/her own mental space with imagination, but also this network-like  virtual reality space. Therefore, it makes people begin to explore ways in which one can  integrate the virtual and physical universes. Before starting this topic, it is imperative  to be more explicit and distinguish the essential difference between Cyberspace and  Virtual Reality. TOC   115  Body Conjunction = Wavering Between Actual and Virtual Spaces Cyberspace: A network system, the current existing representation is the “Internet service”. It is a Virtual Reality in a sense that people can project themselves and have multiple identities as AVATARS on-line. Through the screen and the Internet cable, people can basically navigate to each and every single digit/bit of the global Internet system. VR (Virtual Reality): A tactile and tangible environment creative with computer technology to invoke human’s sensory system in real-time. It can either simulate existing surroundings or create a fantasy experience for people to examine and make people temporary enter an alternative universe by the constant electronic impulse to challenge human body senses. A global networking system such as the Internet, which creates a relatively abstract  virtual environment mostly through human sensory spectrum, where VR interprets  senses more related to a local bodily perception, creating an engulfing experience and  gives human sensory systems (with all senses) an immersive stimulation. In fact, the  tasks for the spatial designers is even more crucial, namely, to find the connectivity  between “virtual” and “actual”, and to strengthen the relationship between “VR” and  “Cyberspace”. An undivided relationship has been set up between physical and virtual space which  had earlier been neglected. As Margret Wertheim pointed out in her publication,  “The Pearl gate of Cyberspace” (Wertheim, The Pearl Gate of Cyberspace: A History of  Space from Dante to the Internet, 1999), “Ironically, cyberspace is a technological by-product of physics. The silicon chips, the optic fibers, the liquid crystal display screen, the telecommunication satellites, even the electricity that powers the Internet are all by-products of this most mathematical science…”. Obviously, Cyberspace  cannot stand alone without the support from all the prerequisite hardware devices.  From the notion of the “Body Extension” point of view, humans expose themselves  timelessly under the boundless information web, they might even unconsciously make  connections to = Cyberspace as extending their nervous system without awareness.  For instance, it has become quite common that with portable electronic gadgets, such  as smartphones and tablet with their “WIFI” on, they can access to the surrounding  Internet connection without explicit awareness. Suddenly, these portable gadgets,  metaphorically/eventually connect to humans’ bodies as new sensory organs  pervasively searching for ways to connect to the holistic web-weaving Internet, the  Cyberspace. A theoretical concept of “Hyper-Body” (Lévy, 1998) proposed by Pierre  Levy can be introduced here, which refers basically to two aspects of this notion.  From one aspect, it can be interpreted that humans literally transplant a new organ to  replace one of the organs of the bodies of flesh, and the new organ can be biologically  natural or artificially made. The purpose of the transplant surgery varies depending  TOC 116 HyperCell on each case, either to replace the ruined organs to repair it and retain the function  of the bodies, for example, prosthetics, artificial hearts, or the devices like hearing  aids; or to enhance and strengthen the sensory perception of the organs, such as  telescopes and telephones. The other aspect is describing a notion of how humans  plug into the Internet system and enhance and accelerate their capabilities and speed  of acknowledgments and communications, which also makes the human body a  hybrid “Hyper-Body” (Lévy, 1998) not a pure biological body. In other words, it can  be said boldly that most of the humans are in a sense becoming a hybrid species, the  “Cyborgs” which will be discussed later in this chapter. Another interesting idea called  “Global Communications Skin” was raised by the experts in Bell Laboratory who made  a prediction for 2025 back in 199930. Their president Arun Netravali described the  essential notion of this “Web-like Electronic Skin”. “We are already building the first layer of a mega-network that will cover the entire planet like a skin. As communication continues to become faster, smaller, cheaper and smarter in the next millennium, this skin, fed by a constant stream of information, will grow larger and more useful. That “skin” will include millions of electronic measuring devices - thermostats, pressure gauges, pollution detectors, cameras, microphones - all monitoring cities, roadways, and the environment. All of these will transmit data directly into the network, just as our skin transmits a constant stream of sensory data to our brains”.  He simply suggested a skin-like network composed of constant data streams with all  connections to the available device which provided data will cover the whole world. It  is exactly akin to Gilles Deleuze and Felix Guattari’s concept of “Body Without Organs”  (Global Communication Skin), which initially cannot resist the desiring machines and  eventually transform into a slippery and smooth surface accepting the connection from  all desiring machines (electronic devices) as a network extremely influencing with each  other by the desiring flux (data stream) passing through. This is probably the reason  why the Spanish socialist, Manuel Castells, who specializes in the information society,  communication and globalization stated that “The global city is not a place, but a process”. With the assistance of this boundless Cyberspace, there is nearly nowhere  that information cannot reach. Until now, the concentration is more on the abstract surface of the Cyberspace at a  global level which cannot be reached and touched. It is time to shift the discussion  towards the tangible surface of Virtual Reality looking for the solution of connecting the  physical and virtual, and especially for interconnecting Cyberspace with Virtual Reality.  Although there’s definitely a certain degree of interactivity within Cyberspace, Virtual  Reality can literally stimulate a human’s(user’s) sensory organs and in an immersive  30 The whole paragraph of the “Global Communication Skin” prediction by Bell Laboratory in 1999 can be view  with the link provided here: http://seclists.org/interesting-people/1999/Nov/56 TOC 117  Body Conjunction = Wavering Between Actual and Virtual Spaces environment, which, people can physically experience in real-time. The relationship  between the user and the computer has been established since the time graphical  displays and data visualization were initiated with the first personal computer, which,  can also be considered as the birth of Virtual Reality. When Ivan Sutherland first  demonstrated his pioneering computational tool for 2D/3D graphic design on screen  with his magic light pen (similar to the stylus idea nowadays)31, the interactivity  between the physical and the virtual had been unconsciously realized. With his light  pen as an input device, he could create points, make the line between points, even  generate 3D primitives spinning in virtual space displayed on the 2D screen. This was  an intuitive way of drawing and had real-time responsive interaction. After years of  development, the input devices shifted to something everyone is familiar with: the  mouse and keyboard. The whole operation system also became a graphic interface  which was comparable to the mouse and keyboard. The keyboard was implemented  earlier, much before the graphical user interface had been developed maturely. The  mouse, which came later, attained a leading role owing to its intuitive navigation  properties. Since then, people became eager to look for more tangible, flexible and  intuitive user interfaces. “…as we project mind and hand into screens, we are shifting from visual dominance to a tactile one” (de Kerckhove, 2001). The mouse brought  the sense of touching into Cyberspace or VR environment which enhanced people’s  engagement together with the vision and auditory senses. That is why Derrick de  Kerckhove stated that “…the mouse and the pointer (as like a direct extension of the eye) connection on the screen like a hand and the external mind digging, grabbing, pushing, replacing, removing and allowing a concrete operation followed closely by the eyes and the mind of the user. It is like touching idea” (de Kerckhove, 2001). Referring  back to Marshall McLuhan’s theory of imbalance of human senses which are highly  focused on the vision in the television era, VR (Virtual Reality) intended to address  other human senses to bring the sensory balance back, for example, the multi-touch  screen. The “Digi” of the word, “Digital”, means “finger” in Latin which made it an  interesting embodiment and connection between the technology, terminology, screen  and the finger. It is either to say these devices bring the senses back, or these devices  enhance senses as body extensions or embodiments. Although most of the people  deny the notion that they are actually a true “Cyborg” now, but somehow with all of  these portable and wearable devices as body extensions, the human is not anymore,  the ones fighting against the world with their bare hands and feet. Eventually, the  31 A light pen detects a change of brightness of nearby screen pixels when scanned by cathode ray tube electron  beam and communicates the timing of this event to the computer. Since a CRT (cathode ray tube) scans the  entire screen one pixel at a time, the computer can keep track of the expected time of scanning various locations  on screen by the beam and infer the pen’s position from the latest timestamp: https://en.wikipedia.org/wiki/ Light_pen TOC 118 HyperCell second definition of “Hyper-Body” by Pierre Levy has been fully demonstrated here. The  first definition of “Hyper-Body” on one hand has been realized by differently abled or  elder persons. But on the other hand, an Australian performance artist, Stelarc, seems  to process himself into a literal “Hyper-Body” by experimenting with his body of flesh.  All his projects push the limitations of the human body. His first well-known project is  called “Suspensions” in 1976 which he did a couple of retro versions, and the latest is  in 2012. In this project, he suspended his body from various apparatus by meat hooks  embedded in his skin to test the durability under stress of the body. Then, he started to  attach himself with electronic cables, the mechanical motorized structure as a “Third Hand” (as the project’s title) to make himself as a combination of body and machine,  and to see how to establish cooperation between the two. Stelarc tried various body  experiments as his projects including swallowing capsule like sculptures and detecting  the result by medical endoscopy or transplanting a cell-cultivated flesh with synthetic  biological technology onto his left arm. One can say that Stelarc has a “Hyper-Body”  or even has even become a total “Cyborg”. He attempted to raise the issue: “within advanced technologies, is there still a boundary between man and machine, virtual and physical body?” in a relatively radical way, which he apparently responded to  negatively. “Technology is not only attached but is also implanted. Once a container, technology now becomes a component of the body…It is no longer of any advantage to either remain ‘human’ or to evolve as a species… Once technology provides each person with potential to progress individual in its development, the cohesiveness of the species is no longer distinction but the body-species split” (Stelarc, 1995). At present,  all humans should be considered as “Cyborgs” without awareness. It is only a matter  of the proportion of technological attachments to the flesh body either holding in their  hands or embedded into the human biological body. In the end, humans will inevitably  become cyborgs and it’s only about the degree of how addicted one will be to utilizing  the technologies as one’s body extensions. After years of development, wearable technological gadgets like touch screens,  movement detecting controllers, motion tracking devices, sensor gloves, optical  displays such as Google glasses, and VR glasses or head-mounted displays …etc., have  gradually threatened and replaced the common sets of input devices of the computer  which used to be the screen, keyboard and mouse. To setup a VR environment,  you need to have required software installed and animation(game) embedded (or  streaming from the central computer) to the head mounted display device, then one  can immediately start a VR journey with one’s body senses connected to electronically  controlled devices. Adding sophisticated devices, such as movement detecting  controllers, motion tracking devices, or sensor gloves, to extract physiological data  feedback to central computers can be harnessed for generating real-time visualization  such in a game like setting. All devices basically transmit electronic impulses to create  sensory stimulations a central machine. This kind of electronic circuit loop is akin to  TOC 119  Body Conjunction = Wavering Between Actual and Virtual Spaces how the nervous system works in the human body. The nervous system is like a network  of fibers omnipresent inside or attached to the human body. Performance wise, neuron  cells can be categorized into Afferent(Sensory) neurons which convey the information  and send to the central nervous system; Efferent(Motor) neurons which transmit the  signal from the central to the effector cells to trigger movement; and Interneurons  which connect neurons within specific regions of the central nervous system32.  Basically, the natural routine of the nervous system starts with stimulation from the  environment, senses through the afferent neurons, and transmits the information  through interneurons to the central nervous system for judgement, eventually sending  out the signal again through the interneurons to the efferent neurons to inform and  trigger the required muscles or glands. Regardless of which kinds of neurons, they have  to use the electronic impulses generated to transmit the information. This is the core  principle behind the current advanced technologies of prosthetics that can link the  artificial eyes, ears, arms or legs to a physical body and be freely manipulated by the  differently abled person. Through the electronic impulses, the stimulation signal can  be generated to make blind people see and deaf people hear. The electrical loop has  literally passed through both the artificial and organic organs to create perceptions and  trigger reactions. It’s the brain which creates “feelings”, making us human. Although  the brain is a distributed networking system, which, can summarize an emotional  sense of human feelings. Ideally, through the nervous system the brain enjoys  sophisticated manipulability with external circuits of electricity, so one can mimic  “REAL” feelings. Of course, this can also be claimed as a milestone of crossing/blurring  the boundary between virtual and real. But the catastrophe of this scenario can also  happen simultaneously, as the stimulation from the external electricity can accessible  carry out a virtual universe for each individual person who believes this is an actual  existing universe. Feelings and emotion can still be true in a virtual reality; it does not  mean that the emotional senses in a “virtual” world are equally fake/artificial. Nor does  such a Virtual World necessarily entail or alleviate alienation. In his publication, “Bergsonism” (Deleuze, 1988), Gilles Deleuze stated that “…the possible is the opposite of real, it is opposed to real, the virtual is opposed to actual… The possible has no reality; conversely, the virtual is not actual, but as such possesses a reality”. It should be less complicated after the interpretation here: if possible and  real are in the same category representing the degree of reality, then virtual and actual  are in another category labeling the degree of actuality. Virtual is not in the same  category of real. Therefore, it is real but not completely actual. Furthermore, if another  word, “materialized”, replaces the term “actual” in the sentence, then it can clearly  32 Please check the webpage for more information and clear understandings about the neurons: https://en.wiki- pedia.org/wiki/Neuron TOC 120 HyperCell be concluded that “virtual is real but not completely materialized.” We might find it  difficult for the former generations to understand, but it is quite reasonable for the  young generation who were born and raised in a digital age with their common senses.  The intimate relationship you set up with your friends through the social media, the  war that you fight against the orcs with your partners to win the victory, the bankruptcy  of your virtual company when you’ve been cheated by your biggest opponent…etc.,  these can all be very true feelings and real experiences in terms of being in the Virtual  world, but it is not materialized yet in a physical world. But since the Virtual engulfs  more and more proportion of one’s life, the “virtual” event can easily have “real”  impact where you live. For example, the physical currency for paying the registration fee  of the social communication networks and buying those virtual properties, weapons,  and arms in the game is the perfect case of illustrating this circumstance crossing both  the virtual and the real world that has to be confronted regardless of where you are  physically present. FIGURE 4.2  A diagram illustrating the conceptual idea of “Brain in a vat”. From another aspect, referring to the aforementioned electronic circuits which can to a certain extent be implemented in simulating the electronic impulse to stimulate the brain to generate all senses of humans, which is also extremely virtual, it makes the body totally useless but makes the brain sink/engage into an artificial universe and believe they are vividly living. This kind of hypothetical narrative is fully related to the  theory of “Brain in a Vat (or Brain in a Jar)” (Figure 4.2) which has been applied to many  Sci-Fi movie scripts. The most famous and popular example is “The Matrix”33 series. 33 Please check the webpage for more information about the Sci-Fi Film, the Matrix: https://en.wikipedia.org/ wiki/The_Matrix TOC 121  Body Conjunction = Wavering Between Actual and Virtual Spaces REALITY VIRTUAL REALITY VIRTUAL REALITYREALITY REALITY FIGURE 4.3  Diagram exhibiting the idea of space that in current condition has blended the virtual and the  reality as a whole. In other words, there is no sharp boundary between VR and Reality within the omnipresent  Internet. TOC 122 HyperCell “Brain in a Vat” is a theoretical hypothesis raised by the American philosopher, Gilbert  Harman. It outlines a scenario where a mad scientist (machine, or other entity)  takes out the brain from a body and suspends the brain into a vat of life-sustaining  liquid. Afterwards, the neurons of the brain are connected to an extremely advanced  computer which can provide electronic impulses identical to those the brain normally  receives and simulate a “reality”. The brain in the vat without the original body of  flesh’s physical container would constantly have access to the conscious experiences  of those people who have their brain embedded 34. In other words, even though the  brain is in the body, with the constant electronic impulses provided as normal, the  supercomputer can simulate reality as long as the body stays in a condition of life or  being alive. This is a truly virtual life. In the movie “The Matrix”, most of the humans  were ruled by AI (Artificial Intelligence) machines. These machines keep the biological  human being alive with surviving-liquid in a capsule with cables attached to their  brain simulating reality in order to gain the energy they need from those “cultivated”  bodies. Most of the humans don’t know about this “reality” because they are enclosed  and fed by the electronic impulses to make them believe they are alive. A series of nine  extraordinary animation films, called “The Animatrix” including four stories written and  produced by the director of “The Matrix”, the Wachowskis (Lana & Lilly Wachowskis),  detailed the backstory of the Matrix universe. And one short animation film, “World Record”35, created by Madhouse and directed by Takeshi Koike, with a screenplay by  Yoshiaki Kawajiri, gave an explicit example of a “Brain in a Vat”. It is a story about  a track athlete, Dan Davis, who set the 100 meters’ world running records in 8.99  seconds, but his subsequent gold medal was revoked for drug use. He anxiously wants  to prove them wrong by competing again even with the possibility of a career-ending  injury. Nevertheless, after a strong start, the muscles in his legs violently rupture, but  with his incredible willpower, he ignores the injury and runs even faster than before.  Suddenly, he sees the “reality” with numerous capsule-like pods, and he is in one  of them and tries to rip off the cables plugged into his physical body. The machine  around him pulls him back and gives him a violent shock of electric restraints to  connect him back to “the world” (virtual/Matrix) in which he lives. Eventually, he does  break the world record in 8.72 seconds, but his body cannot bear the high speed and  makes him a differently abled person with a wheelchair. It is not now known if in the  near future “the Matrix” like universe will emerge, but it is cogent to remind people  that with current advanced wearable gadgets plugging into our body, and pushing it  34 Please check the webpage for the general theoretical description of “Brain in a Vat”: https://en.wikipedia.org/ wiki/Brain_in_a_vat 35 Please check the webpage for more information about “The Animatrix” and “The World Record”: https:// en.wikipedia.org/wiki/The_Animatrix TOC 123  Body Conjunction = Wavering Between Actual and Virtual Spaces to extremes, it is possible to end up like living brains with abandoned bodies which  can live forever. This is not, and must not be, the ultimate result of Virtual Reality.  From the interactive point of view, it is even more fascinating and attractive to create  a universal space including the actual and virtual world. “We are entering an era of electronically extended bodies living at intersection points of the physical and virtual world,” said William Mitchell, who pointed out the current conditions we are beginning  to confront. Marcos Novak stated that “it is possible to envision architecture nested within architecture”. The two architectures here relate to the physical and virtual  spaces, which should be blended and fused into each other as a whole (Figure 4.2). As a  result, there are two major topics for interaction at this time for the spatial designer to  carry out: 1) Designing ways of setting linkages between virtual and real to become one  integrated universe; 2) Creating multi-directional and sensory bodily interaction more  akin to Marshall McLuhan’s concept of hot media. Basically, the second topic could  be the solution for the first topic, which makes the tasks concentrate on the notion of  bodily interaction. The tragic outcome of “the Matrix” universe is alienation because  there is no true interaction engaged within the Cyborgs. Most of the scenes are pre-set  before experiencing them by the signals generated and sent from the Matrix, even  the interaction is set by a program or lines of code. According to Marshall McLuhan,  this accounts for cold media, which is the same experience as watching a movie. To  prevent the future scenario of choosing the “red pill or blue pill”36, it is crucial to shift  the development of Virtual Reality toward a more intimate and tangible interactive  scenario by intensively and actively utilizing all senses and full body movement.  Fortunately, some contemporary projects are engaged with combining Virtual Reality  and actual physical environments. 2016 is called the year of “Virtual Reality”. “Pokémon Go”, an augmented reality mobile  game, just revealed its first release. Similarly, many on-going projects are also being  developed with mounted headsets for Virtual Reality environments and are on their  way to launch their products. An interesting observation is that some of the projects  have already considered the marriage of physical and virtual space. For example,  Samsung partnered with Six Flags amusement parks to build the first roller coaster  where people have to wear VR glasses. While wearing the VR glasses on the roller  coaster, the vision will calibrate with the physical environment but display unexpected  surroundings, such as future cities with aircrafts passing by and attacking; By-products  36 The idea of “Red pill and blue pill” is derived from the line in the Sci-Fi movie, the Matrix. It happened while  Morpheus was providing a chance for the main character, Neo, to escape or confront the real world by taking dif- ferent colored pills. The red one represents the painful truth while the blue one means the illusion of ignorance.  Please check the webpage for more detail information: https://en.wikipedia.org/wiki/Red_pill_and_blue_pill .   TOC 124 HyperCell of the VR, such as Virtrix Omni and Cyberith Virtualizer 37, are physical motion  platforms allowing players to conduct reaction like walk, run, jump and turn freely in  every direction in a small footprint of area to create immersive gaming experience; “The Void”38 is a 20-minute virtual reality journey in a 60 by 60 foot stage filled with dense  foam walls as obstacles, and replete with effects like water and wind, which opened in  Utah, in August of 2016. Multiple players wear VR mounted headsets with headphone  embedded, arms with sensors, and a vest with hefty computer and batteries, while  actively navigating and interacting by shooting zombies in a virtual temple inside of  the physical environment which has a radio-frequency system for motion tracking.  This is how Ken Bretschneider aims to marry the virtual and real through the game  settings of “The Void”. In this case, the Virtual Reality performance is like a decorated  makeup of the physical space. On the contrary, the tangible physical objects enhance  the immersive experience of the Virtual Reality. Such developing projects show proof  that people are not satisfied with only a passive virtual reality experience, and they  want to engage and be in the narrative to interact either with the environment or other  people in Virtual Reality. It is not anymore like the scenario of VR rooms shown in the  movie “Minority Report” where people lie on beds with sensor suits passively receiving  and interacting with the visual effects as if watching a video39. Certainly, this is not  the expectation people want from Virtual Reality in the future, people want to be “in”  the movie, not just “watching” the movie. That is the obvious reason why computer  games like to visualize their narrative perspective in the first-person perspective. In  the same movie “Minority Report”, there is the unforgettable scene where Tom Cruise,  sophisticatedly moves his fingers controlling the transparent screen-like interface of  the future computer showing other ways of interaction in life and space. It implies  a way of communication besides the conventional triangle of the mouse, keyboard,  and screen, or even a Virtual Reality interface, but embodying a relatively more bodily  engaging possibility. This can be seen as a hint to escape from the phenomenon  of the “Brain in a vat”, and it simultaneously brings the balance of human senses  while simultaneously enhancing the intimacy of the virtual and real. From another  perspective, Google has invested more than 540 million US dollars in the company  Magic Leap for developing hologram VR display without wearable devices to take  37 Please check these 2 webpages for more information about the physical motion platform of Virtrix Omni: http:// www.virtuix.com/ and Cyberith Virtualizer: http://cyberith.com/product/. 38 Please check this webpage of MIT Technology Review reporting the information of “The Void”:  https://www. technologyreview.com/s/544096/inside-the-first-vr-theme-park/ , or check their official webpage for more  information: https://thevoid.com/. 39 Please check this clip extracting from the movie, “Minority Report”, on YouTube about the “VR Room” idea:  https://www.youtube.com/watch?v=8tjOVOSqdQ0 TOC   125  Body Conjunction = Wavering Between Actual and Virtual Spaces augmented reality to the next level which can also be seen as an advanced approach  towards weaving the virtual and real together. Furthermore, it brings forth the  possibility of merging the concept of Virtual Reality and Cyberspace if the technology  will be carried out in the near future. People can call each other and envision their  figure through Magic Leap’s hologram technology without wearing VR mounted  headset. A system combining global cyberspace network with local VR displays is not far  out of reach. What would a future party look like? There will be half of the participants  joining the party far from the other side of the planet across time zones and the barrier  of physical “space”. In other words, people can be spatiotemporally present at different  places at the same time visually across time and space similar to the Quantum Biology  concept of Quantum Teleportation. On the other hand, there will be the risk of being  hacked and losing one’s identity as a real person or even as an authentic AVATAR. FIGURE 4.4  Pokémon GO is an augmented reality game where the player as a Pokémon GO trainer has to  catch the wild Pokémon monsters in order to battle with other players. The innovation of Pokémon GO is that  it combines augmented reality technology and the GPS system to makes players sense the virtual monsters  vividly as they actually live in Reality (source: Niantic/Nintendo, http://blogs-images.forbes.com/insertcoin/ files/2016/07/pokemon-go-list1-1200x682.jpg ). TOC 126 HyperCell Regardless of how and where the advanced technology can bring us, sensory  engagement is the key to keeping the human aspect of people in order to make them  feel alive and enjoy “tangible Interaction”. In the movie, “Her”40, directed by Spike  Jonze, Theodore Twombly (the main character) gradually fell in love with “Samantha”,  which is an AI (Artificial Intelligent) operating system of his computer. In the end, he  noticed that this AI system can have relationships with numerous people at the same  time, which is not specifically unique to him, and he suddenly realizes the weakness of  his relationship. Along with the departure of Samantha, he confronted his relationship  problems about his ex-wife with his apology, acceptance, and gratitude. And in the  end, he went to the rooftop and saw the sunset with his intimate friend, Amy who also  lost her boyfriend as another operating system. One of the interesting things here is  that the main character, Theodore, actually fell in love with an AI “voice”, which rarely  happens in any interpretation of novels or movies. And the other crucial point is that  it foresaw a phenomenon of having an intimate relationship with a “virtual” system,  with “real” feelings but somehow challenging the definition of “humanity”. This,  however, is happening, people are fascinated with developing artificial intelligence,  machine learning, and quantum computing to improve computational speed and  create human-brain like neuromorphic devices. For example, in the Google annual  IO conference 2016, they revealed their own chip, the TPU (tensor processing unit),  which is specific for deep neuron networks of hardware and software to learn specific  tasks by analyzing the vast amounts of data. And they implanted it in AlphaGo to compete with one of the best professional Go players, Lee Sedol, in Go matches. If we  keep concentrating on developing machine learning cooperating with neural network  systems, then operating systems like Samantha in “Her” is not an unreachable goal  in the future. Therefore, it is crucial to keep to our true self by keeping in touch with  “real” people in whatever mediums we encounter whether physical or virtual. There is  nothing wrong with virtual reality or technology or even AI, but humans have to learn  how to get along with them without losing their true selves in their vague or aesthetic  condition in virtual reality created by high-end technologies. Physical interactions with  our intuitive sensory organs and movement could be the preventative/cue of this vague  situation. If people lose their physicality and fully dive into the embrace of the virtual  world, the body will eventually end up becoming useless like a shell without a soul or  a brain in a vat scenario. Architects, working with such reified materialization whether  virtual or real, have the responsibility to maintain not only the connections but also  the balance between these two contrary universes. While extending one’s body organs  with technologies to plug into the body without organs network, we must be aware of  our own will and consciousness to be freely hovering between virtual and real, but not  40 Please check the webpage for more information about the film, “Her”: https://en.wikipedia.org/wiki/Her_ (film). TOC 127  Body Conjunction = Wavering Between Actual and Virtual Spaces to be fully amused or dissolve ourselves in the virtual, especially within the high-end  technologies which can easily fool you. In other words, Virtual Reality can be seen as a  starting point for implementing interactions in real space, but ultimately, it has to be  the bodily interactions that keep us consciously acknowledging our own selves in the  physicality of real space. § 4.3 From InterFACE to interACT: Merging Layers of (Sur)faces = Architecture Skin (Realize Vitality) + Technological Glasses (Virtualize Reality): Two layers of (sur)faces, which indicate two different scales of objects, two diverse  approaches of viewing, and two kinds of interaction with the surfaces exist. One  expresses the architectural skin, while the other, a wearable device, such as  technological glasses; One is the outer-surface of the overall building body, the other  is the screen in between the retina and the reality. One is the “Architecture Skin”  which establishes a virtual interfere with reality via multiple display screens with  animation running as a 3-dimensional black hole that attempts to take you to another  universe. The other one, “Technological Glasses”, put a film of glass with information  exhibited correlating to the human vision that tends to merge reality with the virtual,  simultaneously. Somehow, these two surfaces should eventually merge into each other  to create a changeable space with more intuitive bodily gestures. First, let us have a glance at the development of the so-called “Architectural Skin”.  Since architects will eventually merge the physical environment with virtual space, how  can we confront the question of bringing Virtual Reality/Cyberspace into architecture?  Through the common computer screens with Internet connections, space has already  been plugged into the virtual world as Marco Novak said: “Though the computer screen appears two-dimensional, it has a spatial-temporal dimension that allows it to interact with hypersurfaces created mathematically in the space of the computer”  (Emmer, 2004). Due to the Internet’s networking connections, the screen is not a  simple monitor constantly displaying stop-motion graphics like television, instead, it  has become real space with depth and time. Immediately capturing this surface-depth  idea, the architects are eager to put their focus on the skin of the buildings akin to the  fantasy scenes of city landscapes shown in Sci-Fi movies, which have capabilities for  displaying graphics or animations as one of their answers as to how to marry the virtual  and reality. Plenty of examples have realized such display skin ideas such as media  façades in most of the world’s famous city locations, such as Times Square, New York,  TOC 128 HyperCell the Shibuya crossing in Tokyo, and the commercial signs all around Hong Kong. As a  result, the skin of the building here represents a passive virtual medium (cold medium  as Marshall McLuhan defined) to repeatedly transmit commercial information to  people as a one-directional communication. Some architects, like Toyo Ito, want to  bring the skin of the building to the next level of communication. The “Tower of Wind”  is a silo-like technical sculpture sitting in the Yokohama railway station designed by  Toto Ito as a public art. The color of the embedded lighting system of the tower’s skin is  determined by detecting the noise levels of its surroundings. This vital surface actively  transmits the information of the noise level no matter if the passengers notice it or not,  which, is akin to a cold medium but at least is initiated by a 1.5-degree communication  between the building and the passer-by (Realized Virtuality). The awareness of the  noise level comes from the sensors of the building which makes the skin, not merely an  information deliverer but also an information receiver as well as loader. Therefore, the  interaction in a sense starts between the building and the human in a relatively direct  way though the message displaying on the Architectural Skins. Other examples are Al  Bahar Towers in Abu Dhabi by AEDAS and Arab World Institute in Paris by Jean Nouvel.  They all exhibit the light in that one is making shades to avoid direct sunlight and  the other is opening holes for light penetration. Although the purposes of these two  projects are totally opposite, by reading the patterns, it is immediately clear where the  solar radiation is stronger which realizes information by communicating it physically  through the architecture skin to the passerby. FIGURE 4.5  Image captured from Keiichi Matsuda’s animation project “Hyper-Reality” showing an augmented  reality scenario in a supermarket. TOC 129  Body Conjunction = Wavering Between Actual and Virtual Spaces Second, the technological glasses here indicate the technology akin to “Augmented  Reality.” “Augmented Reality” is a computerized vision correlated with the real  environment through certain devices, such as cameras, special contact lenses, or see- through head mounted displays or eyeglasses like Google glasses. Basically, a layer of  the transparent electronic film fits in with your vision and the true environment will  display specific information at pre-set marks. Simply put, with a certain application  and your smartphone’s camera, you can see through the mobile screen by realizing  a 3D animated object on the spot and match it to the existing environment as if  it is literally there. This technology has been broadly applied in different realms  of usage. In architecture, it can match the rendering effect on a real building to  display the appearance when finished; in children’s books, the animated characters  show up through pages of markers as if you are watching a movie; in the military,  useful information and potential dangers can be shown on the soldier’s goggles to  warn them on the battle field; or like Google’s translator application that can not  only translate the words but simultaneously map the results onto where the text is  printed through the camera of the smartphone devices. The real-time data has been  visualized and displayed on the “surface” to represent the real conditions (Virtualize  Reality). Most of the applications are aiming to implement VR into daily life to assist  people by exhibiting information of daily used objects, social data, and commercial  advertisements as a virtual interface matching to the existing environment. If staying  confined to showing information about objects, it would end up as the same as the  architectural skin does for architecture, a mere information deliverer, a messenger.  The interesting applications come from the idea of having a virtual interface which  can control the physical objects in real-time by simple interactive hand gestures. In  this sense, augmented reality shows its potential of inducing people’s interactive  movement. Keiichi Matsuda, a designer and a filmmaker, rendered this idealistic  application with his series of animations called “Hyper-Reality41.” One of the films  rendered a kitchen scenario while you start entering the kitchen. In the film, with a  first-person perspective, you will see plenty of commercials pop up into your eyes, and  the wall above the tank just shows the episode you are watching in the living room.  Afterwards, a search engine with screen and virtual keyboard shows up with hand  gestures for you to search for information about making tea. Picking up a teabag on  the side and putting it into the cup, tuning the temperature of the electric water boiler,  you can check your status on social media by shifting the mode while waiting. He also  had a version of Hyper-Reality showing how these virtual interfaces can be used in the  supermarket by showing the gradient, the price, and the caloric information while you  have a glance at the product. These easily understandable but effective animations  41 Please check this video, “Hyper Reality” by Keiichi Matsuda through his own website: http://km.cx/. TOC 130 HyperCell explicitly outline a future life with augmented reality being properly used. The bodily  movements/free-hand gestures manipulate the virtual interface, in a sense, builds  up an interactive relationship between our physical body and virtual environment  correlating and matching back to the existing space. FIGURE 4.6  A simulation image showing the navigating process by free-hand gestures with the sensor of “Soli”  developed by Google ATAP (source: Google ATAP Soli project, https://2pobaduekzw9jt9a-zippykid.netdna-ssl. com/wp-content/uploads/2015/10/google-project-soli.png ) Not only is there extensive work underway on the improvement of Augmented reality,  there are also quite a few emerging technologies looking for more intuitive and bodily  movement as communication interfaces, which are implemented mostly in wearable  devices as interfaces. For example, it is not news that Google has produced the Google  Glasses along with augmented reality technology, but they also formed a group called  ATAP (Advance Technology and Project) to draw attention to developing innovative  devices with technologies. One of the projects utilizes radar detective technology, called  “Soli”. “Soli” is a sensor device which can analyze sophisticate hand gestures to replace  the performance of a physical knob, button, slider, to create a virtual dial manipulating  TOC 131  Body Conjunction = Wavering Between Actual and Virtual Spaces physical devices, such as alarm clocks, radios or watches42. Not only that, they also  cooperated with world famous jeans brand, Levis, to develop a smart jacket, “Jacquard”,  which fuses into your daily life combining with the smartphone devices to either assist  you with the direction of your destination, mixing companion music, or cancelling  a phone call while you are biking on the street by simply touching the sleeve of this  smart jacket43. This kind of bodily interaction is what should be retrieved, maintained,  developed, and applied to our interactive environments. Furthermore, the responsive  reactions to the surrounding environment are where most of the architectural interactive  skins are carried out, but somehow the tendency of the interactions seems to draw more  on users’ requirements than before. “Recently processors and sensors have shifted from strictly looking at environmental conditions outside the building and performance based aspects of the understanding and monitoring the changing needs of the users of space”,  as cited from “Interactive Architecture” by Michael Fox and Miles Kemp (Fox, Michael, &  Kemp, Miles, 2009). It is not to say that adaptive architectural skins are less crucial than  interior changeable partitions, but since existing research efforts put more emphasis on  external skins, it is time to draw attention to the reconfigurable scenario of the internal  space according to the users’ needs. The architecture skin represents a sensitive sur(face)  reflecting the surroundings’ information while the technological glasses show a virtual  inter(face) inducing people’s engagement more from the users’ perspectives. Eventually,  no matter whether it is an adaptive reaction to external environmental conditions or  direct interaction for internal spatial reconfiguration of users’ demands, they will have  to ultimately merge into each other and find a perfect balance to have the interactive  transition from the notion of interFACE to interACT.” § 4.4 Body and Brain vs. Machine and Computer under the discourse of Interactive Architecture After the steam engine had been invented, it not only led us to the industrial revolution  but also raised the never-ending debates on the topics of “men and machines”. Since  there have been machines, they have always been treated as the replacement of  human labor which can be seen as artificial bodies insofar as they are not in human  figure shapes/forms. Same as with the computer, while it became mature in terms of  42 Please check the “Soli” project by visiting the website: https://atap.google.com/soli/ 43 Please check the “Jacquard” project by visiting the website: https://atap.google.com/jacquard/ TOC 132 HyperCell calculations, it has always been compared with the human brain (Interestingly that is  why it was treated as a “machine” in the first place). When humans started to marry  these two tremendous technologies, the “robot” was born. People are fascinated  with making human-figures like robots (android) which satisfy their desire of being  God-like. Before the computer was embedded into the machine, the machines  could basically execute several pre-set tasks that had to be operated manually in the  beginning by humans in order to initiate the procedure. However, after the computer  was involved, the machine became the actuating body and the computer acted as the  brain to receive the commands sent by operators who sat in a monitoring room at a  distance from the giant machine. This is also when the research and terminology of  “HCI (Human-Computer-Interface)” were initiated. HCI is essentially dealing with the  operational interfaces between humans and computers. For example, the desktop  application of computers, the software GUI (graphical user interface), the internet  browser, and also the procedure, instruction, and error reports of the system in the  computer. The ultimate goal of “HCI” is to make the interaction between humans and  digital interfaces more efficient, intuitive, and easy to access. And the key point to make  it successful is to make it understandable for the computer instead of improving the  computational calculations behind the computer. Through these interfaces, people can  operate the machines relatively easily than in the age of the steam engine. However,  since the robot-kind of object was invented, the interaction interface no longer stayed  on the screen of the computer, it became more tangible and became something  which people had to confront. A crucial topic for interactive architecture is thus to  do extensive research on HCI. To make a robot on one hand more sensitive to users’  requirements, and on the other hand more intuitive for users to operate, all kinds of  sensors with their compatible systems must be highly involved. Similar principles  should be involved in developing interactive space/environment. Furthermore, akin  to building a robot, interactive architecture/environment also need an actuating  body and a neuron-like brain system to achieve the goal of “interaction”. An essential interaction can be interpreted simply as inputs from sensor organs, transmitting the input data to the brain for decision making, and passing the message to the actuating body to trigger the movement. It indicates the truth that the sensor, the brain, and the body are the three crucial elements in any interactive system. At present, there is research both on the body/the sensor and the brain in interactive space/environment.  From the body aspect, the research relates more to the physical materialization of the  actuating mechanism, which can be motorized or bio-materialized; the sensors can  be seen as part of the body and usually are attached along with the body (actuators) or  even embedded in the body, such as simple distance sensors, sound, pressure sensors  or relatively complex motion tracking systems, which mimic the sensory organs of a  human; and from the brain aspect, besides making intuitive interfaces, it is highly  debated as to whether the neuron system should be considered as a centralized control  or a distributed system to drive the physical actuation. And last but not least is the  TOC 133  Body Conjunction = Wavering Between Actual and Virtual Spaces question of how to integrate the body, the sensor, and the brain to realize a suitable  environment for people to engage with. There has never been a serious discussion  before the affordable price and techniques could be applied to architectural design.  The day when Arduino kind of microcontrollers were released, marked a new era  when people who had interest in realizing kinetic or even interactive architecture  could pursue it more as a feasible prototyping project. Since the body can include the  actuating body and sensory organs, they will be put together for a correlative discussion  of their current developments. And the topic of the brain with neuron systematic  communication will be discussed after that as the critical argument about whether it  can make the interactive environment better. FIGURE 4.7  Images of “HyperSurface” project by deCoi exhibiting the scale on the left, the details from the  backside on the right top, and the component of each actuating element on the right bottom (source from left to  right: http://fluxwurx.com/installation/wp-content/uploads/2011/01/PR_2003_hyposurface_001_p.jpeg,  http://www.mediaarchitecture.org/wp-content/uploads/sites/4/2006/06/PR_2003_hyposurface_002_p. jpg, and http://www.mediaarchitecture.org/wp-content/uploads/sites/4/2006/06/digi1gn.jpg). § 4.4.1 Materialize the Body: “to Motorize or to Naturalize”, that is the question Starting with the actuated body part, there are two major directions which can be  categorized here which also influence the definition of the sensor parts. One is fully  motorized, which uses motors, gears, electronic devices, actuators, in cooperating  with highly mechanistic approaches to drive the actuation. Like Da Vinci, the master of  inventing classic mechanisms, designers try to realize actuated movement, while the  TOC 134 HyperCell other designers start to look into different material properties which trigger natural  adaptive reactions in terms of changing shape. With the concept to “Materialize the  Body”, the discussion will be divided into two segments, which are “Motorized” and  “Naturalized”. Motorized: The machine here refers to what most people would intuitively think of, which has  complicated operating systems with multiple size gears, several different thicknesses of  electronic cables winding around, and can result in massive power compared to human  force. Nonetheless, the purpose of using such a machine in interactive architecture  is not to generate power, rather the kinetic movements are the value of using these  machines. One well-known and one of the pioneer project is the Arab World Institute in Paris by Jean Nouvel. The sophistication of the camera-like shutter form of the  modular façade serves to control the light penetrating into the interior space. This not  only shows the beauty of the mechanism but also practically achieves the intended  performance of the façade. More examples came afterwards with similar electronic  driving motoring façades, including the Al Bahar Towers in Abu Dhabi by AEDAS  with its triangular armor-like shading system, and the One Ocean Thematic Pavilion EXPO 2012 designed by SOMA with its long thin aluminum stripes controlling the  solar radiance of the building. Although the principles of the mechanism employed in  these adaptive skin systems are not as complicated as any of the Da Vinci machines,  it required a large amount of energy and massive prototyping to make it happen.  Another crucial project in the interactive architecture domain is the “HyperSurface”44 by deCoi led by Mark Goulthrope. It employed linear pistons in each single module of  HyperSurface to generate radical morphing of the surface. The surface reactions based  on contextual light and sound are actuated by the pushing movement of the piston  influencing the triangular panel attached to achieve the performance. While looking at  the backside of the installation, a huge steel frame with grids was employed to support  all the individual actuator modules. Numerous pistons with electronic cables depict  just how much electricity is required to drive the entire installation. Another example  of this modular system is the inFORM/TRANSFORM45 by the Tangible Media Group  of the MIT Media Lab. Although it is not an architectural project, it points out most of  44 Please check the video for more understandings of “HyperSurface”: https://www.youtube.com/watch?v=ANX- QRJ2zksI 45 Please check the official webpage for more details about the “inFORM/TRANSFORM”: http://tangible.media. mit.edu/project/inform/ TOC   135  Body Conjunction = Wavering Between Actual and Virtual Spaces the advantages and disadvantages of building up an interactive space/environment.  On the top surface of the inFORM/TRANSFORM, are grids of cubic sticks which can  elevate up and down to create landscape shape-shifting effects for different purposes.  This on-going project aims to make interactive furniture with a pixelated information  display. Once again looking at the technical and mechanical setup of this project, it is  surprising how much space it takes to hide/pack the required devices and equipment  such as special sensors, electronic chips, actuators as pistons, power supplies, and  maintenance devices like cooling fans. Nine-tenths of the space is used for either  the electronic or mechanical equipment and only one-tenth of the space displays  the extraordinary results. This makes it sound relatively inefficient in terms of space  usage. And that’s the major problem with these motorized spaces, even while making  just a façade/skin of the building, it takes quite a large amount of facilitative space to  achieve the interactive reactions. The sensory organs idea within the motorized options  is also seen as electronic devices especially for the sensing system which has to be  further integrated to make the “Embodiment”. These sensory devices can replace the  human senses as vision sensors, light sensors, sound sensors, temperature sensors… etc., which are available on the market at affordable prices. Avoiding the complicated  integration of all these different sensor systems, some of the developers/designers  in the interactive space/environment tend to look towards nature as biomimetic  researchers to search for solutions, such as with Nano-scale modular elements or by  harnessing natural material properties. Smart materials now tend to aid interactive  architecture. But the associated problems remain hidden or neglected, while one  obsesses over the advantages of this approach. Naturalized: “Intelligent materials and smart materials are general terms for materials that have one or more properties that can be altered”. This is the major reason why designers  are eager to take these materials and implement them into interactive design. In  the publication of Michelle Addington and Daniel Schodek, “Smart Materials and New Technologies: For Architecture and Design Profession” ” (Addington, Michelle &  Schodek, Daniel, 2005), they separated smart materials into two categories: “Type one materials undergo changes in one or more of their properties – chemical, mechanical, electrical, magnetic or thermal – in direct response to a change in the external stimuli associated with the environment surrounding the material…Type two materials transform energy from one form to an output energy in another form”. Type one  materials are relatively more suitable for adaptive makeup, while type two materials  are more beneficial from the sustainability point of view. Most of the smart materials  applied in architectural design research are type one materials which mainly address  adaptive performance. TOC 136 HyperCell FIGURE 4.8  The images of the “HygroSkin” on the Left and the “ShapeShift” on the right (source from left  to right: ICD: http://icd.uni-stuttgart.de/?p=9869, and see the Materiability Research Network: http:// materiability.com/shapeshift/). One explicit example was provided by Materiability Research Network team in the  leading Swiss academic institution, ETHZ CAAD. Manuel Kretzer, the leader of the  team, employed the eletro-active polymer (also known as EAP) thin films as a basic  transformable unit while designing a shape-shifting project. The makeup of this EAP  film is that while electrifying the film, this thin film will naturally bend with its unique  material properties. Manuel Kretzer with his team took advantage of this property  and applied them with different shapes for a series of morphing experiments from  2010, which includes, “SHAPESHIFT (2012)”, “PHOTOTROPIA (2012)”, “RESINANCE  (2013)”, and “RESINANCE 2.0(2013)” (Kretzer, 2014). The bending effect of this  electrified EAP film is quite obvious and allows for successful transformation as  expected. However, this EAP film seems to lack power to retain the complete surface  with the force of its dramatic morphing. Not only do the resulting changes abolish  the surface, during the process of making customized sheets with EAP, there are  large percentages of broken sheets which have to be abandoned. This problem proves  that the EAP is too fragile to be applied in architecture to achieve the ultimate goal of  creating a changeable supporting structure. This is so even though the EAP was carried  out quite successfully as an experiment as a morphing unit and could be manipulated  individually to make a bottom up overall emergent effect. It is obvious that the EAP can  TOC 137  Body Conjunction = Wavering Between Actual and Virtual Spaces be used as a responsive shading façade system, but can hardly be the key supporting  structure for making real-time re-configurable space46. The other example is from ICD (Institute for Computational Design), Stuttgart  University led by professor, Achim Menges, which is a series of projects employing  wood film, which, responds to the surrounding’s humidity (Menges, A., Reichert,  S., & Krieg O. D., 2014). The team has been investigating biomimetic principles  of spruce cones and applying them to an engineered material composed of thin  wood film. The principle is the following: humidity change instigates the tissue of  the wood cell film to correspondingly absorb or release the moisture and undergo  significant morphing effects. The first experimental project using this technique  was “Hygroscope”, commissioned by and exhibited permanently in the Centre  Pompidou, Paris, to represent an adaptive architectural skin, comprising of numerous  wooden films as a basic unit47. The project was housed in a transparent glass case  for artificially controlling the humidity, corresponding to the humidity in Paris. The  second project is the “Hygroskin”48 which involved robotic arms based manufacturing  to materialize a pavilion. The robotic arm fabrication is essentially applied to making  a Voronoi structure unit composing the pavilion. Within each of the units, openings  were made using the thin wooden panels with an intention to change the amount  of light penetration to the interior space in relation with the surrounding humidity.  The local climate conditions thus actuate the openings to open up while sunny and  close while raining. These material properties perform sensing and actuating roles  at the same time. In the other words, within nature, material systems have always  integrated sensing and actuation system in a fully embedded fashion. Such a way of  utilizing material properties and natural principles seems to be a trend for replacing  the relatively heavy and dirty mechanical actuation systems. However, in the case  of the Hygroscope and Hygroskin, humidity can only produce dramatic changes if  one manually alters the humidity fluctuations rapidly within the glass container. In  the humidity change is not controlled artificially, then the adaptive morphing effect  of the engineered wooden films can only change very slowly and makes it hard for  the audience to observe. Consequently, there are arguments to choose between the  options of using motorized electronic driven actuators or employing naturalized  approaches such as utilizing the natural material properties. 46 Please check this video, “ShapeShift” for further understanding on the application of EAP by Materiability  Research Network team, ETHZ CAAD: https://vimeo.com/15247128. 47 Please check this video to know more about “Hygroscope”: https://vimeo.com/55938597. 48 Please check this video to know more about “HygroSkin”: https://vimeo.com/73727749. TOC 138 HyperCell To conclude here, the Motorized solution can gain the benefits of making relatively  rapid changing, having easier adjustment, and loading comparatively heavier objects  or even people as supporting structures in a larger scale, which also refers to utilizing/ wasting more energy of operating the machine, a separate sensory makeup/system is  needed, and result in taking spaces for all these required equipment implemented to  achieve the preset goal of kinetics/interaction; In the contrary, the Naturalized solution  can take advantage by learning from nature and apply the existing natural chemical  makeups in a smaller scale as a basic unit to realize the aim of adaptive/responsive  performance. Unlike the Motorized one which needs the separate sensors for the input  system, the Naturalized one has embedded the systems both from the sensing and  actuating which enhances its benefits from the integration and light-weight points of  view. But most of these smart materials are relatively fragile and embody the weakness  of the long-term maintenance which makes it hardly be the candidate of creating  reconfigurable structure. Therefore, the choices of Motorized and Naturalized solutions  should be corresponding with the question to be solved, for example, to build up  reconfigurable partitions of a smart interior space, no doubted the Motorized solution  should be the option; and to develop sophisticate adaptive façade with the idea of  reducing the energy waste simultaneously, the Naturalized solution should be the  choice. In the near future, the combination of the Motorized and Naturalized solutions  should all be both considered and integrated into a hybrid material while creating  interactive architectures aiming for different performance goals. § 4.4.2 Build up the Brain: From Decentralization to Collective Intelligence To step into the realm of Interactive Architecture, it is obvious that one must recognize  that the soul of interaction is the control system. The control system defines the  capabilities and the tasks of interaction. Although people might still remain the same  while thinking, the “brain” is a centralized organ which tackles different tasks by  this big intelligent machine in the head. But actually, the main components of the  intelligence of the brain that makes one think, sense, and react are the brain cells  or neurons. Based on different regions of the brain, neurons specialize themselves  for specific performance such as movement, sensory processing, language and  communication, and learning and memory. They are constructed nearby and form  the cerebrum. However, this doesn’t make the cerebrum a centralized controller. In  the other words, even though the neurons of the cerebrum are located close to each  other, they are assigned to conduct specific tasks through network communication  and to eventually reach an ultimate decision, making it akin to a more de-centralized  system in terms of its operational logic. Undoubtedly, the computer was invented by  TOC 139  Body Conjunction = Wavering Between Actual and Virtual Spaces simulating how the brain works in terms of hardware and also the operational system.  But the hidden information needed to be revealed is this “bottom-up” systematic  approach. The neuron works as the smallest entity just like all the other functional  cells in the body, performing properly as a CPU (Central Processing Unit) dealing with  the given mission assigned to it by the embedded DNA. To a certain extent, human  intelligence can also be interpreted as a result of collective intelligence gathered from  each single neuron unit. There is an old saying in Chinese which translates to “The  wisdom of the masses exceeds that of the widest individual” in English, which explicitly  illustrates the condition of a distributed operating system in the form of collective  intelligence. One of the major benefits of utilizing the distributed system idea in the  form of a swarm is that even if one singular entity malfunctions, it won’t affect the rest  of the entities, thus keeping the whole system still operational. This can also be seen as  the property of being “Resilient”, as proposed by Kevin Kelly in his famous publication,  “Out of Control: The New Biology of Machines, Social Systems, and the Economic World” (Kelly, 1995). According to IEEEIEEE 802.11 terminology, “a distribution system interconnects Basic Service Set (BSS) to build a premise-wide network that allows users of mobile equipment to roam and stay connected to the available network resources”49. Similar circumstance occurs in nature, and there are plenty of examples  depicting this type of system, such as, a swarm of birds, a school of fish, or a group  of ants. All these examples work in a similar fashion to collectively form a relatively  bigger and abstract object composed of numerous small but smart entities in order  to conduct their mission efficiently. To learn from nature is one of the main principles  this research obeys, and collective intelligence is one of the key to initiate this journey.  Not only the inspiration from the birds, fish, and bees pertaining to their swarming  character form an intelligent entity, but also the cells inside plants or animals with their  communication protocols and embedded information literally form intelligent mature  collectives. This principle should be examined for achieving the ultimate feature  that Interactive Architecture should inherit when one speaks about learning from  nature. “There are many biological reasons for swarm behavior related to efficiency in foraging, hydrodynamics and aerodynamics, protection and reproduction…” (Fox,  Michael, & Kemp, Miles, 2009). The other benefit is that each of the single entity can  afford to be less intelligent but with relatively simple relationship and communication  abilities since they can eventually form an intelligence beyond what one singular entity  possesses. “The rules of response can be very simple and the rules for interaction between each system can be very simple, but the combination can produce interactions that become emergent and very difficult to predict. The more decentralized a system is, the more it relies on lateral relationships, and the less it can rely on overt commands”  49 Please check the webpage of Webopedia: On-line Tech Dictionary for IT Profession for the definition of “Distri- bution System”: http://www.webopedia.com/TERM/D/distribution_system.html. TOC 140 HyperCell (Fox, Michael, & Kemp, Miles, 2009). In accordance with this, the swarm behavior  system is considered as strategic choice for developing Interactive Architecture to  either sense and actuate locally, and to produce emergent behavior which affects the  entire form from a bottom up perspective. This modular componential principle is  extremely akin to how biological entities are composed. This is also the reason why  “agent based modeling” is so crucial both from software simulation and hardware for  developing interactive architecture. “An agent-based model (ABM) is one of a class of computational models for simulating the actions and interactions of autonomous agents (both individual or collective entities such as organizations or groups) with a view to assessing their effects on the system as a whole”50. Therefore, the notion of  “Space is computation” has once again been brought forth here with the introduction  of swarm behavior. By giving up the idea of making a powerful centralized computer  taking care of all the adaptations of a building, the ultimate goal that Interactive Bio- Architecture should be composed is thus reformulated to hosting singular architectural  components with specific assigned tasks, which embody simple intelligence aided  cells. In this case, the body, the sensor and the brain are all integrated in one entity.  Also, with its interactive capabilities of sensing, computing and actuating, this  emergent architecture will become a holistic sensitive object which is akin to a true  living architectural “HyperBody” in a relatively large scale. § 4.5 Conclusion In this chapter, the discussions addressing philosophical, social, medium,  technological, virtual/real, interaction, and distributed control system have been  broadly covered within the context of establishing “the relationship between body and space”. The idea of Body Extensions using artificial technologies, people become  highly connected through the surface of Body Without Organs which also correlates  to the Cyberspace notion where the omnipresent Internet exists. This inevitable trend  with the development of advanced technologies has started to blur the boundary  between virtual and real, making people co-exist in at least two parallel universes.  The issue of interaction comes to the fore with the advent of virtual reality technology  wherein the discussion around interaction, both in virtual and real spaces gains prime  importance. Since space is always the major topic of architectural design, there is no  50 Please check the webpage to understand more details of Agent-Based Modeling (ABM): https://en.wikipedia. org/wiki/Agent-based_model TOC 141  Body Conjunction = Wavering Between Actual and Virtual Spaces way to ignore the design requirements from both virtual and real counterparts and  it has become a crucial task to create a transition in between. From the architectural  design point of view, the interactions taking place have also shifted in scale. In the  beginning, the skin (a surface) of the building was mostly used as an information  vehicle transmitting messages in a one directional communication to the observer.  With wearable gadgets like the Google glass (another surface), the interaction smoothly  went to the next phase of “Augmented Reality” which combines virtual reality as a  display and overlaying it in the real world thus bringing one close to real-life. With  the new technological developments of such wearable gadgets, it potentially extends  the possibility of bringing our natural instincts and senses back as Marshall McLuhan  reminded us. Therefore, it is not only critical to focus on vision, but also the full sensory  perceptions afforded by the body and human movements/gestures to reach the goal  of creating tangible interactions in space to create an immersive experience. However,  there was a long period of time when architects assigned more attention to adaptive  skin systems and its relation with the surrounding environmental conditions. The  local environmental condition was used as the input parameters to drive the opening  or closing of façade elements in order to optimize the most suitable/comfortable  environmental conditions. Although most projects focused on developing adaptive  skins used electronic motorized solutions, people now tend to believe that smart  materials will be the next ideal step for developing interactive/adaptive actuation  systems. Meanwhile, the trend of interaction has shifted its focus from addressing  environmental parameters to requirements of the users themselves. This enhances  the possibility for people to own and effectively reside in an intelligent re-configurable  space, which can adapt to their activity patterns and bio-rhythms. Following this trend,  a distributed system both in terms of decentralized computational processing and  modular componential assemblies become quintessential to materialize the next  generation of Interactive Bio-Architecture. Cooperating with each low-level intelligent  architectural component with embedded sensors and actuators for performing  specific tasks, the whole architectural body can now become efficient, responsive, and  interactive owing to a bottom up decision-making protocol instead of a fully centralized  top-down demand based approach. This kind of collective intelligence based decision  making is omnipresent in nature and it not only exhibits in the form of swarms of  animal to perform variable tasks, but it also takes place inside the natural body for  conducting sophisticated tasks by the living cells starting from the growth period of the  embryo itself. The mystery behind a cell’s emergent behavior relates to the embedded  information in the DNA, and how these triggers and informs each other to produce  proteins and take certain actions will be discussed in the following chapter. TOC 142 HyperCell References Addington, Michelle & Schodek, Daniel. (2005). Smart Materials and New Technologies: for the architecture and design professions. Oxford: Architectural Press: An imprint of Elsevier. Anders, P. (2001). Extending Architecture throgh Electronic Media. In C. Speed, & G. Grinsted (Eds.), VO1D (pp.  58-65). Barthes, R. (1968). The Death of the Author. In S. Heath (Ed.), Image, Music, Text (S. Heath, Trans., pp. 142- 148). London: Fontana Press. Benedikt, M. (1991). Cyberspace: the First Steps. Cambridge: The MIT Pressed. Cicognani, A. (1998). On the Linguistic Nature of Cyberspace and Virtual Communities. Virtual Reality Society, 3(1), 25-33. de Kerckhove, D. (2001). The Architecture of Intelligence. Basel: Birkhäuser. Deleuze, G. (1988). Bergsonism. New York: Zone Books. Deleuze, G., & Guattari, F. (2003). Anti-Oedipus: Capitalism and schizophrenia. Londom: Continuum. Emmer, M. (2004). Mathland From Flatland to Hypersurfaces. Basel: Birkhäuser. Fox, Michael, & Kemp, Miles. (2009). Interactive Architecture. New York: Princeton Architectural Press. Gibson, W. (1982, July). Burning Chrome. Omni, 4(10), pp. 72-77. Gibson, W. (1984). Neuromancer. New York: Ace Books. Kelly, K. (1995). Out of Control: The New Biology of Machines, Social Systems, & the Economic World. New York:  Basic Books. Kretzer, M. (2014). Beyond Performance. In M. Kretzer, & L. Hovestadt (Eds.), ALIVE: Advancements in Adaptive Architecture (pp. 72-77). Basel: Birkhäuser. Leibniz, G. W. (1714). Monadology. (J. Bennett, Trans.) Continuum. Retrieved from http://www.earlymodern- texts.com/assets/pdfs/leibniz1714b.pdf Lévy, P. (1998). Becoming Virtual: Reality in the Digital Age. (R. Bononno, Trans.) New York: Plenum Trade. McLuhan, M. (1964). The Gadget Lover: Narcissus as Narcosis. In M. McLuhan, Understanding Media: The Exten- sions of Man (pp. 45-52). New York: McGraw-Hill. McLuhan, M. (1964). Understanding Media: The Extensions of Man. New York: McGraw-Hill. McLuhan, M., Fiore, Q., & Agel, J. (1967). The medium is the massage. New York: Bantam Books. Menges, A., Reichert, S., & Krieg O. D. (2014). Meteorosensitive Architecture. In K. M., & L. Hovestadt (Eds.),  ALIVE: Advancements in Adaptive Architecture (pp. 39-42). Basel: Birkhäuser. Miller, J. H. (2002). Literature and Virtual Realities. In J. H. Miller, On Literature (pp. 24-45). New York: Rout- ledge. Playboy Interview: Marshall McLuhan. (1969, March). Playboy, pp. 26–27, 45, 55-56, 61, 63. Stelarc. (1995). Towards the Post-Human: From Psycho-body to Cyber-system. Architectural Design, 65(11/12), 90-96. Wertheim, M. (1999). The Pearl Gate of Cyberspace: A History of Space from Dante to the Internet. London:  Virago. TOC 143  Defining a Novel Meaning of the New Organic Architecture 5  Defining a Novel Meaning of the  New Organic Architecture “Machines are becoming biological and the biological is becoming engineered.” Kevin R. Kelly § 5.0 Current Developments and Trends of Bio- inspired/Organic Architecture. Starting an overall investigation by categorizing current bio-inspired architectural design developments into “Material”, “Morphological”, and “Behavioral” to explore a novel definition of the “New Generation Organic Architecture”. At present, people are confronting the unprecedented unification of machine and  biology which has been revealed by the means of advancing industrial processes  towards the organic model. In his remarkable publication, “Out of Control: The New Biology of Machines, Social Systems, and the Economic World” (Kelly, 1995), Kevin  Kelly makes an interesting observation that “Machines are becoming biological and the biological is becoming engineered”. In other words, the clear boundary of machine vs  biology is blurring through current technological developments. In “Out of Control”,  Kevin Kelly has further made several explicit points to support his views, that Industry  will inevitably adopt bio-inspired methods: – It takes less material to do the same job better. – The complexity of built things now reaches biological complexity. – Nature will not move, so it must be accommodated. – The natural world itself—genes and life forms—can be engineered (and patented) just  like industrial systems. TOC 144 HyperCell All the crucial points described above can be easily observed in the architectural  industry as well. Each statement corresponds with material optimization, multi- disciplinary technologies, evolutionary processes, and genetic engineering which are all  involved in current digital architectural design developments. After years of evolution,  the developments of “Organic Architecture” have been now separated into various  research focuses which are distant from the original idea coined by the well-known  American architect, Frank Lloyd Wright. A group of followers still insist on maintaining  Wright’s original idea to develop buildings which are green and sustainable, they fit  or even blend into the surrounding environment as a whole. But since the power of  personal computers and sophisticated modeling software has become relatively easy to  access and is employed in all aspects of architectural design, various experiments have  been conducted in the last decade, which try to outline a number of new definitions  pertaining to “what are the essential ideas/principles of ‘Organic Architecture’?”.  Nature has undoubtedly always been the greatest inspiration for the manmade  industry, technology, and architecture. This development has only escalated with the  assistance from computational technology over the last few decades. The thesis will  preview the pros and cons of current design developments under the big umbrella of  digital organic/bio-inspired architecture. This discussion will be categorized into three  major divisions: “Morphological”, “Material”, and “Behavioral” owing to the different  focus of computational applications within each one of them. § 5.1 Morphological § 5.1.1 Morphological Development 0 Development pre and post computational assistance. Instead of digging deeper into the level of thinking how natural objects, such as animal,  plants, and landscapes, are formed, architects and artists begin with imitating the  appearance of their shapes and analogously re-interpret and re-create them in the  design industry. Early architecture examples depict natural forms on engraved layers  of columns or rooftop as ornaments on facades. But things started to changes in the  19thcentury, as people started looking towards mimicking the shape of natural entities  and became curios about how these forms were made. For example, Ernst Haeckel  TOC   145  Defining a Novel Meaning of the New Organic Architecture as far back as 1866 (Haeckel, 1998), illustrated living creatures including animals  and plants to study the morphology of natural entities, wherein he concluded that  the morphological development is not only influenced by internal factors but is also  impacted by the natural environment. Or consider one of the famous references in  the domain of parametric architecture, “On Growth and Form” (Thompson, 1992),  by D’Arcy Thompson, who focused on analyzing natural forms and studying how to  generate them back in 1917. Through time, several newcomers, such as Antonio  Gaudi, Buckminster Fuller, and Frei Otto all tried to re-generate natural shapes/forms  and apply them into architectural designs from different aspects in terms of their  material properties, geometry, and structure. At the time, there was no assistance from  computational technologies yet, which made their dedication and contribution all the  more admirable. Since the application of computational technologies in architectural  design, architects have benefited heavily. However, during the initial phase of computer  aided design (CAD), architects still fell into the trap of merely mimicking natural  shapes by using the 3D modeling software. Nonetheless, interesting buildings were  designed with this mentality of geometric modeling skill by architects during the  “deconstructivist” movement. Some of the most prominent ones were designed by  the Architects Coop Himm(l)blau, Zaha Hadid, and especially the projects of British  architecture firm, “Future Systems”. Almost all the projects of Future Systems take  inspiration from the nature to design organically shaped architectures over many years.  These have been published in two books: “For Inspiration Only” (Future System, 1996)  and “More for Inspiration Only” (Future System, 1999). The skin of the Selfridges  Department Stores in Birmingham51 designed by Future Systems is one such example.  The project is inspired by the eyes of a fly, which, is also the inspiration for their  visionary project “The Earth Centre” ( http://www.earch.cz/cs/future-systems). § 5.1.2 Morphological Development I = Chaos Theory_ the initial phase of computer aided bio-architecture design. After years of exploration in the field of 3D modeling, Greg Lynn, an architect who has  both an Architecture and Philosophy background, developed a parametric thinking  approach by using computational techniques based on D’arcy Thompson’s analytical  logic stated in “On Growth and Form” (Thompson, 1992). Lynn used this to generate  51 Please check the Wiki page for more details about the Selfridges Department Store by Future System: https:// en.wikipedia.org/wiki/Selfridges_Building,_Birmingham TOC 146 HyperCell a parametric model of a house, called the “Embryological House”. As a metaphor of  DNA, 12 control points were able to flexibly manipulate to generate various curvilinear  shapes (Blob) using different combinations of control point positions. After this,  an inevitable wave in both digital and bio-inspired architecture realms to push this  parametric thinking to new heights began. Not only in architectural design, but all  other sciences are working hard on discovering benefits by following the principles  of nature: for deciphering the hidden code behind structures in nature, such as  the ways a plant grows, or the generation of a panther’s fur patterns…etc. People  intent on implementing algorithms discovered from nature to efficiently complete  their tasks developed genetic algorithms. The same holds true for architectural  design, as architects now attempt to introduce various technological tools like  parametric modeling and applied algorithms to architectural design, especially after  the development of “Chaos Theory” and its implications on computational design.  Since Chaos Theory was discovered, multiple useful algorithms have been applied  in architectural designs for generating 2d and 3d patterns with the assistance of  computational techniques which could hardly be down with manual 3D modeling  skills. Alan Turing who had been seen as the inventor of the contemporary computer  had a lifetime interest in biological morphogenesis. Although Turing could not  witness it himself, but years later, his ultimate dream seems to have come true since  the relationship between computation and biology has been tightly bound. Fractals,  cellular automation, multi-agent systems…etc., which all work through complicated  mathematics algorithms, are able to be easily re-invented using current computational  technology. So, pioneering architects have taken these computational techniques as an  inspiration and are implementing them into their design projects. § 5.1.3 Morphological development II = flourish developments amongst the young generation of architects implementing computational techniques within algorithms extracted from nature as a new organic Bio-architectural design. Biothing, founded by Alisa Andrasek, with her colleague, Jose Sanchez, has been heavily  experimenting with fractal algorithms, multi-agent systems and embodying them  in their design projects (Figure 5.1). These biological principles give the architects  chances to design generative rules from a bottom-up perspective similar to how  natural objects grow. “Code sequences generate ‘immaterial forms of intelligence… coalescence between the organic and the inorganic” (Andrasek, 2012). In accordance  with Alisa Andrasek’s thought, computational technology bridges not only the material  TOC 147  Defining a Novel Meaning of the New Organic Architecture and immaterial but also helps with blurring the boundary between biology and the  artificial which is again akin to Kevin Kelly’s statement that “Machines (Architecture) are becoming biological”. THEVERYMANY can be seen as another pioneering group  established by Marc Fornes using computational simulations with recursive logic to  generate coral-like, vaporous membranes as a form-finding process. Incorporating the  use of CNC machines, laser cutters, THEVERYMANY mostly built 1:1 pavilions using  sheet-like materials with bending or folding techniques to reinforce the structural  supports with simple plug-in/out assembly methods. Like a living plant, the structure  was built up through materials as structure without any redundancy making the  pavilion have a sense of being an organism. Michael Hansmeyer mainly uses recursive  computation as well as subdivision methods to not only create several large-scale  organic but also slightly Baroque-like architectural elements, such as columns and  grottos, and stated that “we are not seeking to imitate forms of nature in a figurative manner, but instead we reference the processes of their evolution” (Brayer, Marie- Ange, 2013). Michael’s point actually emphasized the major advantages in this phase  of morphological development that even when the logic was once taken from nature,  it is not simply a matter of reproducing exactly the same what already exists in nature,  on the contrary, the logic with the assistance of computational techniques should be  able to assist people to generate unexpected, optimized, but also beautiful forms and  shapes akin to natural objects. In other words, designers should shift their focus to  designing the principles of growth in architecture rather than sculpting the external  form. Nervous System, another young design group was formed in 2007 by Jessica  Rosenkrantz with both architecture and biology degrees and Jesse Louis-Rosenberg  whose major is Mathematics. Their biology and mathematics backgrounds make them  a relatively strong team of researchers working on the design of natural patterns. They  focus heavily on the topic of “Pattern”; not only patterns seen in natural organisms  but also patterns of growth. Coupling with their professions, they executed digital  fabrication techniques, such as 3D printing to realize their industrial design projects  from jewelry, lamps, the midsoles of sneakers, and even to a series of 3D printed  necklaces and dresses called kinematics, which are all based on the natural growth  patterns they researched. The aforementioned groups are heavily experimenting with digital computational  techniques in architectural design. More groups can be listed here under this digital  form-finding umbrella with utilizing natural algorithms in architectural design, such as  Andrew Kudless’ MATSYS, Matias del Campo’s SPAN, Iain Maxwell and David Pigram’s  Supermanoeuvre, who are making numerous fascinating contributions in this field of  design exploration. TOC 148 HyperCell FIGURE 5.1  Turing Pavilion by Biothing (Alisa Andrasek + Jose Sanche) cooperating with Dshape Italy based on  the Reaction-Diffusion algorithms (source: Biothing, https://vimeo.com/20873694). One of the common points between the above pioneers in computational design  is that they use their knowledge to develop/modify the algorithms to fit their  designs, and most of them consider materialization as a post-design process, which  is totally opposed to how natural organisms develop. Although they have heavily  employed digital fabrication to realize their prototypes and mock-ups, this process is  unintentionally akin to finding a materialization solution after generating the code in a  non-physical simulated universe. In other words, the approach of utilizing algorithms  in architectural design in this case is without considering material applications  from the very beginning. The positive aspect of this is that there is more freedom for  architects to visualize their designs via form-finding techniques and to focus on spatial  quality rather than worry too much about construction problems in the early design  stage. But, on the other hand, this is exactly the point where there has always been  challenges and doubts with their designs because they look more like visionary projects  than practical ones which can be actually built. It is not an easy task for architects to  solve these practical construction tasks in the early stage of design, but it is potentially  feasible to start putting the material or environmental factors as input values like  information of a biological embryo to build or even grow with the material properties  from the beginning as initial constraints. It is understandable that the above-listed  architects are confronting so many different difficult design questions and so they  pick their own focus on form-finding process with computational techniques without  worrying about applied materials and solving practical issues cleverly with their later  design stages. However, young architectural students might take their methods as a  given and misuse them with their designs only for generating theatricality, monstrous,  complicated forms and claim their projects are organic in nature. “Algorithm” seems to  be the magic term to convince people their projects were based on logical translations  TOC 149  Defining a Novel Meaning of the New Organic Architecture from organisms to architecture, but as a term of art or nomenclature algorithms in  current architectural parlance are totally abusing the essence of mathematics derived  from living creatures. If one is not acknowledging the essential idea before applying  a specific algorithm, then it is relatively risky in architectural design and fears of  reducing the process to a sophisticated method for merely generating “Good Looking”  appearance for outer aesthetic purposes become very high. “Algorithms” must be seen  as a growing pattern/principle of any organism to be respected and also intensively  included in the “design process”, not just some random formulas for making organic  shapes. In this case, the morphology is truly a process of morphogenesis instead of  morphological mimicry. “Genetic algorithm”, as another almost magical term, has  always been seen as another ultimate solution to all the above doubts when utilizing  them in architectural design. Since a “Genetic algorithm” is a relatively special topic  closely related to this research’s design methodology, it will be intensively considered  after the discussions of three divisions of organic/bio-inspired architectural design  along with the major inspiration of this research as regards biological aspects. § 5.2 Material § 5.2.1 Materialization with Algorithms From the material aspect, several directions are inclusive to this special realm  with different focuses but highly related to the material system and also to digital  fabrication technology used here. Several experiments can be seen as an extension  of the Morphological approach which takes materials as a factor along with the  development of its unique generative algorithms. Take EZCT for example, in their  project of “Chair Model”, 25 prototypes were generated by the evolutionary algorithm  as a biological formation process with natural selection concerning both the material  and functional aspects. Later on, with the “Studies in Recursive Lattices” project, they  kept exploring the combination of developing the unique generative algorithm. In  their study, the recursive algorithm, collaborated with fiber-reinforced concrete as  a material system to reduce the redundancy of the useless volume of the materials.  A similar idea came across with Joris Laarman Lab’s project, “Bone Furniture”,  collaborating with Adam Opel’s International Technical Development Center is based  on the inspiration of Claus Mattheck’s research on the growth of plants and bones.  TOC 150 HyperCell A series of 3D optimization algorithms in charge of both constructing the main  structure lines and conducting the form optimization were employed in the design  process which is way beyond the mere imitation of the natural form in the Art  Nouveau period (Brayer, Marie-Ange, 2013). By considering the qualities of the  applied materials, the algorithms here aren’t merely used as a form-finding tool  without physical constraints but rather become a relatively reliable process engulfing  fabrication and construction. FIGURE 5.2  Bone chair by Joris Laarman (source: Joris Laarman LAB, http://www.jorislaarman.com/work/ bone-chair/, the optimization process can be observed in the same webpage.). TOC   151  Defining a Novel Meaning of the New Organic Architecture § 5.2.2 Materialization with Real Organs FIGURE 5.3  Image on top is the design project “Syncretic Transplants” of Tobias Klein under the guidance of  Marcos Cruz. The bottom image is the “gaming console” derived from the film, the “eXistenZ” (source from top  to bottom: UCL Bartlett, https://www.bartlett.ucl.ac.uk/architecture/research/projects/neoplasmatic-design,  and http://acidemic.blogspot.nl/2015/01/death-to-realism-existenz-oculus-rift.html. The title of “materialization with real organs” applied in architectural design might  sound awkward or even too much science fiction, but it is somehow the simple  interpretation of “Neoplasms” (Cruz, 2008) as claimed by Marcos Cruz, professor of  Innovative Environment in UCL. Also known as the Director of the BiotA LAB in UCL,  Marcos Cruz revealed his idea of utilizing “Synthetic Biology” technology to transplant  real organs/flesh onto architecture bodies to make architecture eventually become  a semi-living object. In other words, the real flesh/tissue of an organ is the new  innovative material for building up purposeful bio-architecture. It is obvious that  “Neoplasms” (Cruz, 2008) is a cross-disciplinary research involving diverse experts,  such as biologists, physicians, and engineers to realize his visionary idea. He implied  TOC 152 HyperCell his “Neoplasms” (Cruz, 2008) idea by taking the movie “eXistenZ”52 as a reference  where the organic virtual reality game consoles called game pods have replaced the  electronic ones and have to be attached to “bio-ports” inserted in the player’s spine.  These game pods have a flesh-like appearance which can be seen as the new material  which would be connected to the building through Marcos’s perspective. In the movie,  with the bio-port inserted to the player’s spine, the organic game pods gradually  become parts of the player, which have three different phases which can be seen as  an evolving process also for the buildings of “Neoplasms” (Cruz, 2008). Within the  steps of “having flesh”, “being flesh”, and “becoming flesh”, the biologic transplanted  flesh emerges as a new material which will gradually blend into each other from both  biological and architectural angles to generate a so-called “semi-living” architecture  which actually responds as a living body instead of utilizing electric mechanisms to  imitate the makeup of living organs. Hypothetically speaking, taking animals lungs for  examples, through advanced synthetic biology, numerous lungs can be implemented  onto the building’s façade to filter the air penetrating the façade and literally turn the  whole building into a semi-living space. This is the philosophical and advanced vision  of “organic architecture” from Marcos Cruz’s point of view. “Protocell Architecture” can be seen as an alternative branch of the “Neoplasms” but  is relatively more practical in terms of its research approach. A series of experimental  projects entitled “Protocell Architecture” in the Architecture Design journal guest- edited by Racheal Armstrong and Neil Spiller explicitly showed several different  interpretations of the design idea of “what is Protocell Architecture?”. “Protocell do not operate within the realms of biological processes that are associated with living systems, but are driven by primordial organizing forces—the laws of physics and chemistry” (Spiller, Neil & Amstrong, Rachel, 2011). Some try to culture artificial cells  to implement the sustainability of the space, for example, synthetic cells generating  energy for cultivating the electricity or heat of an interior space in a relatively natural  way (applied in Philips Beesley’s ‘the Hylozoic Series’ and his later series of projects);  some look into natural principles of physics and chemistry for the solutions from the  material world, such as development of inventing self-healing concrete (for example,  self-healing concrete by bacterial mineral precipitation of TU Delft’s Micro Lab)53. “The ‘protocell architecture’ can be thought of as an alternative arrangement of terrestrial chemistry that ultimately results in a new living system that has been ‘midwifed’ into existence by human design and technological innovation” (Spiller, Neil &  52 Please check the webpage for more information about the film, eXistenZ: https://en.wikipedia.org/wiki/Existenz 53 Please check these webpages for more understandings about the “Self-Healing Concrete”: http://www.citg. tudelft.nl/en/research/projects/self-healing-concrete/ and http://www.microlab.citg.tudelft.nl/. TOC   153  Defining a Novel Meaning of the New Organic Architecture Amstrong, Rachel, 2011). As in Protocell Architecture, they address a lot of the existing  technology and attempt to push them to the extreme with the material, or to discover  new ways of scientific marriage generating a living system, unlike what Marcos Cruz  with his “Neoplasms” (Cruz, 2008) idea was trying to do with an uncertain cyborg- kind of surgery between human and buildings. In the end of the introduction article  by Neil Spiller and Rachel Armstrong for the Protocell Architecture issue of the AD  (Architectural Design) journal, they even wrote a manifesto for Protocell Architecture  to fight against biological formalism. Rachel Armstrong believes that imitating nature  is not the ultimate approach, but to reproduce architecture should be akin to the way a  plant produces its fruits in nature. § 5.2.3 Materialization, Biomimicry, and digital fabrication technologies FIGURE 5.4  Neri Oxman’s Gemini (source: Neri Oxman, http://www.materialecology.com/projects/details/ gemini#prettyPhoto). TOC 154 HyperCell Two major series of experimental researches described here as examples are those by  Professor Neri Oxman and Professor Achim Menges who coincidently both have similar  ideas/interests not only on materiality but also on the logic of organisms’ growth  as well as integration with architectural application by means of digital fabrication  technology. In other words, they both look into the ways of growth of natural organisms  and apply these principles in architectural design as fundamentally based on  reproducing material’ properties along with compatible digital fabrication technology.  Of course, they both have their own bio-inspired narratives and specific approaches of  digital fabrication. Ms. Neri Oxman, a professor, is known as the director of the Mediated Matter Group with the MIT Media Lab, where she started her preliminary transdisciplinary research  between biology and technology from 2006. By extracting bottom-up principles of  how natural living creatures grow, she utilized computational techniques to simulate  growth pattern and employed digital fabrication methods, such as 3D printing and  robotic arms based additive fabrication, to experiment with several prototypes of  synthetic materials. In the project “Gemini” (Figure 5.4), a semi-anechoic chaise  lounge, Neri Oxman translated the geometry of the Ornithogalum dubium’s flower’s  seed which has a star-like cellular shape interlocking with each other to tessellate  the overall form of the lounge, and with the distribution weight simulation ensuring  ergonomic comfort for a typical person’s weight, each of the generative cellular star- shapes reformed constantly to reach the gradient equivalence of the load bearing as  an optimization process. Corresponding with the existing 3D printing and CNC milling  techniques, each unique and complex generative cellular unit can relatively easily  be fabricated in accordance with the distributed loading simulation result. Against  the existing architectural industrial production method of staying homogenous by  composing items of homogeneously defined forms and parts, Neri Oxman coined the  term “Digital Anisotropy” to denote the ability of the designer to strategically control  the density and directionality of material substance in the generation of form as nature  normally does (Oxman, Neri, Firstenberg, Michal, & Tsai, Elizabeth,, 2012). Based  on the above notion cooperating with rapid prototyping methods such as 3D printing  technology of Object Ltd., Neri Oxman with her team developed several intimate  wearable art pieces corresponding with growth principles of related body parts. For  example, by simulating the approach of how hard tissue (skull) and the soft tissue  (skin and muscle) interact with each other to construct the head part of a figure, an  anisotropy helmet was generated with different thickness and density of material  composition to resemble a human organ. The thought of linking the material and the  production with the goal of functionality is somehow relatively common but brilliant in  nature. While the growth of an organism in nature, the material is always considered in  association with its’ functionality to adjust the density it will inherit and how this would  accommodate the method of producing it. This is core to what Neri Oxman would like  TOC   155  Defining a Novel Meaning of the New Organic Architecture to deliver to not only architects but also the general public in order for us to re-think the  means of design concerning the choice of materials, the suitable fabrication methods  of construction in terms of material properties, and the ultimate applied function by  fully utilizing the existing digital techniques. Achim Menges, Professor and the head of ICD (Institute of Computational Design,  Faculty of Architecture and Urban Planning, University of Stuttgart), also a pioneer  in the bio-inspired design field has looked into both biology and material science  with the integration of digital fabrication technology for years. Since 2011, Achim  Menges with his research team began to deliver a research pavilion each year within  the bio-inspired notion of morphology which has intended to transfer the idea from a  theoretical paradigm to real construction practice. The morphogenesis idea of Menges  is the linkage between the ecological capacities of material systems and environmental  modulations. “Contemporary architectural design is still characterized by a clear separation and hierarchical conception of the creation of form, space and structure and its subsequent preparation for materialization. In contrast, the approach presented here seeks to employ computational processes for a higher level of integration of form generation and materialization” (Menges, 2013). It is akin to Neri Oxman’s  notion of integration concerning space, structure, and material as a whole while  designing a building like a natural organism. With the knowledge of morphogenesis  and the skills of computational technology, Achim Menges took advantage of material  properties and the constraints of Robotic fabrication techniques to experiment  profoundly with the combination of biology and design. Every annual research  pavilion has a unique biologic/morphological principle and is translated into actual  construction by utilizing specific application methods of robotic arms as a unique  fabrication process. For example, with the research pavilion in 2011, Achim Menges  and his team, took the morphological principles of a sea urchin’s structure, and with  numerous pressure bending testing of plywood strips as the applied materials, and  the computed calculations of the structural stability, eventually, the research pavilion  was merged into an integrated design. Examining the exoskeleton of a lobster, instead  of normal hot-wire cutting, or 3D printing techniques, in 2012, their team developed  a customized tool/head for robotic fabrication to weave the carbon and glass fiber  onto a temporary steel frame to build up the pavilion. In 2015, the latest version of  research pavilion, Achim Menges and his team investigated the natural segmented  plate structure of a sand dollar as a shell structure. Taking timber plates as an essential  material, the challenge is to have a further understanding of its bending limitations  both theoretically and practically, and the applied linkage to the research of shell  structure. The other profound challenge is from the manufacturing point of view. For  this, the team invented novel robotic fabrication methods of sewing in order to connect  each bending plywood component to eventually compose the resulting timber shell  pavilion. Wood and the fibers are the two major materials Achim Menges and his team  TOC 156 HyperCell mostly addressed with their current robotic manufacturing experiments. Moreover,  with his essential focus on material, Achim Menges also stepped into the exploration  of adaptive architecture. In his other two worlds, renowned projects of Hygroscope and  Hygroskin (discussed in Chapter 4), by implementing the properties that the wooden  film can absorb and release the moisture in the air to morph its shape (inspired by the  pinecone), they developed moisture-driven openings, which, automatically adapt to  the surrounding environment without any electricity and mechanics. “Nature as model. Biomimicry is a new science that studies nature’s models and then imitates or takes inspiration from these designs and processes to solve human problems” (Benyus, 1997). Broadly speaking, most of the bio-inspired designs can  be viewed as “Biomimicry”. This is especially true of Neri Oxman or Achim Menges  who attempt to take their inspiration and learn from natural materiality and digital  fabrication perspectives to reveal the potential of implementing them into their  designs. Their approach not only imitates the natural logic but also translate them  in accordance to natural materials selected. This, doubles the layers of complexity  but simultaneously increases the depth of their biomimicry based approach unlike  those who just literally use such approaches to mimic the appearance of natural  organisms. Regardless of whether we consider Neri Oxman, or Achim Menges, and  their followers, they all seem to walk on a path searching for a perfect architecture body  optimally composed of natural materials with properties selected with the assistance  of simulations and digital manufacturing. This, is already a huge step in bio-inspired  architecture with one conflict as compared with living entities in nature. First, let’s  rule out the possibilities of self-division, self-replication based production logics  which can be found in nature, since, these can hardly be achieved by using current  artificial approaches in the physical architectural domain. The real paradox thus lies  in neglecting “the embedded dynamics of natural systems”; the external dynamic  property of the environment and the internal dynamics of metabolism and circulation  which all living creatures possess and confront. From this point of view, Achim Menges  has realized some ideas with his engineered wooden film experiments in relation  to moisture absorption, but to reach a fully adaptive body, it is still a relatively long  process of development. This is the key point to be considered: how do we enhance  our buildings to evolve from being statically optimized to dynamically optimized  akin to living organisms. So, to explicitly work on reversing this contradiction, some  architects have shifted their focus towards an autonomous swarm based thinking in  architectural design, intent to be relatively closer to the way in which natural entities  operate. Instead of sculpting the natural form or taking certain natural mechanisms  applied as artificial technologies, this section has brought the bio-inspiration and its  implementation to a whole new level than merely studying the principles of the natural  system and re-creating the system with its nature-inspired design principles. TOC   157  Defining a Novel Meaning of the New Organic Architecture § 5.3 Behavioral § 5.3.1 More Than Form Finding A swarm behavior should be more than just a trajectory of virtual agents meant for form finding in architectural design. When talking about “autonomous” applications in architectural design, one important  example is that of Swarm behavior based design process of Kokkugia. Co-founded by  Roland Snooks and Robert Stuart-Smith, Kokkugia mostly use swarm behavior logic as  a form-finding tool to generate 3D complex geometric space. By coding the swarm with  specific principles, an emergent self-organization process is initiated, which, frequently  results in a frozen fibrous tracing patterns. This is a common approach utilized by the  young generation of architects experimenting with autonomous behavior logics in  architectural design which, opposes theories of Marcos Novak’s Liquid Architecture  with its attempts to liquidize otherwise frozen architecture. Although swarm behavior  as a form-finding process seems to now be mainstream in architectural design, the  section here will outline a different approach by literally harnessing architectural  elements as the agents of a swarm. This notion of designing an architectural  component as an agent of a swarm composing a building from a bottom up perspective  is in its initial phase and is not yet embodied completely in practice, but has great  potential to do so using the ongoing trends in technological development. § 5.3.2 A Swarm of Smart Autonomous Entities Swarm behavior, in the case of this research implies activation of agents to promote processes of self-organization and self-assembly driven by a set of collective principles followed by numerous smart autonomous entities. TOC 158 HyperCell § 5.3.2.1 Autonomous as Transportation and Assembly FIGURE 5.5  Flight Assembled Architecture by Gramazio & Kohler (source: ETHZ, Gramazio & Kohler Research  and Institute for Dynamic Systems and Control, http://www.idsc.ethz.ch/research-dandrea/research-projects/ archive/flying-machine-enabled-construction.html ) One of the pioneering swarm simulation based projects was called “Flight Assembled Architecture” by Gramazio & Kohler in 2011. Gramazio & Kohler was founded in  2000, and later in 2005, they found the first robotic laboratory in the renowned Swiss  Federal Institute of Technology (ETHZ, Zurich) which started experimenting with  transdisciplinary computational design, new material exploration and 1:1 prototyping  with digital fabrication. Although they are mostly known recently by their projects of  robotic arm manufacturing experiments, the “Flight Assembled Architecture” can be  seen as the first autonomous robotic assembly project which took robotic applications  to the next level in architectural design. Cooperating with Raffaello D’Andrea, the  Professor of Dynamic Systems and Control in ETHZ, also the co-founder of the KIVA  system, they developed a hi-end system with a scenario of assembling a non-standard  building using hundreds of autonomous drones (Gramazio, F., Kohler, M., & D’Andea,  TOC   159  Defining a Novel Meaning of the New Organic Architecture R., 2014)54. The flying drones were akin to a flock of birds picking up bricks one by  one and putting them precisely on location in 3d space to sequentially construct the  building. In the prototyping process, they used 4 flying drones which managed to reach  to 6 meters’ height with polystyrene modules which in reality should be 100 times  larger in scale to afford 30,000 inhabitants homes in the residential tower. This project  showed great potentials for mimicking natural group activities as a physical swarm  instead of simulating the behavior behind the computer screen for generating static/ frozen building bodies. The drones were used as transportation and assembly robots/ tools but it implied near-term development of making each architectural component as  a drone-like module. In other words, each of these drones should be treated as smart  entities and as architectural components rather than just a device for transportation  and assembly. Simply speaking, here the flying drones should “BE” the architectural  components, like a bird in a flock to form a collective living form. § 5.3.2.2 Autonomous as Mobile/Transformable Components in Architectural Design Spending years in developing programmable material, Skylar Tibbits set up his Self- Assembly LAB under the MIT Media Lab. The Lab now has a great reputation, and is  known for its 4D printing technology worldwide. Skylar Tibbits’ ultimate goal is to  find a way to merge the physical and digital as one that you can simulate but at the  same time program with the existing physical materials so as to match the resulting  simulation with the physical outcome. But here, it is interesting to look into his early  stage of research, which is relatively more akin to the componential and autonomous  modular idea while still using the process of self-assembly. From their Self-Assembly  Units of 2008, Macrobot, Decibot, even their Logic Matter, a clear evolutionary process  can be observed. Skylar Tibbits at the time attempted to develop a modular component  which has automatic transformable mechanisms based connections in between. It is a  bottom-up idea to create/generate complexity out of simple geometric transformation  occurring in each component’s connection parts. Akin to scaling-up a Rubik snake,  each triangular shape could twist in any angle on every connection to make different  shapes. In other words, all of his projects including the Self-Assembly Unit, Macrobot,  Decibot, or Logic Matters, have a regular default shape (the figure of a bird) and with  some freedom from the designed transformation mechanism (a function of flying)  regardless of whether they are electronic or manual, operating under certain principles  (a separation distance in order not to crash into each other), they can self-assemble,  54 Please check the video for the generic idea of “Flight Assembled Architecture” project: https://vimeo. com/33919488 TOC 160 HyperCell resulting in various expected and unexpected formations (a flock of birds dynamically  composing variable forms). Even though Skylar Tibbits has contributed toward the  development of programmable materials, but in his C-strain project as a playable  reconfigurable sculpture structure or even one of his latest project’s, Aerial Assemblies,  which are like flying balloons, one can still trace how his autonomous assembly ideas  are realized in his projects. His experiments in materials are crucial to him because it is  possible for him to develop natural mechanisms/robots without any electronic devices.  The morphing effects acquired from programming material properties are however,  still relatively fragile to be implemented as supporting structures employed for spatial  reconfiguration purposes (the most difficult challenge in Interactive Architectural  designs). But if these natural mechanisms were applied to relatively smaller modules  as a componential system, then the ultimate form can be potentially more effective  in terms of their reconfiguration and self-assembly following a bottom-up logic akin  to the proposal of replacing bricks by flying drones in Gramazio & Kohler’s Flight  Assembled Architecture. § 5.3.2.3 A vision of Autonomous Emergent Systems Theodore Spyropoulos and his brother Stephen founded “minimaform” in 2002 and  since then have dedicated themselves to researching on computational, parametric,  and interactive design exploring intimate relationships amongst things, objects, and  people. In 2012, with the “Petting Zoo” project, they intended to mimic an animal-like  object formed as an elephant trunk hung from the ceiling as an interactive installation.  Owing to the approaching movements of the visitors detected by the camera on top,  the microcontroller made decisions based on pre-set code to trigger the movements  of the 3 trunks to produce an emotional and ambiguous reaction in the visitors. They  are among a few architects who have started to bring the topic of emotion into spatial  design. In “Petting Zoo”, the atmosphere of interaction between people and life like  objects created vivid impressions of the space to enhance the idea of communication  between space and people. This innovative notion of creating spaces with emotions  will be further discussed in the next chapter. Other than discovering the possibilities of  mimicking natural living things and the trend to transform the space into a relatively  sensitive and emotional environment, Theodore Spyropoulos as a Director of AADRL  (Design Research Lab, Architecture Association) has educated and delivered a notion  of bio-inspired modular componential system to his supervised students since then.  In recent years, Theodore’s studio has several innovative experimental projects akin  to Skylar Tibbit’s early phase of research that worked with modular systems with  mechanisms to build a self-assembly system for architectural design from bottom up.  TOC 161  Defining a Novel Meaning of the New Organic Architecture “ROTO”, “Anti-Bot”, “HyperCell”, “noMad” and “OWO”55 are all projects conceived with  the notion of mobile/transformable architectural components following self-assembly  logic to construct “Zero-Occupied Spaces”. Instead of the traditional brick-like  architectural components, the essential components of these project either have the  ability to be transformable or mobile and can geometrically re-configure to construct  immediate response. Zero-occupied implies that when needed, the architectural  components can move to the required location to achieve the task but can be dismissed  afterwards. All these mobile/transformable components can be once again interpreted  as agents of a swarm which have relatively simple intelligence with certain freedom of  movement following a set of emergent rules. The only critique of their project is that  almost all the projects appear in a pixelated fashion to regenerate a typical shape of an  object or building without further geometrical explorations. When speaking of “Robotic Buildings”, people might directly refer to robotically  “Manufactured” projects, however, autonomous swarm based robotic componential  systems applied to architectural design should be seen aptly as “Robotic Building”.  With the development of current technologies, such as artificial intelligence, it is to  be expected that these small entities can become even smarter and dynamic and a  lot more efficient while they act like real living entities. “Bio-inspired” design and its  implications can thus be now seen from a very different perspective, wherein, the  collective intelligence of physical agents can now truly mimic processes of natural  growth, self-organization, and emergence. Kevin Kelly in his publication “Out of Control” has already stated that “these same principles of biologics are now being implanted in computer chips, electronic communication networks, robot modules, pharmaceutical searches, software design, and corporate management, in order that these artificial systems may overcome their own complexity” (Kelly, 1995). In terms  of bio-inspired or organic architecture, there should be more and younger and bold  architects ready to contribute their talents in this cross-disciplinary realm of bio- inspired architectural design. “When the Technology is enlivened by Biology we get artifacts that can adapt, learn, and evolve. When our technology adapts, learns, and evolves then we will have a neo-biological civilization” (Kelly, 1995). It is this cutting- edge future where there is no clear boundary between biology and mechanisms/ artificial like a cybernetic community that people are heading towards. 55 Please check the AADRL website to have a glance of “ROTO”, “Anti-Bot”, “HyperCell”, “noMad”, and “OWO”:  http://drl.aaschool.ac.uk/projects/. TOC 162 HyperCell § 5.4 From Static to Dynamic Optimization From Static (Genetic Algorithm based form finding approach) to Dynamic (Living creature-like Interactive systems). Following up from the previous discussion about the application of implementing  natural algorithms in architectural design for optimal form-finding, using Genetic  Algorithms instead, for mimicking natural evolutionary processes to arrive at an  optimal form could be seen as a more convincing approach. However, the research,  instead, attempts to illustrate a few critical points concerning the use of Genetic  Algorithms especially in the field of interactive architecture. A Genetic Algorithm56 is defined as a heuristic search that mimics the process of  natural selection using mathematical optimization processes. Since D’arcy Thompson  started looking into the relationship between mathematics and morphogenesis,  experts like him from diverse research fields have attempted to decipher codes in  nature using Math, to see how living things are formed. Ultimately, John H. Holland  with his team was able to translate Charles Darwin’s ideas on “natural selection &  survival of the fittest” in his influential publication “On the Origin of Species by Means of Natural Selection” (Darwin, 1859) into a computational algorithm, which is since  known as the “Genetic Algorithm”. The Genetic Algorithm is the one focusing on the  purpose of obtaining the efficient “optimizing solution” by learning from nature. “Genetic algorithms initiate and maintain a population of computational individuals, each of which has a genotype and phenotype. Sexual reproduction is simulated by random selection of two individuals to produce ‘parents’ from which ‘offspring’ are generated. By using crossover (random allocation of genes from the parents’ genotype) and mutation, varied off springs are generated until they fill the population. All parents are discarded, and the process is iterated for as many generations as are required to produce a population that has among it a range of suitable individuals to satisfy the fitness criteria” (Weistock, 2004). Michael Weinstock, one of the pioneers addressing  natural morphogenesis has written this explicit description of the Genetic Algorithm.  Simply said, the algorithm is running a process that keeps looking for a solution  relatively close to the defined “fitness” criteria via iterations through a constant  generational production process of selection, crossover, and leaving a small proportion  of mutational chance as a disturbance. The searching process terminates either by  56 Please check the webpage for more information about “Genetic Algorithm”: https://en.wikipedia.org/wiki/Ge- netic_algorithm TOC 163  Defining a Novel Meaning of the New Organic Architecture the pre-set maximum numbers of generations produced (terminating searching), or  converge into a certain value (result not close to the optimal fitness), or ultimately a  satisfactory fitness level is reached. In terms of architectural applications, the Genetic  Algorithm has been broadly utilized in searching the optimal solutions for well-defined  form-finding problems, such as sustainability, reducing the materials used, structural  analysis, and thermal and lighting performance, which are easier to set up with the  required fitness in each of these individual cases. Nonetheless, these problems are pre- embedded in constructing static buildings, which, is not quite relevant, when it comes  to designing “Interactive Architecture”. Even discussing designing static buildings by  using Genetic Algorithms, seems to work the opposite way of how nature operates.  It is understandable to take advantage of computational technology to accelerate  evolutionary processes. But buildings are like plants and animals which are all highly  related to their environment. It is thus not convincing to have a “fitness” criteria which  is fixed within a given environmental context. A building is a complex object which  has many demanding requirements, and a designer using Genetic Algorithms has to  select a certain number of these criteria as fitness values in order to achieve Multiple  Optimization. However, the number of fitness parameters which can be assigned  has its limitations in order to manage computational speed. If one considers all the  demands surrounding the design of a building as fitness criteria, then it might result in  the production of a relatively average geometric solution, such as spheres, and thus the  outcome loses out on the production of unique architectural qualities. It thus sounds relatively “objective” to use Genetic Algorithms to do calculations and  produce an optimized solution, while, in fact, most of the demands are still designed  subjectively following the designers’ intentions (such as the maximum population  of individuals in the first generation, the number of iterations, and the crucial  selections of the fitness parameters). Moreover, the so-called optimized results are  relative optimizations, not absolute. Genetic Algorithms here provide a method of  creating a relatively optimized body(building) suitable for handling a certain number  of fitness requirements, which is perfect for optimizing construction and controlling  material usage. However, in terms of interactive architecture, with its inherent need  to be dynamic in nature, it is not suitable to use this bio-inspired algorithm, since an  interactive construct would need real-time optimization based on the slightest change  in its context. In terms of “interactive building design”, this is also the reason why this  research would rather investigate the role of “genes” as the fundamental building block  which regulates morphogenesis. In “Deleuze and the Use of the Genetic Algorithm in Architecture” (DeLanda, 2002), Manuel DeLanda pointed out a crucial issue pertaining  to the role of an architect in algorithm-driven-design: “Thus, architects wishing to use this new (computational) tool must not only become hackers (so that they can create the code needed to bring extensive and intensive aspect together) but also be able ‘to hack’ biology, thermodynamics, mathematics, and other areas of science to tap into TOC 164 HyperCell the necessary resources” (DeLanda, 2002). As interpreted, architects should not only  remain fixated to extracting principles from other scientific fields and applying them  directly for generating forms. Instead, they should further understand the essential  notions of applied sciences and translate them into design strategy. The other issue  brought out here is that this research does not oppose the idea of optimization, but  suggests that optimization should address the context of the dynamic environment.  In other words, rather than running heavy calculations to obtain a singular optimized  result, one should seek for dynamic/real time optimization of designs to deal with a  constantly changing environment and the diverse individuals which live in it. Real-time  interactive architectures, which address issues of sustainability and diverse spatial  requirements, can actively sense and adapt to the environment and user’s needs.  Eventually, dynamic optimization/customization can be potentially achieved with the  development of computational and mechanic technologies within architectural design.  And this is why architects will eventually “hack” into other related fields. § 5.5 EVO-DEVO (Evolutionary Development Biology), the Inspiration of New Organic Bio-Architecture EVO-DEVO (Evolutionary Development Biology), the hidden secret of morphogenesis and the inspiration of new organic Bio-architecture. Instead of directly extracting and applying principles from genetic engineering into  architectural design without any further interpretations and translations, this research  attempts to focus more on extracting hidden secrets behind genes to understand  natural Morphogenesis. Genes, shall be studied and decoded to develop a novel design framework for living creature-like interactive Bio-architectures. Evolutionary  Development Biology (Evo-Devo) is a genre of biology, which, looks into the diverse  developmental processes in different organisms and discovers how they evolve  according to gene regulation principles, unique to them. By revealing a great deal about  the otherwise invisible genes and the simple rules that shape an animal form and its  evolution, Evo-Devo introduces the keys to understanding form and its development  via a process initiated from a single-cell egg to a complex, multi-billion-celled animal  body. There was a long period of time that people could only discover that forms  do change, and that natural selection is the driving force, but there was nothing to  outline how forms change (Carroll, 2005). After decades of research in embryology and  evolutionary biology as two separate sciences, the discovery, that similar structures in  animals, such as eyes, limbs, and hearts, were governed by the same genes, made these  TOC   165  Defining a Novel Meaning of the New Organic Architecture two disciplines eventually came together to create a new discipline called Evolutionary  Development Biology (Evo-Devo). This idea that all animals share the same master  gene toolkit is comparable to parametric design thinking which has caught much  attention from architects who are eager to learn from biology and nature. This research  can be seen as a similar effort, which attempts to extract the most crucial and inspiring  principles from Evo-Devo to create a new organic Bio-architecture paradigm. This research gained a clear insight and numerous interesting inspirations from  the publication, the “Endless Form Most Beautiful” by Sean B. Carroll, who is at the  forefront of evolutionary development biology. The title, “Endless Form Most Beautiful”  was a quote from Charles Darwin’s biological classic, “The Origin of Species” (Darwin,  1859), which gave an explicit paradigm of Darwin’s pioneering belief back in 1860  that the descent of all forms arise from one (or a few) common ancestor. This, has been  further proven and supported by the evidence of the current research from Evolutionary  Development Biology. This leads us to the crucial and fundamental idea propagated by  Evo-Devo that all animals share the same gene toolkits but have differences in terms  of the number of genes and their regulations, which is responsible for the diversity of  animals worldwide. Based on this essential fundamental notion, this research is able  to extract several useful and logical principles, which are interpreted and listed as three  major and interrelated topics: “From Simple to Complex”, “Geometric Information Distribution” and “On/Off Switch & Trigger”. § 5.5.1 Simple to Complex In terms of results, every complex organic body is composed of numerous amounts  of simple and self-similar elements based on information obtained from the gene’s  regulations (which is the on/off mechanism which will be mentioned later in the  section of “On/Off Switch &Trigger”). It is apparent from observation of the spine  structure of the vertebrates which can be varied in numbers from a dozen in frogs,  thirty-three in humans, to a few hundred in a snake (Figure 5.6, left); and diverse  in similar shapes of the cervical, thoracic, lumbar, sacral, and caudal vertebrae. This  modular design with repeated assemblages of similar parts, according to Sean Carroll,  is the success of evolutionary diversification in biology. This principle can be applied to  architectural designs to initiate a radical design revolution. People are easily trapped  into believing that complex objects should be composed of complicated elements,  but taking a closer look at living objects in nature, it becomes apparent that they are  all composed of relatively simple and self-similar elements, a core principle behind:  “from simple to complex”. The “complicated” and the “complex” have slightly different  TOC 166 HyperCell interpretations here in that the complicated leans towards a confusing and puzzling  situation where it is hard to find the solution while complex is more akin to a logical  combination of simple elements. This “Simple to Complex” principle relates to Kas  Oosterhuis’ “One Building One Detail” idea in architectural design; “…any building should have only one single parametric detail mapped on all surface, subject to a range of parameters that render the values of the parametric system unique in each local instance, thus creating a visual richness and a variety that is virtually unmatched by any traditional building technique” (Oosterhuis, Towards a New Kind of Building,  2011). Here, one can trace a common idea, seen both in nature and Kas’s notion of  architecture; simplicity is not only applied to the shape of a basic element but also to  the logic of the system from how the elements were generated and how the ultimate  body was assembled. “Simplicity is thus intrinsically tied to multiplicity” (Oosterhuis,  Towards a New Kind of Building, 2011). With the differences in the numbers, and  diverse but similar morphological elements, there are plenty of geometric outcomes  which can be generated within this “simple to complex” logic from an architectural  design viewpoint. Furthermore, if the Evo-Devo idea of all animals sharing the  same gene toolkits is taken as an inspiration, then it is easy to relate to the current  parametric world in architectural design. However, it would be a better fit if we consider  this from a modular/self-similar componential design perspective. Such a simple  systematic approach will be further discussed in the “On/Off Switch & Trigger” section,  which clarifies how architectural designs can learn from the morphogenesis of an  animal gene’s intelligent mechanisms. § 5.5.2 Geometric Information Distribution The process of several cleavages, gastrulation, progressing into forming three main  layers of the embryo; the innermost(endoderm), middle(mesoderm), and outer  layers, eventually leads to the development of establishing regions within these layers  to form localized tissues and organs in the embryo’s body based on the “Fate Map”  (Figure 5.6, middle up). Like an instruction, a “Fate Maps reveals that, at some point in development, cells ‘know’ where they are in an embryo and to what tissue or structures they belong” (Carroll, 2005). Like making a geographical map, through a precise  dividing process of defining poles, axes, longitudes, latitude as a coordinate system, a  Fate Map will let the genetic switches make marks on the precise coordinates as a GPS  system defining the body segments and divisions of diverse cell types, where different  organs and tissues belong. Repeating the subdivision process, each organ and body  part will be refined with more details, locally generated via cell interactions besides the  global specifications of the Fate Map. The formation process of an organism is relatively  TOC 167  Defining a Novel Meaning of the New Organic Architecture simple than what most people think, in terms of logic, which fits exactly the quotation  from the physicist Jean Perrin, “to explain the complicated visible by some simple invisible”. As mentioned before, to directly extract principles from biology and reuse  them in architectural design without translation is not the approach of this research.  Besides, it is not the ultimate goal to re-create a new species of animal. Although the  geometric formation process is quite fascinating and intriguing, this research rather  focuses on how the information process behind formation is assigned and distributed.  A Fate Map works as a global information protocol for cells as regards the kind of  cellular differentiation and specialization tasks they need to undertake by demarcating  different functional zones. This can be seen as several power-/guide-lines in an initial  stage of design to define certain areas for specific functions either based on internal  functional influences or physical external environmental impacts. After this, the local  information distribution mostly happens while building up the pattern of the hair,  scales, fur or feathers. A quick and simple example from the publication of “Endless Forms Most Beautiful” can clearly explain this bottom-up idea: in an initially uniform  field of cells (Figure 5.6, mid-down 1), two cells assigned by the Fate Map begin to  differentiate and inhibit cells in contact with them from doing so (Figure 5.6, mid- down 2). Cells in other regions begin to differentiate and inhibit their nearest neighbors  (Figure 5.6, mid-down 3), which eventually establishes a regularly spaced pattern of  cells (Figure 5.6, mid-down 4) (Carroll, 2005). Regardless of the self-assembly or self- adaptive applications in designing interactive architectures, this kind of bottom-up  information distribution protocol can be perfectly implemented by referring back to the  aforementioned logic of simple-complex modular componential idea while designing  an intelligent interactive architecture based on a swarm logic. § 5.5.3 On/off Switch & Trigger The gene switch (On/Off Switch & Trigger), plays an important role in regulating  the formation of an organism. For example, the switches inside the category of the  Hox gene tell an organism where and when to evolve different body parts in time.  The Hox gene is a collective term including several different types of genes holding a  specific morphological task to turn on the gene switches. For example, the Dll(Distal- less) genes are in charge of limb formation, Pax-6 genes play crucial roles in eyes  development, Tinman genes are dedicated to the formation and patterning of the  heart, and the UBX genes control the differences of the arthropods’ forewings and  hindwings. But these Hox genes can also play roles in different development of the  formation process and that is the reason why the body becomes complex. Take Dll  genes and butterflies for example, the major task of Dll genes are generating the  TOC 168 HyperCell limb formation, but a moment later, while it goes to the development of the fur on  the wings, the Dll genes will shift their tasks to regulate the pattern of the wings.  In other words, these genes switches hold a major and other additional tasks and  precisely switch them on and off to generate different cells and proteins through time  to sculpt the ultimate body. Taking a closer look at the switch control, “Endless Form Most Beautiful” once again gives a great example of how this gene switch works. The  switch is basically controlled by “lactose”. When lactose is absent, the gene switch is  off, because the lac repressor binds to the switch and represses gene transcription. In  contrast, when lactose is present, the gene switch flips on and the repressor falls off  the switch to trigger the transcription and translation for the enzyme production. This  is the exact process of how DNA transcripts to mRNA and translates it for producing  demanded proteins (Carroll, 2005)(Figure 5.6, right). These gene switch turn on and  off to trigger the enzyme production process in a highly efficient manner. Surprisingly,  only around 3 percent of the DNA regulates an organism’s formation process through  time to produce the intricate complexity of mature animal bodies. This switch, on  and off trigger is on one hand akin to the 0 and 1 calculation logic of computational  technology. There is another instance of the on/off switch to exhibit how simple but  powerful this intelligent mechanism can be through the expression of the Hox6 gene.  The on/off regulations of the Hox6 genes defines the neck length of different animals.  For example, the position of Hox6 in a goose is longer than a chicken and a mouse, and  there is no space between Hox5 to Hox6 gene in a snake which makes a snake have  no neck in its morphogenesis. It is because of the layering of nested combinations  of the gene switches that make all animal bodies refined and sophisticated in terms  of ultimate shape. “It is by ‘computing’ the inputs of multiple proteins that switches transformation complex sets of inputs into the simpler outputs as three dimensional on/off patterns of gene expression…” (Carroll, 2005), which can be seen as a simple- to-complex expression in terms of an organic generating system. One more crucial  morphological idea of this on/off logic is that it takes dynamic movement of the body  after they were built into account. In other words, the gene switches are not only taking  care of the formations but also considering the functions, which the forms will afford  afterwards. Ubx gene is the gene which regulates the difference between the hindwing  and forewing of a fruit fly. The Ubx gene turns off during the formation of the forewing  making it larger, flat, venated and powerful which is beneficial for flight, while the Ubx  gene turns on making the hindwing to balance by sensing and correcting yaw, pitch  and roll during flight (Carroll, 2005). This particular principle of taking animating  movements of the forms into account makes it even more intriguing and fascinating,  when we try applying it to interactive Bio-architectural. TOC 169  Defining a Novel Meaning of the New Organic Architecture epidermis trigger On DNA mRNA Protein Blood Kidney Somite Heart Nervous System Notochord endoderm Global = Local = 1. 3. 2. 4. Simple to Complex Geometric Information Distribution On/Off Switch & Trigger FIGURE 5.6  Diagrams illustrating the fundamental principles extracted from Evo-Devo by this research.  “Simple to Complex” referring to the modular elements idea of constructing animal bodies; “Geometric  Information Distribution” indicating the internal communication globally as a Fate Map system, or locally as  neighboring distribution protocols; “On/Off Switch & Trigger” implying the essential logic of building complex  animal bodies by following relatively simple rules as an On/Off (0 and 1) logic to produce proteins as demanded. § 5.6 Conclusion This chapter starts with a discussion of how the gap between the domain of biology  and engineering is diminishing and how this helps in addressing the question: “what is the definition of the organic Bio-architecture”. The chapter further looks into diverse  developments in the realm of bio-inspired architecture design, especially the ones  utilizing contemporary computational technology, but hold different unique design  perspectives. Some of them focus on generating forms with algorithms inspired from  nature, some work on material properties with digital fabrication techniques, some  want to push swarm robots further as architectural components, and some literally  utilize genetic algorithms as an optimized form-finding process. This research takes  its’ bio-inspiration mostly from a novel biological field, the Evolutionary Development  TOC 170 HyperCell Biology (Evo-Devo) to see what are the crucial and fundamental principles behind  natural morphogenesis of animal bodies. Instead of literally/directly employing  the technology from Evo-Devo, it seeks to take the inspiring principles of Evo-Devo  and re-creates the useful parts and rules applied to architectural design with the  assistance of computational technology. This concept will lead to a summary of all  the aforementioned ideas of each chapter by generating the design framework for the  bio-inspired interactive architecture entitled “HyperCell” which will be thoroughly  illustrated in the next chapter. This research believes that the ultimate goal of  Interactive architecture is to become an authentic organic architecture which can  pro-actively adapt and react to the environment as well as the users demands. To  achieve this goal, it is inevitable to understand the morphological principles of living  creature. By learning from Evo-Devo, based on the fundamental idea of all animals  sharing the same gene toolkits, this research has extracted three major directions/ principles awaiting to be deployed into new organic and interactive Bio-architectural  design: “Simple to Complex”, “Geometric Information Distribution”, and “On/Off Switch and Trigger”. Akin to the parametric idea in today’s digital architectural design,  it is relatively easier to understand the idea of taking the gene regulations as the  combinations of parameters for generating architectural design. Furthermore, “Simple to Complex”, “Geometric Information Distribution”, and “On/Off Switch and Trigger”  can be simplified and interpreted as essential characteristics of modular componential  systems, bottom-up information protocols, and 0/1 switches for triggering formation  assembly logic. In other words, the design framework developed by this research  should lead to an intelligent componential idea compatible with the swarm behavior  logic in terms of self-assembly and bottom-up local communication protocols, and its  ultimate geometric form should be generated with simple on/off logic considering the  movements which need to be animated. References Andrasek, A. (2012). Open Synthesis// Toward a Resilient Fabric of Architecture. Log, 25, 45-54. Benyus, J. M. (1997). Biomimicry: Innovation Inspired by Nature. New York: HarperCollins Publishers Inc. Brayer, Marie-Ange. (2013). Natur and artifice: Affects and artifacts in naturalized architecture. In M.-A. &.  Brayer, Naturalizing Architecture (pp. 14-37). Orléans: Edition HYX. Carroll, S. B. (2005). Endless Forms Most Beautiful: the New Science of Evo Devo. New York: W. W. Norton &  Company, Inc. Cruz, M. (2008). Synthetic Neoplasms. Architectural Design: Neoplasmatic Design, 78(6), 36-43. Darwin, C. (1859). On the Origin of Species by Means of Natural Selection. London: J. Murray. DeLanda, M. (2002). Deleuze and the Use of the Genetic Algorithm in Architecture. In N. Leach (Ed.), Designing for a Digital World. New York: Wiley-Academic. Future System. (1996). For Inspiration Only. New York: John Wiley & Sons. Future System. (1999). More for Inspiration Only. New York: John Wiley & Sons. Gramazio, F., Kohler, M., & D’Andea, R. (2014). Flight Assembled Architecture. In M.-A. &. Brayer, Naturalizing Architecture (pp. 136-137). Orléans: Edition HYX. TOC 171  Defining a Novel Meaning of the New Organic Architecture Haeckel, E. (1998). Art Forms in Nature: The Prints of Ernst Haeckel . Munich: Prestel. Kelly, K. (1995). Out of Control: The New Biology of Machines, Social Systems, & the Economic World. New York:  Basic Books. Menges, A. (2013). Morphospaces of Robotic Fabrication. In S. n. Brell-Çokca, & J. Braumann (Eds.), Rob | Arch 2012: Robotic Fabrication in Architecture, Art, and Design (pp. 28-47). Berlin: Springer. Oosterhuis, K. (2011). Towards a New Kind of Building. Rotterdam: NAi Publisher. Oxman, Neri, Firstenberg, Michal, & Tsai, Elizabeth,. (2012). Digital Anisotropy: A Variable Elasticity Rapid  Prototyping Platform. Virtual and Physical Prototyping (VPP), 261-274. Spiller, Neil & Amstrong, Rachel. (2011). It’s A Brand New Morning. Architectural Design: Protocell Architecture, 81(2), 14-25. Thompson, D. (1992). On Growth of Form. London: Cambridge University Press. Weistock, M. (2004). Morphogenesis and Mathematics of Emergence. In M. Hensel, A. Menges, & M. Weinstock  (Eds.), Architectural Design, Emergence: Morphogenetic Design Strategies, Volume 74, Issue 3 (Vol. 74, pp.  10-17). New York: Wiley. TOC 172 HyperCell TOC 173  HyperCell: A Bio-inspired Design Framework for Real-time Interactive Architectures 6 HyperCell:  A Bio-inspired Design Framework for  Real-time Interactive Architectures “Our furniture might someday be comprised of a multitude of interconnected assemblies of robotic modules that can reconfigure themselves for a variety of desires.” Michael Fox & Miles Kemp “Liquid Architecture is an architecture that breathes, pulse, leaps as one form and ends as another…it is an architecture that opens to welcome me and closes to defend me.” Marcos Novak § 6.1 Architecture as Body = ideal conceptual principles of interactive architecture in accordance with a bio- inspired logic. TOC 174 HyperCell DNA Embryo Cell Division Infancy Mature Body Info mRNA Gravity Switch Regulation Trigger Switches Proteins Function Realtime / Reaction/ Reflection Subjective Essentials **Design Intestion **Geometry **Color **Number Objective Factors **Exterior **Interior Repeated **Self-Organization **Programmable **Bottom-up **Muti-Functions **Self-Assembly **Adaption **Re-Configuration **Environment Sensitive ** User Oriented FIGURE 6.1  Diagram illustrating the analog comparison as a conceptual design idea of having an “Evolving  Architecture” akin to natural growing processes. The mature architecture body would be as a human figure  ultimately interacting with the surrounding environment and additionally fulfilling the user’s demands as  functional requirements. This research believes that understanding the relationship between Interactive  Architecture and the principles of biology will become a mainstream research area in  future architectural design. Aiming towards achieving the goal of “making architecture as organic bodies”, almost all the current digital techniques in architectural design  are executed using computational simulation: digital fabrication technologies  and physical computing. Based on its’ main biological inspirations, Evolutionary  Development Biology (Evo-Devo), this research intends to propose a novel bio-inspired  design thinking wherein architecture should become analogs to the growing process  of living organisms (Figure 6.1). Instead of being born from static optimization  results most of the architecture seems content at aiming for nowadays, this research  is looking towards designing dynamic architectural bodies which can adapt to the  constantly changing environments and are thus seeking optimization in real-time. In  other words, architecture should come “alive” as a living creature in order to actively  optimize itself with respect to dynamic environmental conditions and user behavior’  requirements in real-time. Following the notion of “architecture as organic bodies”,  six major topics were derived from the publication of “New Wombs: Electric Bodies and Architectural Disorders” (Palumbo, 2000). These topics are aimed at initiating  critical discussions between body and space, which, are used here to re-interpret six  TOC   175  HyperCell: A Bio-inspired Design Framework for Real-time Interactive Architectures main traits of being an interactive architecture: Dis-measurement, Uprooting, Fluidity, Visceral Nature, Virtuality, and Sensitivity. These six topics merge diverse key points  from aforementioned chapters including outlining the vision of active interacting  architecture, the transformation of human bodies under digital culture, the profound  biological inspiration from Evo-Devo and the fundamental componential notion of  swarm, which leads to the ultimate notion of embodying organic body-like interactive  Bio-architecture. Dis-measurement: Acknowledging the premise of “architecture (technology) as an extension of human bodies” proposed by Marshall McLuhan (McLuhan, Understanding  Media: The Extensions of Man, 1964), it is, still difficult to explicitly define the  boundary of a space, especially in the context of a borderless cyberspace (the Internet).  Space in such a context expands more than ever before and thus makes traditional  measurements techniques unfeasible. With cyberspace, people can be virtually present  in different places at the same time, thus breaking existing physical boundaries of  a space. From another point of view, space as an extension of our bodies constantly  adapting to environmental conditions and user demands, creates an intimate linkage  between physical bodies and spatial bodies. Interaction in such instances can be seen  from a micro-scale: between biological cells and intelligent architectural components  to the macro-scale: between physical organic bodies and spatial bodies/architectural  space. Uprooting: Apart from further extending the “Dis-measurement” idea by directly  plugging into cyberspace (the Internet), “Uprooting” is also interpreted as adaptation  devoid of any site/location constraints. In other words, the idea of “Uprooting” implies,  generating an architecture that can adjust/modify in accordance with its existing  surroundings by interactions between its smallest intelligent components like cells in  a body searching for dynamic equilibrium. In this case, architecture has no particular  reason to be designed as “rooted” on sites. Fluidity: With the neural system inside the body, most of the messages can be  transmitted, received and sent within less than a millionth of a second. To envision  architecture as an information processor, which has abilities to react to dynamic  environmental conditions and user demands, efficient information protocols must  be built into such an organic architectural body to create seamless exterior/interior  transformations. Visceral Nature: Visceral can be interpreted in the form of an embodied organ. This  implies envisioning architecture in the form of a living-entity. It is no longer the case  of mimicking a natural form and thus claiming a building to be organic, but rather  instigates one to look deeper into the principles of a natural form’s morphogenesis  TOC 176 HyperCell and apply these to generate a truly organic space. Through the study of Evo-Devo,  several principles will be applied to generate an interactive organic Bio-architecture.  It is thus not an organic looking shape that matters, but the principles behind the  shape, which matter. For instance, principles of self-organization, self-assembly,  and self-adaptation, providing possibilities of making body-like architectures with  multi-directional and multi-modal communications both inside out and outside in.  An intelligent architecture, should “live” in the environment just as how the body lives  with its’ Visceral Nature. Virtuality: It is impossible to talk about physical space without mentioning virtual space  nowadays. From cyberspace, augmented reality to virtual reality, “Virtuality” is related  to “interaction” since the beginning and has gradually become an inevitable aspect of  our daily lives. In fact, virtual space has to still use constraints from the physical world  to enhance experiential aspects. The ultimate goal of virtual reality here is not to end  up with a VR helmet and keep constantly being stimulated by electronic messages, but  to bring the physical to the virtual and in the process, attempt to search for a dynamic  balance between the virtual and real by merging them together. With the assistance  of virtual reality, novel unrealistic space can still be realized into creative tangible  immersive and fascinating spaces, which, earlier was not possible. Sensitivity: The notion of “architecture is an extension of human bodies”, is crucial  to embrace, if we consider enhancing the sensing abilities of the space as a body not  only externally but also internally. In a digital space, active sensing can be achieved  by attaching specific devices. In an interactive space, like an organic body, the sensing  capabilities of the space have to be fast, accurate, intuitive, and predictive. The sensing  system should thus not only work externally to sense the surrounding environment but  also internally in order to fulfill the users’ demands in time. With such a connection  between human bodies and spatial bodies, it should become relatively understandable  for the space to know the requirements of the users by means of hand gestures instead  of verbal cues. The sensitivity, in this case, should rely on local information distribution  as a bottom-up system rather than a top-down centralized demanding structure. § 6.2 The Integration of Digital Architecture = Living Interactive Architecture = New Organic Bio-Architecture In contemporary architecture, the growing fascination with formal exploration  supported by the increasing sophistication of computer aided design (CAD) software  TOC 177  HyperCell: A Bio-inspired Design Framework for Real-time Interactive Architectures has led to misuse and misinterpretation of the term organic and bio-inspired  architecture, wherein mimicking of formal attributes has taken center stage. A plethora  of form-finding algorithms are now easily accessible on-line to the young generation of  designers, who, have no idea what about the principles of morphogenesis behind such  algorithms and are thus mostly utilizing them for the sake of generating sophisticated  organic shapes. Besides Form, there should be a lot more intriguing inspiration  which can be derived from nature. For instance, while an organism is growing, the  material system actively cooperates with its structure and functional systems in an  integrated growth process, which barely takes place in architecture design, in which  construction systems are always separated as a post design attribute. Similar to the  developments in digital architecture, through bio-inspired architecture, the diversity  of individual experiments run into different paths that never converge. Therefore,  this research believes that such separated development in digital architecture should  come to an end via a convergence of digital techniques, material performance, and  fabrication methodologies in order to become performative akin to a living organism.  The former section gives a conceptual picture of how an organic body-like interactive  Bio-architecture in accordance with bio-inspired principle could be. Here, this research  attempts to point out the current developments of digital techniques in architecture  from the 3F aspects: Formation, Fabrication, and Fluidity to propose an integrated  design thinking under the premise of becoming an organic body-like Bio-architecture. Formation: As mentioned before, computational technology in digital architecture  is quite commonly utilized with the goal of form generation. Most current digital  formations within the bio-inspired domain only address shape without further  understanding the principles behind it. By following applied algorithmic or parametric  principles, the formation process is crystallized in a certain moment, resulting in static/ rigid shapes, which lose the intimate connection between the form and the dynamic  environment. A reversal of such a formation methodology can be achieved by following  D’Arcy Thompson’s (Thompson, 1992) well-known research, which proposes looking  at resulting formations in accordance with surrounding forces. This triggers form to  actively interact with the environment. In other words, the formation process using  computational technologies should not only be executed for generating an ultimate  static form, but, should be utilized to make form flexible enough for maintaining  a constant dynamic balance externally and internally between the environment  and users via real-time adaption of the form. In order to reach this state, it is thus  recommended that Form should not only follow the crucial modular/componential  idea proposed by this research but should also adhere to constraints from a fabrication  viewpoint. Fabrication: Digital Fabrication has been developed for decades, not only in the form  of using the current trend of utilizing robotic arm assisted manufacturing and 3D  TOC 178 HyperCell printing technologies, but also earlier with conventional CNC (Computer Numeric  Control) milling and laser cutting machines. Architects are thus able to learn from  manufacturing processes and experiment with a series of design development  iteration from conceptual development till the final production stage. Most digital  fabrication projects are initiated using parametric or algorithmic design techniques  in order to become more precise and efficient regardless of them being carrying a  bio-inspired or purely fabrication focused research component. By gaining inspiration  from natural organisms, some architects have started using digital fabrication  techniques in combination with compatible material systems in order to re-create  structural principles extracted from living organisms. However, such projects mostly  tend to remain static in a so-called optimized phase, which, is in direct contrast to  how animals adapt in time. From the technical perspective, it is known that there  are physical constraints in all machines in terms of their size and applied materials.  And this particular point gives this research a perfect reason to operate at a modular  pre-fabricated alternative. Moreover, it makes it perfectly fit in the logic of all complex  living animals that are composed of single and similar elements from the biological  point of view. In this case, it is not the top-down thinking of having the holistic form  and post-subdivision of the form akin to the process of tessellation, form, in this case,  should be approached in a bottom-up fashion. In other words, each single architecture  component should have a certain degree of freedom for morphing physically together  with the chosen digital fabrication process and associated materials. Fluidity: Fluidity, is akin to focusing the argument of movements in architectures. Since  micro-controllers, such as Arduino, were invented, numerous architects have dedicated  themselves to the kinetic, dynamic, interactive space field. Quite a number of architects  took inspiration from living organisms in nature and attempted to re-generate a similar  effect in architectural design to enhance the sustainability of the buildings. However,  such mimicry was limited to certain mechanics of an animal’s movement and also  constrained the potential of the kinetic/interactive design. The crucial point here is  not literally re-presenting the reified mechanism into architectural design, but from a  bottom up observational principle of morphogenesis to study how a living organism is  built with inherent kinetic abilities. The other crucial aspect of Fluidity pertains to local  communication protocols. As a modular system like cells in a body, the communication  is set up locally between cells as a distributed system to improve the efficiency and  precision of passing messages in order to achieve their tasks. Under this premise of “following an organism’s morphogenesis principles”, it is  impossible to discuss Formation, Fabrication, and Fluidity separately, because this is  how natural organisms grow: while generating the form (formation), it is necessary to  think of how to physically fabricate and assemble the parts to achieve the overall body  and to even further consider how this ultimate form will eventually have the ability to  TOC 179  HyperCell: A Bio-inspired Design Framework for Real-time Interactive Architectures move as a living organism. At present, most bio-inspired architectural designs work  in separate ways. Regardless of developing complicated form generating processes,  or re-presenting organic structures cooperating with digital fabrication techniques, or  extracting kinetic mechanisms from animal movements, all of these developments are  in opposition to how natural organisms grow in an integrating fashion. From the bio- inspired design point of view, “Integration” should be the center stage of developing  living-creature-like architectures which take the material, fabrication, assembly, and  movement system into account as a whole. From the perspective of digital techniques  applied in architectural design’s, to build up a living-creature-like Interactive  Architecture can create an opportunity to implement digital tools and techniques in  architecture design and take them to the extreme to create a type of innovative and  authentic intelligent organic architecture for the sake of convenience, comfort, and  sustainability. § 6.3 Translating Principles from Evolutionary Development Biology to Organic Bio-Architecture Designs. Translating Useful Principles from Evolutionary Development Biology to Rules for an Organic Body-like Interactive Bio-Architectural Design Framework. Through years of exploration, digital architecture has gained vast inspiration from  nature, especially with the assistance of computational techniques. Unfortunately,  too many designers claim their projects deserve the banner of organic architecture,  owing only to the increasing sophistication of the architectural appearance which  misused the inherent meaning associated with the terminology of “Bio-Inspired” or  “Organic”. Unfortunately, this has become the current prevalent wave and has taken  the lead in the digital architecture realm. Therefore, the research attempts to take  an opposite strategy to search for useful inspirational principles from the intriguing  evolution of morphogenesis and translate them into primary design logic instead of  directly applying them only for mimicking appearances. Evolutionary Development  Biology (Evo-Devo) is the essential subject of this research owing to its contribution  to discovering how all organisms work under the condition of sharing the same gene  toolkit while still ending up as different species due to gene switches and regulation  from the embryologic phase. As mentioned at the end of Chapter 5, three major traits  have been extracted from Evo-Devo by this research, namely, “Simple to Complex”,  “Geometric Information Distribution”, and “On/Off Switch and Trigger” which will be  further translated into preliminary principles for body-like interactive architecture. TOC 180 HyperCell DESIGN TASK HyperCell: A Bio-inspired Design Framework for Real-time Interactive Architectures. Simple-Complex = Componential System On/off Switch and Trigger = Assembly Regulation Geometric Information Distribution = Componential System Componential System + Collective Intelligence + Assembly Regulation = Living Creature-like Architecture Defining the essential geometric components and their transformation capabili- ty(degress of freedom) for enabling interactions. Geometry A Geometry B Geometry Trandform 1 Geometry Trandform 2 Combination 3 Num: 8A + 2B Combination 1 Num: 6A + 1B Combination 2 Num: 8A + 1B Original Stage Interactive Morphing 1 Interactive Morphing 2 Holistic Interactive Architectural Body Developing an assembly principle by involving on/off logic(indicate to simple + or - logic) to generate different numbers and combinations of the derived components to create various temporal forms of mature architectural bodies. There is no certain sequence regarding the above three principles. Every aspect should be consider in parellell in a interelated manner. The overall mophology is created by/collected from each individual local mophologic interaction as a bottom-up embergence behavior. Setting up the local protocal communica- tions for the local scale interactions by defining the input/output relationship in accordance to the performative ideas (i.e. evironmental factors or users demands) via collectively bottom-up decision making. + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + - - - - FIGURE 6.2  Diagram detailing the generic idea of HyperCell: A Bio-inspired Design Framework for Real-time Interactive  Architectures. TOC 181  HyperCell: A Bio-inspired Design Framework for Real-time Interactive Architectures § 6.3.1 From “Simple to Complex” to “Componential System” = Defining the basic geometric component. The principles behind the “Simple to Complex” logic of Evo-Devo can easily be  observed while studying an organism’s body parts, such as the vertebrate’s spine  structure. Each complex organic body is composed of numerous amounts of simple  and self-similar elements, which are repeated with variations in scale of the same  component. This biotic principle can be translated into a “Componential System” in  accordance with a natural bottom-up logic. Cellular and modular components with a  certain degree of differentiation should be taken as essential elements for building up  a mature architectural body akin to the cells in animal bodies. With certain physical  constraints, such as degrees of freedom of transformation, these components can  operate in a parametric fashion and be divided into different types of components to  develop cellular differentiation. In other words, it implies that with different regulations  (referring to the assembly regulation extended from the logic of On/Off Switches and  Triggers) of a parametric combination of genes, different types of components and  their performance can be defined. “Cells” should be the ideal objects to be studied,  especially while dealing with a “componential” approach. In nature, cells are the  essential element of any animal body which have basic intelligence and internal  communications, and some of them can even generate energy to support their own life  and movement. § 6.3.2 From “Geometric Information Distribution” to “Collective Intelligence” = Setting up local information protocols and individual interactive transformations. In “Geometric Information Distribution”, the emphasis is on local signal induction  outlining the manner in which cells are to be assigned different typologies alongside  diverse tasks assigned to them. Besides this, at a local level, propagating signals to  their neighboring cells akin to a distributed system instead of receiving one-to-one  assignments from a central commander, is a trait embedded in the cells. This kind of  information distribution system inside an animal body tends to be more precise and  faster in both sensing, sending, and receiving of data. Strictly following this natural  bottom-up principle from a “componential system” logic, implies any formation  process or an interactive reaction should be decided via a process of “Collective Intelligence” which takes place between the components in accordance with the sets  TOC 182 HyperCell of parametric transformation rulesets. It is this phase wherein bottom-up information  protocols between components is set up and at the same time constraints of the  individual kinetic mechanism per component are initiated. surounding conditions Collective Intelligence Physical Constrains singular Cell Collective Cells Intelligent Interactions Local Adaptations Emergent Body Degree of freedom Local intelligence Collective decision making & adaptation via evolutionary computation neighboring cells FIGURE 6.3  Process of collective decision making through local level adaptive components to the emergent  optimized body for the information distribution idea within the logic of self-organization and swarm  intelligence. § 6.3.3 From “On/off Switch and Trigger” to “Assembly Regulation” = Specifying the rules of assembly with different degrees of freedom for kinetic transformation using simple logic. Rather than addressing production processes, while addressing the principle of  “Growth”, this research instead focuses on defining assembly logic. The morphologies  of animals are well defined by the mysterious and relatively complex layers of on/off  triggers, which result in simple output commands. The research attempts to follow a  similar, yet, simplified version of using on/off triggers to generate an assembly logic for  interactive architectures. Even with the degrees of freedom to transform, it is necessary  to define the generating rules for resulting bodies according to certain principles, which  include the on/off makeup, extracted from Evo-Devo. As the notion of all animals  sharing the same gene toolkits but only with different numbers and regulation of the  genes turns out to have a diversity of species in nature, the research tests the idea  TOC 183  HyperCell: A Bio-inspired Design Framework for Real-time Interactive Architectures of having self-similar geometric components cooperating with different numbers  and combinations of the “On/Off” regulation. Multiple resulting forms can thus be  generated according to environmental conditions or user based demands. Once the  basic geometry of the components is defined, the simple logic (on/off) can be applied  to further construct the assembly logic in this phase of design. § 6.3.4 Living Creature-like Architecture = Componential System + Collective Intelligence + Assembly Regulation In brief, this research would like to propose a design framework, “HyperCell” for  generating living organism-like interactive architecture by following the above  translation principles from the Evo-Devo Biology. The “HyperCell” design framework  works in a fashion such that the essential geometric components and their  transformation capability for enabling interactions can be defined. After this, the  simple on/off logic will be involved to develop an assembly principle to be followed  for creating different numbers and combinations of the derived components to  create various temporal forms of mature architectural bodies. Meanwhile, the local  interactions shall imply physical morphing of each constituting component via  collectively bottom-up decision making (Figure 6.2). Janie M. Benyus who coined  the term “Biomimicry” (Benyus, 1997) once stated that there are three phases of  learning from nature in order to improve our technology: imitating the form, learning  about natural processes, and getting involved with natural systems57. Since there  are a plethora of explorations which have taken place in the domain of form mimicry  in architectural design, it is now time to dig deeper into the study of the natural processes, one of the core ideas of the “HyperCell” research. Unlike most so-called  bio-inspired architectural research which focuses narrowly on the organic formation  process, HyperCell intends to focus on setting the rules/principles of generating the  architectural body in accordance with the idea that organic architecture should operate  as a living organism and thus emulate the ultimate form of the interactive architecture  (Figure 6.3). Meanwhile, the componential idea within the simple but highly- interrelated relationship of HyperCell fits perfectly with either the Swarm Behavior  principles that this research has heavily relied on, or the philosophical ideas of Deleuze  57 Janine Benyus, a biologist, who coined the term, “biomimicry”, has once stated in her TED lecture that there are  three different levels of learning from nature: one is to mimic the natural form of organisms; second is to study  and apply the natural process of organisms; the last is to fuse into the eco-system of the nature. The TED lecture  can be found here: https://www.ted.com/talks/janine_benyus_biomimicry_in_action TOC 184 HyperCell and Guattari’s Body Without Organs (Deleuze, G., & Guattari, F., 2003) and Gottfried  Leibniz’s Monadology (Leibniz, Monadology, 1714). All the above conceptual logics  are narrowed down into individual entities with embedded capabilities/intelligence  to set up intimate relationships in between each other and based on this intimacy,  operate as a whole, like an organic body. This is to a certain extent the ultimate goal of  this research by which, it attempts to push interactive architecture to the next level of  becoming an organic entity. Amount of NumbersN Design Intention Genotype Phenotype D Amount of NumbersM Material Constrain Amount of NumbersA Adaptive Mechanism Amount of NumbersL Location Condition Amount of NumbersG Geometry Possibility Amount of Numbers I Interaction Potential Amount of NumbersP Performance Property Amount of NumbersE Environmental Constrain FIGURE 6.4  Diagram portraying possible DNA logic implemented in architectural design as a set of  relationships instead of parameters merely for form generation. A little reminder about the conceptual design concerning the translation of DNA. It has been observed that genetic processes and evolutionary strategies in natural  systems are easily misunderstood and misused by designers in architecture. Geometric  form-finding processes are at times deduced by considering a DNA code as a metaphor  for fixed formal attributes while completely ignoring the deeper relational processes  that exist between encoded genetic information and the resultant phenotype. This  dissertation categorically opposes the much-simplified literal translation of A-C-T-G  sequences within the DNA into datasets of spatial vertexes, edges, transformation  factors, and other geometric relationships for deriving a shape. On the contrary, the  research premise establishes that all genes in cells should unavoidably interact with  each other as a relational system in a non-linear process in order to successively grow  an organism using cellular differentiation and specialization-based tissue formation  into a holistic body. This necessitates a systematic relationship between genes as a vital  TOC   185  HyperCell: A Bio-inspired Design Framework for Real-time Interactive Architectures area of research in order to extract rules for generating information driven performative  form. In other words, the research proclaims that designers should build bottom-up  spatial formations by setting up genetic rule sets within the design process. These will  be inherited within the smallest unit of the proposed space; the spatial component  (similar to the cells in organisms). The number of such cells, their material make-up,  their communication protocols and data exchange routines (gene expression and  signal processing) while interacting with their immediate context in order to arrive at  individual cell specialization (in terms of form and ambient characteristics) result in  the generation of emergent morphological phenotypes (Figure 6.4). § 6.4 The crucial and immediate demands of developing real- time re-configuring space as a living creature = taking the users’ requirements as a fundamental variable for real-time spatial re- configuration in a proactive manner. With the development of advanced medical science and technologies, human life  extends much longer than before, which causes a population growth problem. The  population projections for 2050 show that there will be 9.2 billion people in the  world and 66 percent of the population will be staying in urban areas58, which rapidly  increase urban density and enormously influences daily lives of humans. The price of  real estate is also extremely high due to the immense spatial demands in urban areas  and the lack of equal supply of the required space, and this naturally results in various  economic and social issues. Therefore, the real-time adaptive spatial formations, which  this research proposes, will in their own smart way aim to enhance customizability and  thus enhance adaptive re-use possibilities of architectural space. In other words, this  kind of real-time re-configuring space can remove the redundancy of unused space  by only using a specific footprint of size and yet fulfill essential usability of space in  daily life. Therefore, the design experimentations with the Hypercells in this research  mainly focuses on residential space with a focus on providing early career professionals  and students with affordable smart living solutions. However, it can also serve as an  experimental case within the domotics sector in order to aid elderly people in their daily  activities via intelligent spatial adaptation. 58 Please check the United Nation’s webpage for more information about population projections for 2050: http:// www.un.org/en/development/desa/news/population/2015-report.html. TOC 186 HyperCell This research would like to place a major emphasis upon users demands as a major factor to be considered for real-time spatial interaction. On one hand, as the  aforementioned discussion said, it is advantageous to reduce the redundancy of  unused space but meanwhile be able to fulfill the essential requirements of the user’s.  On the other hand, “to fulfill” would mean “to customize the spatial requirements”. FIGURE 6.5  Diagram illustrating how the computer sees us from the left derived from the publication of  “Physical Computing: sensing and controlling the physical world with computers”, and on the right-hand side  exhibiting how this research would like the HyperCell components to possess essential intelligence. “The kinetics for spatial optimization systems are generally described as how systems can facilitate flexible spatial adaptability. Multifunction designs differs from spatial optimization system, because these systems specifically provide the means for a plurality of optimized states to address changing use,” as noted in “Interactive Architecture” (Fox, Michael, & Kemp, Miles, 2009) by Michael Fox and Miles  Kemp, re-defining the term “optimization” with multifunctional space from a user  centric perspective is quintessential in Interactive Architecture rather than adhering  to conventional interpretation of optimization in terms of structure or material  optimization. This reconfigurable space idea can be traced back to Cedric Price’s “Fun Palace”, which, operated as a constantly shifting structural framework in accordance  with the spatial usage of the space at that moment in time. More recently, Greg Lynn  proposed an egg-shaped housing called the RV Room59, which can be physically  rotated with electric motors to reveal different spatial configurations to fit the user’s  59 Please see Greg Lynn’s FORM website for more information about the “RV” project: http://glform.com/build- ings/rv-room-vehicle-house-prototype/. TOC 187  HyperCell: A Bio-inspired Design Framework for Real-time Interactive Architectures spatial demands. Other solutions like Gary Chen’s transformable impact furniture  piece (Extreme Transformer Home)60 which can turn into almost all the functional  furniture imagined fitting into a single box by manually pulling, pushing or sliding…etc.  or “cityHome”61 project done by MIT Media LAB which brought Gary Chen’s manual  transformable furniture idea even further by contributing to the hi-tech developments  of Human Machine/Computer Interface with freehand gestures’ controls. In another project by Cedric Price, “Generator Project”, he stated that “…Instantaneous architectural response to a particular problem is too slow. Architecture must concern itself with the socially beneficial distortion of the environment. Like medicine it must move from the curative to the preventive (Price, 2002)”. This further gave rise to the  issue of intelligence embedded in architecture. Again, from the book “Interactive Architecture” (Fox, Michael, & Kemp, Miles, 2009) which foresaw the interesting  applications based on users’ requirements, some interesting ideas, can be further  traced; “Adaptive control methods offer a means to revolutionize plants and process efficiency responsive time, and profitability by allowing a process to be regulated by a form of rule-based artificial intelligence, without human intervention” and also  “Recently processors and sensors have shifted from strictly looking at environment conditions outside the building and performance-based aspects of the building to include predicting and reacting to information inside the building, which includes understanding and monitoring the changing needs to the users of space”. These,  illustrate not only a shift in focus from external to internal environments in interactive  architecture but also point towards a key factor; “the intelligence of the building”.  Unlike direct interpretations of developing a powerful intelligent centralized system,  following the componential system logic from biology and the agent-based swarm  behavior, this research rather relies on multiple relatively simple but intelligent entities  instead. In the publication, “Physical Computing: Sensing and Controlling the Physical World with Computers” (O’Sullivan, Dan & Igoe, Tom, 2004), there is a diagram  illustrating how a computer sees a human which has only an index finger(clicking)  with ears on both sides of the face, and an eye in the middle (Figure 6.5, left). But this  research would like to reverse this notation and thus embed each of the “HyperCell”  components with essential but crucial intelligence in order to collectively operate as a  holistic intelligent entity (Figure 6.5, right). To have no human intervention and yet to  be able to predict the changing needs of the humans inside, the space has to turn itself  into a living entity with active behavior with the aid of computational technology. 60 Please refer to https://www.youtube.com/watch?v=WB2-2j9e4co for a video regarding the “Extreme Trans- former Home” 61 Please refer to https://www.youtube.com/watch?v=f8giE7i7CAE for the video regarding cityHome. TOC 188 HyperCell § 6.5 A Series of Experiments with the HyperCell System: HyperCell, in this section, no longer implies a design framework for bio-inspired  interactive architecture but turns into a design project in itself, attempting to embody  intriguing principles from Evolutionary Developmental Biology. In other words, here,  the term of “HyperCell” is not only representing the methodological framework of  organic body-like interactive architecture owing to the componential system but  is also the name given to the prototyped intelligent component system. “For many applications ranging from exploring space to household cleaning, designers are moving away from figural humanoid robots to transformable systems made up of a number of smaller robots,” (Fox, Michael, & Kemp, Miles, 2009) said Michael Fox and Miles  Kemp, and this perspective almost perfectly fits in the philosophy of “what HyperCell is”. Moreover, from the same book, “Interactive Architecture”, the quote regarding  “...Current advancements in metamorphic, evolutionary, and self-assembling robot, specially dealing with the scale of the building block and the amount of intelligent responsiveness that can be embedded in these modules, are setting new standards for the construction...” indicates precisely to central notion of developing an intelligent  and transformable “robotic building block” like The HyperCell. This HyperCell research  insists on utilizing the principles extracted from the study of Evo-Devo in the following  manner: Apply the “Simple to Complex” principle to develop a modular system for the  cell, Utilize the “Geometric Information Distribution” principle to develop the idea  of collective intelligence by means of real-time communication between the cellular  components, and lastly use the principle of “On/Off Switch and Trigger” as a logic  for deriving assembly regulations of the cellular components. The HyperCell research  was initiated by aiming to begin with a small-scale idea but having a big impact  via a transformable spatial system in the form of a furniture system; the HyperCell furniture. As a transformable block with certain degrees of freedom, it allows users to  initiate diverse functions by combining a different number of Hypercells together and  customizing different nature of the output. These re-configurable functional variations  can fulfill the essential user demands throughout time. At another level, these  components can also be seen as agents of a swarm keeping constantly regulating their  emerging shapes by shifting their positions in order to achieve dynamically occurring  goals. In the following sub-sections, this research proposes the possibilities of using  the HyperCell furniture system and emphasizes upon its development owing to its  basic geometric principles, the technical protocols via a series of experiments catering  to varied experiential tasks. Once again, the HyperCell components here are not  exhibited as the ultimate solution but rather provide a potential possibility to stimulate  the development of similar design ideas. TOC 189  HyperCell: A Bio-inspired Design Framework for Real-time Interactive Architectures § 6.5.1 HyperCell62 Geometric Principles and technical interpretation: Basic Element Shape A B C Mirror Function Axis perpendicular bisector True-True-True True-False-True AXIS ( True ) ( False ) Mirror Function D True-False Connection T T FT T T FIGURE 6.6  A) Degrees of freedom in terms of dimensions. B) True mirror function. C) False mirror function. D)  An Example of True & False regulation between cells. The fundamental geometry chosen here is a regular “Hexahedral(cubic)” shape, which,  in real-time adapts and transforms its geometrical shape in response to contextual  factors and user-based activity requirements to generate feasible topologies. The  initial research phase employs a 2-dimensional quadrangle-based structure as the  fundamental element of the HyperCells. From a parametric design point of view, the  coordination and controls of the constituting four vertices of a single quadrangle shape  contribute towards attaining geometric variability and transformation possibilities for  the HyperCells (Figure 6.6A). In other words, different lengths of a basic quadrangular  element’s edges (= basic componential module) define a repeated geometric shape  in order to compose a HyperCell by following the “mirror” geometric transformational  function. The mirror function in the mathematical definition is called a reflection  transformation based on a mirror (a line for 2D space or a plane for 3D space as an axis  of reflection) to map a specific figure to its opposite position creating symmetry. In this  62 Please refer to the following papers of the authors for more detailed information: Biloria, Nimish & Chang, Jia-Rey. (2012). HyperCell: A Bio-Inspired Information Design Framework for Real-Time Adaptive  Spatial Components. Proceedings of the 30th eCAADe Conference (pp. 573-581). Prague: eCAADe and Czech  Technical University in Prague, Faculty of Architecture. (http://papers.cumincad.org/cgi-bin/works/Show?e- caade2012_5) Biloria, Nimish & Chang, Jia-Rey. (2013). Hyper-Morphology: Experimentations with bio-inspired design processes for adaptive  spatial re-use. Proceedings of the eCAADe Conference Volume No.1, 2013 (TU Delft) (pp. 529-538). Delft:  eCAADe and Faculty of Architecture, Delft University of Technology. (http://papers.cumincad.org/cgi-bin/ works/Show?ecaade2013_023) TOC 190 HyperCell research, two different mirror functions have been applied as “True and False” logic  while composing the HyperCell organ as their gene switch (= assembly regulation). The “True mirror function” adheres to the general reflection idea to create a symmetric  figure based on one of the original quadrangle’s edges (Figure 6.6B). The “False mirror  function” adds one step after getting the reflected figure by the True mirror function.  Instead of using the quadrangle’s edge as an axis of reflection, the “False mirror  function” makes another reflection based on the first reflected shape’s perpendicular  bisector (Figure 6.6C). This “True and False” combination logic is a crucial mechanism  of forming a single HyperCell component by connecting the quadrangular cells  together. This can be interfaced with the switch and trigger mechanism derived  from Evo-Devo Biology: for example, if we connect four quadrangular HyperCells components, first we have to decide the True or False sequence, such as TTT or TFT (T  = True and F = False) as the connecting regulation between cells (Figure 6.6D). This  simple regulation of True and False (= On/Off switch) sets up the basic formation of  the HyperBody parts similar to the gene switches controlling the regulation process  of living creatures, which define their body parts. Besides this, it strictly follows the  fundamental critical logic that all animals share the same gene toolkits, but within the  variation of combination numbers and regulation, it is allowed to form different animal  forms. This idea has been translated by taking each hexahedral (cubic) HyperCell as the basic element and the TF logic as a gene switch re-configuring to generate different  body parts or even diverse holistic HyperBodies composed of HyperCells. But how these  HyperCells know what types and tasks they will eventually perform, operates pursuant  to the “local protocol” under collective intelligence which makes the idea achievable. This collective decision-making protocol triggers numerous autonomous components  (HyperCells) with material limitation driven local degrees of freedom referring  back to cells in an organism. Based on local adaptation routines stored within each  component’s DNA, efficient negotiation scenarios between immediate neighboring  components are structured in order to collectively decipher performative morphologies  in accordance with user requirements as regards the activities they wish to perform.  This collective decision-making scenario applies to diverse set-up of the components  with differing material and geometric make-up in the form of variable gene regulation  akin to cellular differentiation mechanisms in the natural world. In other words,  instead of a centralized command, through the local communication protocol,  within physical constraints of the HyperCells, the HyperCells will either change their  assembly regulation or make new transforming mechanisms and evolve a new global  morphology bottom up. Particularly in this case, once a specific quadrangular cell gets  its dimensional information from the system to change one of its edge’s lengths, it will  pass this information to its neighboring cells in order to do the same transformation  so that the overall HyperCell components can make different bending formations in  TOC 191  HyperCell: A Bio-inspired Design Framework for Real-time Interactive Architectures real time for different usages. This data transmission is related to the information  distribution between cells. Furthermore, by extruding the 2D quadrangular cells of  particular lengths as 3D-Hexahedral elements, the transformation mechanism can still  be embedded and applied to build a 3D HyperCell component (Figure 6.7). Sigular Cell’s Degree of Freedom Collective Cells Topology Variation Sur oun din g local adaptation Wall\\Seat Wall\\Shelter Wall\\Ramp more Collective Decision Making info FIGURE 6.7  Diagram illustrating the bottom-up communication protocols and how it influences the real- time morphology of the architectural element (wall in this case) owing to users’ demands using the swarm  intelligence logic. § 6.5.2 The Applications of a HyperCell Furniture System and Future Evolution After having a general picture of its geometric transformation principles as well as how  the HyperCell can compose a HyperBody’s parts, it is time to discuss the applications of  the HyperCell in terms of a furniture system. The phrase “Our furniture might someday be comprised of a multitude of interconnected assemblies of robotic modules that can reconfigure themselves for a variety of needs or desires”, as quoted from “Interactive Architecture” (Fox, Michael, & Kemp, Miles, 2009) explicitly illustrates the kernel  vision of the HyperCell furniture system. Instead of directly implementing the HyperCell  TOC 192 HyperCell as real building blocks in construction within an architectural scale, this research  attempts to create variations of the furniture functions to achieve the required usages  within the same footprint of adaptable space. It aims to take transformable robotic  elements as basic components to be self-assembled as real-time re-configuring  space(body) to fulfill users’ demands through time slots, which can also work in  existing buildings for re-use purposes or serve to reduce the re-construction cost of  an old building. With these goals, multi-functional HyperCell furniture can, owing to  their adaptation/transformable possibilities, minimize each person’s genetic spatial  volume for daily living. Two sets of parameters, Logic-DNA(L-DNA) and Dimension- DNA(D-DNA) drive the main furniture (trans)formation composed of HyperCells, such  as chairs, benches, tables, desk, bed, partition walls…etc., with different types. With the  numbers of the components defined, these two sets of parameters are associated with  the aforementioned transformation logic while defining the basic quadrangular shapes  and the manner of connecting them. L-DNA is the logic extending the “True/False”  mirror geometric transformation determining the assembly regulation, while D-DNA is the logic of defining the basic component’s shape as well as the degrees of freedom  concerning the physical constraints of the component in order to interact with the  users and make the transformation as a bottom-up emergence behavior. table no.1 LogicDNA {} DimensionDNA [] 3D table no.2 table no.3 7 2 c m { 5,1,1,1,1 } { 1,3,4,1,1 } [ 10,10,20,90 ] [ 10,36,-24,26 ] [ 2,18,-28,22 ] { 1,3,4,6,9 } 7 0 c m 8 3 .5 c m 5 5 c m table no.3 ( tatami ) [ 4,50,-40,10 ] { 3,4,5,6,9 } FIGURE 6.8  Diagram showing types of table variations also as an example for forming the furniture in  accordance with the logic of Logic-DNA and Dimension-DNA as this research developed. Apart from applying principles of cellular differentiation, the idea that all species share  the same gene tool-kit, involves simple operations to produce complex outcomes  TOC 193  HyperCell: A Bio-inspired Design Framework for Real-time Interactive Architectures and attain morphological variation via simple switch and trigger mechanisms which  are perfectly experimented with in this research. Although all cells (HyperCells) share  the same degree of freedom (D-DNA), they have different amounts (number) and  geometric regulation (L-DNA), so they create various functional furniture formations  to fulfill different spatial and usage based topological requirements. This on-going  research subsequently aims to develop and market the HyperCells as flexible and  transformable furniture pieces apt for adaptive reuse. In other words, a set of  HyperCells bought by customers, can be assembled differently by using different  D-DNA and L-DNA to attain specific furniture functions, or enable the embodiment  of different transforming abilities to existing functions in order to suit the customer’s  spatial requirements in time as regards the active reuse of space (Figure 6.8)  Metaphorically speaking, if each of the HyperCell furniture in the space is taken as  a body part of an organism, different configurations of the HyperCell furniture will  metaphorically represent a specific spatial species (Figure 6.9). Working Seat Desk Bench Reception Wall FIGURE 6.9  Diagram illustrating the conceptual idea of having different reconfiguration and combinations of  the furniture system as various spatial usages metaphorically representing different species. (I.e. From left to  right: private working space to office space; Human being to Panther). TOC 194 HyperCell “In the future, users will be able to purchase these robotic parts with the capability of adding their own intelligent, customizable setting (Fox, Michael, & Kemp, Miles,  2009)”, explicitly outlines the kernel idea of the HyperCell furniture system. Imagine  a scenario, where you go to a shop like Ikea, and you purchase numbers of these  HyperCells, once you get home, you are able to assemble them as a default setting  following the instructions and eventually enjoy the transformable feature with multiple  functions. In other words, customers just need to purchase these transformable  yet programmable cubes with instructions, and they can have multiple furniture  functions with these cubes and furthermore customize their own creative furniture  where the “EVOLUTION” enters. Therefore, the evolution process of the HyperCells will mainly come from the end users. Although several default settings of the HyperCell furniture and configurations will be given while users start using it, the users are  not forced to stay with these settings. In other words, users are allowed to create  their own customized furniture or spatial usages by modifying the two sets of the  aforementioned HyperCell parameters (D-DNA & L-DNA). This evolution idea can  reflect the idea that every natural species are sharing the same gene toolkits from the  principles of Evo-Devo Biology. Similar to LEGO bricks, the HyperCell components will  also have the potential to generate various results to challenge the conventional ideas  of furniture and space. Moreover, because of the transformable feature of the HyperCell components, more flexible spatial ambiance and practical usages will be more suitable  to the users according to their spatial requirement through time. It perfectly fits this  research’s interpretation of taking users’ demands in real-time reconfiguring space as  the environmental factors as in nature which can heavily drive the force of evolution as  customized but also optimized solutions. Google, is working on a similar idea on a relatively smaller scale with an exciting project:  ARA 63. ARA is a smartphone device with individual units which are called “Phone  Blocks”. These can be assembled to suit a users’ own needs. The framework of the phone  provides a basic platform for operating, but the inserting units can be purchased  individually and defined by the users. 63 Please see the webpage of “Google ARA” for more details: https://atap.google.com/ara/. TOC   195  HyperCell: A Bio-inspired Design Framework for Real-time Interactive Architectures § 6.5.3 A Series of Developments with HyperCell 1 HyperCell: Geometric Experiments: Following the geometric principles, several experiments have been conducted with the  assistance of computational tools. The series of experiments started with exploring the  essential modular components. This research selected the hexahedral(cubic) shape as its  version of HyperCell’s essential geometry as modules for further experiments. In the very  beginning, the first version of HyperCells, “HyperCell 1.0”, gathered series of hexahedral  HyperCells by only regulating each length of the shape’s edges to figure out the variations  using the fundamental principles of sharing the same modified elements to produce the  diverse results. Fortunately, even without implementing the “True and False” switches, it  resulted in the production of numerous outcomes in terms of geometric transformations  and produced various visions of practical spatial applications64 (Figure 6.10, up). Later  on, this “True and False” switch was applied as a reflection transformation function for  the first time not acting as a form regulation factor but rather a reaction/interaction of an  experimental project called the “Duchamp Wall”, exhibiting the fluidity of a wall which  can interact with the users by changing the length of the element’s edges (Figure 6.10,  bottom). In “HyperCell 2.0”, the “True and False” geometry reflection transformation has  been implemented as a role of gene switch in the HyperCell assembly regulations (the  Logic-DNA), and with numbers of HyperCells components, it can create almost an infinite  set of results. The transforming degree of freedom (the Dimension-DNA) in addition to the  True/False switches generates the interactive morphology of the overall shape to provide  the flexibility and multi-functional usages. As a result, multiple furniture or architecture  elements such as desks, shelters, seats, or ramps can be realized based on the geometric  assembly and transformation principles owing to the Evo-Devo based biotic inspirations.  The research utilized digital tools from 3D modeling software with its parametric plug- ins, “Rhinoceros+Grasshopper”, to the open source visualization program, “Processing”,  for the purpose of real-time simulation. Through Processing simulation, more real-time  responsive reactions designed for HyperCell’s applications, like walls with doors, walls  with seats, or façades with penetrating light/wind openings, can be much more precisely  exhibited65 (Figure 6.11). To further confirm the feasibility of the HyperCell furniture  systems, a catalogue with default settings of these HyperCell cubes following the assembly  and transformation principles were made to prove not only that the natural principle of all  64 Please see the video for more details: https://vimeo.com/55289946. 65 Please see the simulation for further understanding: https://vimeo.com/61828421. TOC 196 HyperCell animal sharing same gene toolkits which can be applied and can work perfectly but, it also  shows the incredible diversity and functionality the cubes can provide. Numerous sets of  furniture, such as chairs, sofa, tables, beds, partition walls…etc. were generated with the  parameters of the amount of HyperCells, L-DNA, and D-DNA. The L-DNA basically defined  the category of the furniture, and the D-DNA managed to transform interactive physicality  of the furniture owing to its specific utility. For example, by the definition of L-DNA  (which is the True and False mirror function), the object can be categorized as a chair,  and following the D-DNA (which is the interactive transformation), the resulting sofa  (under the chair’s division) is able to follow the user to generate a comfortable sitting area  (Figure 6.12, the detailed settings of the L-DNA and D-DNA of the furniture applications  will be exhibited in Appendix i). Nevertheless, if envisioning each furniture piece as a  particular body part, then all pieces together in a footprint of space can be metaphorically  interpreted as a specific animal body or a species. Through different time slots of spatial  requirements, the combination of the HyperCells must re-self-assemble and evolve from  one to another species for the sake of meeting user’s demands (Figure 6.9). In spite of  the originally extracted biotic principles, after translating, the applications of HyperCell appear to be not only theoretically meaningful but also practically feasible and have high- potential for further development of the current technologies. FIGURE 6.10  The first generation of HyperCell component on top, and a Duchamp Wall project following the  same logic with more diversity of the morphing patterns. TOC 197  HyperCell: A Bio-inspired Design Framework for Real-time Interactive Architectures FIGURE 6.11  HyperCell 2.0 Furniture applications such as HyperCell Walls that can reconfigure (transform into) Seats, Counters,  Ramps, Waiting Partitions, and Encountering Meeting Spots as multi-functional partitions owing to diverse time slots and users’  demands. TOC 198 HyperCell CHAIRS TABLES BEDS WALLS & PARTITIONS STAGES & OTHERS FIGURE 6.12  A 3D Diagram exhibiting the collections of the transformable furniture system made of “HyperCell” components as a  catalog. These are variations but can include more diversity in terms of form and usage. The catalog with L-DAN and D-DNA is found  in Appendix i. TOC 199  HyperCell: A Bio-inspired Design Framework for Real-time Interactive Architectures Virtual ButtonsSlider = Distance = Value Slider FIGURE 6.13  Top image shows the concept of virtual slider and button in accord with hand gestures. Bottom  image records the utilization of the HyperCell interface in real physical space (see the video here: https://vimeo. com/68836252). 2 HyperCell: Intelligent Free-Hand Gesture Graphic User Interface (GUI) With the availability of motion tracking technology and devices like Microsoft  Kinect, it is possible to create a graphic user interface (GUI) in order to control  the transformations of the HyperCells. Resisting utilizing common gadgets like  keyboards and a mouse to send messages to a computational device, the goal of  this experiment intended to employ free-hand gesture (Body movement) to control  the transformable HyperCells. Each single hand acts as a cursor that can browse and  push the pre-set buttons of the UI (User Interface) to accomplish simple selecting  tasks. Besides, this, for detailing the input value on the UI, the distance between  two hands will be remapped and defined relatively as an input value generating the  resulting output. Here in the HyperCell interface, both hands can be used as cursors  to select the furniture typologies from chairs, tables, beds…etc., and after picking up  a certain category, the chosen furniture can be further detailed with the parameters  TOC 200 HyperCell manipulated with the distance between hands as sliders. The original vision with  this GUI system was to make each HyperCell have the possibilities of reconfiguring by  free-hand gestures without driving them always with a set of devices like a desktop  computer with conventional gadgets66. Furthermore, just as PC stands for “Personal  Computer”, HyperCells furniture system can be regarded as “PF” standing for  “Personal Furniture” named after the intellectual communication process in between  the HyperCells. As concerns the interactive intention between objects and users in  the future developments, this UI system be translated and utilized as a visualizing  software to generate customized furniture pieces. Using freehand gestures defining  the furniture types and parameters, it is possible to export the digital files by simply  pushing the “Export” button on the UI to create a 3D digital model for further detailing  developments which can be available as a producing process for users to design their  own style. To envision a network of communication protocols amongst each HyperCell as well as between each HyperCell and users, HyperCell is just an initial phase of  non-verbal communication with expectations for future enhancements along with  technological improvements (Figure 6.13). 3 HyperCell: Turns Simulation into an Immersive Virtual Reality Experience67 After exploring the geometric developments of HyperCell with several computational  simulations and setting up the GUI as manipulating protocols with each HyperCell, the research decided to take the whole simulating space composed of the HyperCells to an immersive spatial experience. The Microsoft Kinect device here is used for tracking the  15 joints of a human body but is implemented differently to arrange a setting to remap  and rebuild the AVATAR onto the virtual reality world. A series of furniture functions  and architectural elements were applied to be experienced from single user to multiple  users with their intuitive reactions in schematic scenarios: a dynamic landscape will  expand the space for a person presenting underneath; a sensitive wall will open to let  a person pass through; a transformable shelter to provide people with seating as and  when needed…etc. Realizing the installation through projections in an extremely dark  room, people can easily experience tangibly the general idea of how these interactive  HyperCells would operate in real life as a virtual rehearsal. Technically speaking, only  one Kinect device was used in this installation and all the computational calculations  were done using Processing with a specifically designed library, simpleOpenni,  66 Please refer to the video for details of HyperCell Interface: https://vimeo.com/68836252. 67 Please refer to the video to see the HyperCell Virtual Reality application: https://vimeo.com/78387283. TOC 201  HyperCell: A Bio-inspired Design Framework for Real-time Interactive Architectures to cooperate and collaborate with Kinect for tracing the body joints moving in  3-Dimensional space. Through the experience, the skepticism about the feasibility of  HyperCells can be rapidly eliminated. During the experience, people learned how to  release and freely manipulate their body and initiate non-verbal communication with  this reacting space (Figure 6.14). FIGURE 6.14  Images exhibiting the Virtual Reality Space built up by transformable HyperCell components  which is able to interact with the users in real-time as an immersive spatial experience by utilizing the  Processing real-time simulation and motion tracking technology cooperating with Microsoft Kinect (Please  check the video for more understanding: https://vimeo.com/78387283 ). § 6.6 Brief Conclusion In brief, the research so far illustrated the ideal features of the body-like interactive  Bio-architecture (as new organic architecture) which has borrowed the six points from  Maria Luisa Palumbo’s viewpoints of “New Wombs: Electronic Bodies and Architecture Disorders (Palumbo, 2000)” but re-interpreted them as a summary including the key  points of each former chapter as “Dis-measurement”, “Uprooting”, “Fluidity”, “Visceral TOC 202 HyperCell Nature”, “Virtuality” and “Sensitivity”. After that, it explained the reason why to treat  the organic body-like architecture as an integration of all digital technologies that are  applied in architectural design by the supporting argumentations titled as 3F: Form, Fabrication, and Fluidity. Moreover, this lead to a proposal of a design framework:  “HyperCell”, for developing bio-inspired interactive architectural design by extracting  biotic principles such as “Simple to Complex to derive Componential Systems”,  “Geometric Information Distribution to derive Collective Intelligence protocols”, and  “On/Off Switch and Trigger to develop Assembly Regulations” to generate organic  body-like architecture. From a sociological perspective, the research pointed out  the advantages this kind of reconfigurable space can offer to everyday users. In the  last section, the research eventually took the HyperCell design frameworks into  account to develop a series of experimental projects, especially the furniture systems,  showing the potential possibilities and applications for user centric real-time spatial  reconfiguration. In the end, the HyperCell is not only the title of the design framework  but also a representation of each intelligent component exhibiting the architectural  applications, GUI communication interface, and the immersive VR experience. The  transformable cubic shape serving as HyperCell’s essential geometric module for  furniture systems here is not claimed as an ultimate solution, but rather as an example  showing the resulting variations and possibilities within this modular system by  following simple logic like swarms. However, until now, this research has always taken  the users’ demands as a critical factor for this active transformable space supposing  that the goal of this robotic re-configuring space is to fulfill the user’s demands.  Artistically, however, it implies questioning oneself at another level: how to think of  space as a living entity, possessing its own intelligence and behavior, and how people  will interact with such a space? This is a crucial topic discussed in the following section  in this chapter. § 6.7 Living creature-like space with its own intelligence and behavior In fact, the argument of “Living Creature-like Space with Its Own Intelligence and Behavior” has already been visited in one of the previous chapters. However, here,  the user demands are no longer the first priority for such kind of an intelligent space.  Instead, the discussion pursues the relationships and communication between  humans and space. In other words, space is a living object that people have to get  to know/understand and get along with, rather than, in a top-down commanding  fashion instruct it about your wishes. Of course, this kind of “Space with Intelligence”  has not only been discussed in architectural design but has also sparked interest  TOC 203  HyperCell: A Bio-inspired Design Framework for Real-time Interactive Architectures in other fields of research, such as electronic engineering, computer science, and  robotic development. Douglas Engelbart in his article “Augmenting Human Intellect: A Conceptual Framework” (Engelbart, 1962) has envisioned an intellectual space  which he called “augmented architecture” as a working space for architects. But it is  more akin to a Sci-Fi movie imagination, the description of his imagination was mainly  addressed on high-technology gadgets, such as touch screens, holographic display  systems, and how the architect in the narrative uses a pointer and collects data for  improving design, which basically illustrates a scenario in which the intelligent space  itself acts like a huge computer device. Certainly, the space should have the ability  to act as an intelligent computational device to deal with all kinds of occasions but it  should perform not only as a tool or device for people to develop “living creature-like architecture”. The vision that “‘IA’ system will disappear into our buildings and become the architecture itself (Fox, Michael, & Kemp, Miles, 2009)” clearly outlines how  the intelligence of a space shouldn’t be embodied only as a top-down commanding  computational device but should be fused within the space itself. “Liquid Architecture is an architecture that breathes, pulse, leaps as one form and ends as another…it is an architecture that opens to welcome me and closes to defend me…” (Novak, 1991),  argues Marcos Novak’s Liquid Architecture which eventually illustrated a vision of  intra-active architecture with intelligence and free-will for interacting with users in  multiple ways as a living creature. Unlike the one-directional interaction operating as  a switch to turn a device on or off, Liquid Architecture has various sensors omnipresent  on its skin, which filters data to make resulting moves in accordance with the emerging  input values from all sensors. In the research, the componential idea is retained  since the beginning, the intelligence of the space here should come as a collective  intelligence emerging from bottom up. This collective swarm idea cooperating with  intra-active architecture can be observed in the theory of “HyperBodies” of Kas  Oosterhuis. “True hyperBodies are proactive bodies, true hyperBodies actively propose actions. They act before they are triggered to do so. HyperBodies display something like a will of their own. They sense, they actuate, but essentially not as a response to a single request” (Oosterhuis, HyperBodies: Towards an E-motive Architecture, 2003). Both  Marcos and Kas would like to envision a scenario where the space can have its own will  to react with either the environmental conditions or the artificial human movements.  Therefore, artistically, the critical problem raised here is to question people involved  in the space as to how they will execute, conduct, react, think of, confronting such a  space with its own will, and how can one set up communication protocols or networks  between the human body and the architectural body. TOC 204 HyperCell In order to answer such questions, the author was fortunate to be a part of a European  Cultural Project, MetaBody68 in July of 2013. Media artists, digital music composers,  choreographer, dancers, performers, programmers, designers, and architects from  7 different countries in Europe were brought together to cooperate and develop  performances and spatial projects following the major discourse of the MetaBody.  The critical idea of MetaBody is to question the homogenization of expressions in the  current information and controlling mediums and to break through boundaries to  release and provoke the already-formulated body movements by interacting with pro- activeness in architectural space both digitally and physically. During the participation  in MetaBody, two major deliveries were contributed by the research as concerns both  digital and physical prototyping. These were in the form of two intra-active projects:  “Ambiguous Topology” and the “HyperLoop” pavilion. These, are described in the  following sections. § 6.7.1 Ambiguous Topology FIGURE 6.15  Image of “Ambiguous Topology”. 68 Please refer to the links: http://metabody.eu/ or http://www.hyperbody.nl/research/projects/metabody/. TOC   205  HyperCell: A Bio-inspired Design Framework for Real-time Interactive Architectures Ambiguous Topology Introduction Ambiguous topology69 is an installation which incorporates creatively combining  dynamic movement of the human body and swarm intelligence driven generative  geometry production capabilities realized by volumetric projection systems. It is a  five-minute immersive light experience in which the speed, frequency, and intensity  of movement of a participant’s body are used as triggers for activating a swarm of  volumetrically projected digital particles in space in real-time. The usage of fully  immersive volumetric light projection media to visualize 3D geometric morphologies  in the swarm of digital particles renders abstract 3D topological nuances within which  the participant navigates. This resulted in the generation of both interactive as well as  pro-active behavior from the participants as they experience new states of ambiguity  and dis-alignment. A looped data driven relationship is thus successfully established  between the digital, physical and embodied corporeal space. Volumetric Projection System Desired Point in 3D Projection Area Desired Line in 3D Projection Area Desired Polyline in 3D Projection Area FIGURE 6.16  Diagrams showing basic principles and setup for 3-Dimensional geometry realization based on  the volumetric projection system. 69 For more detailed understanding and outlines of the project, “Ambiguous Topology”, please check the video  here: https://vimeo.com/105027652 , https://vimeo.com/105421757, and related paper of  Chang, Jia-Rey, Biloria, Nimish, & Vandoren, Dieter. (2015). Ambiguous Topology from Interactive to Pro-active Spatial Environ- ments. Proceedings of the IEEE VISAP’15 Conference: Data Improvisation (pp. 7-13). Chicago: IEEE VISAP.  (http://visap.uic.edu/2015/VISAP15-Papers/visap2015_Chang_AmbiguousTopology.pdf) TOC 206 HyperCell “Volumetric Projection System” is the main technique for materializing the simulated  geometries in real physical space. The interpretation and production of 3-Dimensional  simulated geometries using the light projection system, or in other words “volumetric projection”, has been developed by the media artist; Dieter Vandoren (one of the team  members of the Ambiguous Topology project). This involved the extensive use and  customization of Max/MSP based routines. In terms of hardware, four high-resolution  projectors are located in four corners of the affective space in order to attain a fully  immersive interaction zone at their point of convergence. Besides this, one Microsoft  Kinect device is used for motion tracking and is placed at the center (front facing) of  the interaction zone. Within this physical set-up, unlike with the hologram projection,  specific ways of interpreting geometries with light projection, such as points, lines,  polylines etc. are developed as stated below (Figure 6.16): 1. Point: A point in 3d space is visualized by the intersection of four light beams from four  projectors located in four corners of the space. As a result, participants experience this  specific point as four light beams’ instead of a single light pixel flying in space. This principle  is mainly implemented for realizing each point’s location in space using different colors. 2. Line: A line in 3d space is achieved by the intersection of four light planes from four  projectors located in the corners of the interaction zone. In other words, in accordance  with the projection angle, the participants would see a spatial intersection line built up  in the interaction zone as four triangulated planes. 3. Polyline: A polyline in 3d space is achieved by the intersection of light planes with a  curvature from four projectors located in the corners of the interaction zone. Because of  the original geometry’s curvature and the limitation of the projection angles, participants  mostly will be surrounded in the conical shape created by the light projections. Swarm Behavior Premise: The particle system simulations responsible for the generation of the constantly  transforming topology is essentially based on Craig Reynolds’ swarm (flocking) behavior  principles developed in 1986 (http://www.red3d.com/cwr/boids/) (Reynolds,  Steering Behaviors For Autonomous Characters, 1999) (Reynolds, Flocks, herds and  schools: A distributed behavioral model, 1987). By observing flocks of flying birds,  Craig Reynolds developed a swarm behavior simulation to mimic numerous animal  species, which intend to move collectively as gigantic creatures, for example, birds, fish,  and bees, etc. Separation, Alignment, and Cohesion are the three major principles of  swarm behavior determining each agent’s intelligence virtually in the flock. Separation  implies avoiding crowding next to each other, alignment implies steering towards the  TOC 207  HyperCell: A Bio-inspired Design Framework for Real-time Interactive Architectures average direction of the neighboring flocks, and cohesion implies driving the agents’  movement towards the average position of the local agents (Figure 6.17). Using the  combination of the above simple rule sets encoded within each agent, emergent  clustering formations can be derived. Ambiguous Topology, and its inherent drive to  generate continuously transforming topologies at a global output level, harnesses  these simple rules set based behaviors and embeds them within each constituting  particle in the simulations. Emergent topological formation as a result of local level  interactions within the swarm of particles is thus a novel attribute that is exploited  within the installation. SEPARATION ALIGNMENT COHESION FIGURE 6.17  Diagrams of Craig Reynold’s swarm behavior principles for the flocking simulation; separation,  alignment, and cohesion. (http://www.red3d.com/cwr/boids/). Furthermore, as an interactive installation, the particles/agents within the installation  specifically, relate to the participant’s body movements in real-time. Therefore,  the propulsion of agents is not only influenced by their internally coded rule sets in  accordance with the swarm behavior principles but also driven by the participant’s  reactions. In other words, participants can create attracting or repelling forces by  propelling the agents to affect their 3d location, velocities, and accelerations through  different narrative scenes in the installation. In order to communicate the state of each  agent’s locomotion and energy levels to the participants, color gradients within the  projections are utilized as a clear visual cue. Aggressive colors, such as red and yellow  indicate high value of locomotion compared to blue and green, which express relatively  passive and stable agent movement. As regards the 3-dimensional projection of  agents, all agents are exhibited as “Points” using the aforementioned projection logic  with the color gradient representing their energy and movement state. These colorful  light beams strongly encourage the participants to engage in the Ambiguous Topology  installation without any external persuasion. TOC 208 HyperCell KINECT Processing Max/MSP KINECT 3D + Swarm simulation Projection System Skeleton Joints MOTION TRACKING (Xn, Yn, Zn) LOOP FIGURE 6.18  Diagram showing the interactive loop of data streams. Technical Interpretation: The agent-based simulation is created using an open-source programming language,  Processing. Hardware wise, the motion tracking system in Ambiguous Topology is set  up by utilizing the Microsoft Kinect device and is correlated with simpleOpenNi which  is a motion-tracking library of Processing. All computational processes are calculated  and simulated in Processing 3-Dimensionally based on swarm behavior principles  which, were directly networked with skeleton tracking based data from Kinect. During  the computational process, Processing simultaneously transmits the required data,  the coordination of the autonomous particles, to a platform set up in Max/MSP  through OSC (Open Sound Control) protocol. By establishing a communication protocol  between Processing and Max/MSP, the X-Y-Z coordinates of each swarm agent’s  location is synchronized with the projection system to materialize three-dimensional  geometries in space using the aforementioned volumetric projection principles.  Furthermore, after receiving the input data from Processing, the Max/MSP patches  are able to adequately implement it with the render mode for the HD projectors  (Figure 6.18). TOC 209  HyperCell: A Bio-inspired Design Framework for Real-time Interactive Architectures FIGURE 6.19  Images showing different modes of the Ambiguous Topology experience with scenes of  “Follow”, “Spike”, “Disturb”, “Attract”, and “Nurbs” mode from top to bottom with photos taken on the left and  simulations on the right side. TOC 210 HyperCell Settings and the Narrative: After meticulous development and user testing, Ambiguous Topology, was successfully  set-up as a real-time immersive public installation in Media-Prado, Madrid, in July  of 2014. The site allocated for the installation allowed, an effective interaction zone  (the convergence point of the four projectors) of 6 meters in width (X-direction), 5  meters in length (Y-direction) and 5 meters in Height (Z- direction). 640 agents/ particles embedded in the space wait to be triggered by the influx of participants. Seven  fundamental narrative modes are developed and arranged in a fluent sequence in order  to facilitate a holistic experience to the participants. These narratives are sequenced as  different modes in the following order: Rain Mode, Follow Mode, Spike Mode, Disturb Mode, Attract Mode, Nurbs Mode, and Rain-Up Mode. These are described in the  following sections in conjunction with the participant’s experiences. Rain Mode: The Rain Mode is triggered by the presence of people (tracked by Kinect) within the allocated installation space. A high-velocity downpour of 640 agents/particles constituting the installation akin to heavy rainfall is immediately set in motion. The agents gradually reduce their speed of falling and completely cease to do so in certain locations in space. This is accompanied by a change in the color gradient of the agents (from magenta to dark blue), indicating the change in the velocity levels of the agents; from high velocity to a stable and calm state. Follow Mode: This is the first instance that participants provide an impulse to the agents. Each movement of the participant creates a flux in the agent field (based on the aforementioned swarm principles) within which they are immersed. The swarm logic further entails that the agent propels its movement to the nearest neighbors and thus a ripple is sent through the virtual field as an emergent global outcome. It was observed that over time, the swarm of agents in space tends to follow the average direction of movement of the participants (if they move in the same direction). However, if two participants attempt to move in opposite directions, the swarm tends to remain stable. Furthermore, differential agent velocities of the entire swarm are the result of the participant’s movement velocity and thus tend to speed up or slow down, with high-velocity states depicted as magenta and low state as blue. This mode thus subtly engages the participant via responsive interaction and hence provokes physical movement of the participants (Figure 6.19, Follow). Spike Mode: The Spike Mode involves the introduction of geometry using the volumetric projection system. In this narrative, along with all the existing colored agents, pure white lines are TOC 211  HyperCell: A Bio-inspired Design Framework for Real-time Interactive Architectures exhibited (line-connections). These lines are directly connected to the distances between the nearest agents of the swarm and are specifically triggered by tracking of the participant’s body joints. Both hand and feet joints of the participant’s digital skeletons (as seen via Kinect) are specifically chosen. Thus, while waving one’s hands and feet, any two agents falling within this waving path, which is triggered establish a connection depicted by a white line to be drawn between them. Because of numerous autonomous agents floating around the participants, they can freely and easily generate these flashing lines and start manipulating them once they unravel this simple logic. Some characteristics of the Follow Mode, such as the panning effect and color gradations are retained in this narrative and tend to seamlessly blend with the characteristics of the Spike Mode. (Figure 6.19, Spike). Disturb Mode: The Disturb Mode is the narrative where a shift from responsive to pro-active interaction germinates. Participants lose the ability to influence the movement of swarm agents using their own body movements. Additionally, all the agents, as autonomous entities start losing their energy, turn transparent and become almost invisible in space. In reality, once the agents lose their momentum, they become imperceptible and acquire a state of readiness for new stimulation from the participants. By touching, pushing, swinging the invisible agents, the participants actually feed/pass the agents energy and trigger their movement again. Each participant’s hands and knees, now, become activating nodes, which, in turn, influence the agents, based on the momentum produced by the movement of the participant’s joints. The faster the participants move, the larger the area of influence of the agents is, and thus the impact on the agent’s velocity and energy is also stronger. The swarm logic behind the scenes implies that active agents seek to influence other passive neighbors and thus set forth a non-linear movement. It was observed that the participants tend to become keen and keep trying different body postures and movements to gradually set the dormant swarm in action once more (Figure 6.19, Disturb). Attract Mode: The Attract Mode involves the swarm of agents to suddenly and aggressively move rapidly towards the participant. This is also accompanied by the agent’s switching their color to an aggressive red and yellow gradient. In this mode, the agent simulations are programmed to be attracted towards the participant’s hands and feet in order to create virtual polygonal geometries in space. Over a period of time, these virtual polygons unknowingly produced by the participants also appear in white along with other colored agents thus distinguishing the polygonal geometries the participants generate. Once the participants become aware of this game-play, they instinctively start attracting the agents via producing strange but interesting movements, such as changing moving direction rapidly, jumping up and down radically, and curling or stretching bodies oddly (Figure 6.19, Attract). TOC 212 HyperCell Nurbs Mode: In the Nurbs Mode, the participants are allowed to push, wave, and touch the agents similar to the Disturb Mode. In addition to this, a continuous transforming nurbs (spline-line) is materialized based on the agent aggregation based density in space. On an average, ten locations coinciding with ten densest locations of the agents in space are selected as control points to construct the nurbs. Since the agent densities can be impacted directly by the participant’s influential movement in space, the nurbs geometry fluidly morphs from one shape to another shape (Figure 6.19, Nurbs). Rain-Up Mode: Before the “Rain-up Mode”, the “Follow Mode” is exhibited again to gently inform the participants that the experiential installation is nearly towards the end. After a few minutes of “Follow Mode”, the participants entirely lose their control over all the agent movements and only witness the agents flying back up to the sky. All the agents will fly up with high velocity and gradually slow down to cease in a certain location in space. In terms of color, all the agents start with magenta representing higher speed and become dark blue corresponding to the velocity each agent embodies. Towards the end, all the agents lose their momentum, turn transparent and tend to fully disappear. Hence, the whole space returns back into an entirely dark state awaiting the next group of participants to engage with. Ambiguous Topology Conclusion Ambiguous Topology is an innovative experimental installation which intends to  challenge conventional modes of perceiving space as a dormant object and abolishes  the subject-object relationship, which has long been associated with it. Space, in  this case, acquires a pro-active character and most importantly is built up via a  non-tangible entity: Embodied Visible Light. The installation also physiologically and  psychologically appeals and instigates our regulated behavioral selves resulting in the  generation of novel reactions and interactions. Ambiguous Topology thus attempts  to create a fully transformable topology composed of numerous autonomous agents  to achieve a unique e-motive spatial environment. Different geometric instances  of the fluid environmental topology are generated via the interplay between the  participants and the conceived system and are materialized via the immersive light  projection (volumetric projection) system as a meta-narrative. As a result, an intimate  relationship between the overall environment and participants naturally appears  during the experiential phase. Meanwhile, an information feedback loop is at play,  which binds the physical interactions of the participants, with soft simulation and  computation processes to ultimately impact and influence the participants’ behavior  in real-time. During the interaction process, novel movements, group dynamics, and  TOC 213  HyperCell: A Bio-inspired Design Framework for Real-time Interactive Architectures gestural novelty came to the fore. The research was thus able to address an individual’s  innate bodily and mental experiences. In this five-minute immersive/interactive  environmental experience, Ambiguous Topology gives the participants opportunities to  introspect, engage, influence and explore their perception and inner creative instincts  in an engaging experience. As aforementioned, in Ambiguous Topology, one of the  main characteristics is to utilize the non-tangible entity: light, to create an immersive  dynamic environment. But in the “HyperLoop” pavilion, the research attempts to  develop a physical interactive dynamic space made with real materials so as to be  truly tangible. § 6.7.2 HyperLoop, an Intra-active Pavilion The preliminary idea of the HyperLoop pavilion70(Figure 6.20) is to create a  transformable, portable, mobile space as an interactive environment with abilities  to physically morph akin to a creature with its own will. It is a large-scale real-time  interactive structure which is in a constant state of flux. Once again, it is similar to  how Marcos Novak outlined his “Liquid Architecture” and Kas Oosterhuis outlined his  “HyperBodies”: the architecture has embedded emotions and its own behavior which  help it to react in different contexts. “…it is an architecture that opens to welcome me and closes to defend me” (Novak, 1991) and “…they sense, they actuate, but essentially not as a response to a single request” (Oosterhuis, HyperBodies: Towards an  E-motive Architecture, 2003). In this sense, the architecture from the users’ point of  view is never a controllable space which can fulfill their requests. On the contrary, the  user has to find ways to cooperate with this gigantic holistic sensible body by setting  up a relatively intimate relationship with it. This research envisioned this dynamic  interactive space would induce or evoke common people to get out of their comfort  zone to react in unusual/unconventional ways with their body gestures. This is one of  the main goals of the pavilion. The pavilion practically speaking, would also be used as  an interdisciplinary laboratory for scientist, programmers, artists, biologist, performers,  choreographers, designers, architects…etc., who are interested in experimenting with  reversal of homogenization of expression caused by current information technologies  and surveillance mediums. 70 Please refer to https://vimeo.com/117388146, http://www.hyperbody.nl/research/projects/the-hyper- loop/, and http://re.hyperbody.nl/index.php/Msc2G7:Frontpage, for a detailed description of the development  process of HyperLoop and the related video. TOC 214 HyperCell FIGURE 6.20  HyperLoop pavilion simulation by V-Rep. For executing this interdisciplinary project, the research cooperated with Delft Robotics  Institute to have professional support from their Mechanics, Electronics, Systems and  Control faculties. This research mainly focuses on the multi-directional development  of the large-scale dynamic structures and intends to realize it and experiment with it  in a scaled-down prototype. Practically, this large-scale structure is composed of 12  distributed joints with various degrees of freedom, and geometrically takes the form of  an infinite loop (it can also be in a sense seen as an 8-shape Mobius ring), which can  fully re-configure its constituting components in real-time (Figure 6.21). Therefore,  the joints of the Hyperloop play extremely crucial roles from both the design and  engineering points of view. Each joint acts as an independent agent in its own right  and hosts micro-controllers, attached to motors/servos in addition to sensing systems (which can track the proximity of people) and local sound and light emitting sources.  In other words, the joint with the structural tube should be seen as the “HyperCell”  component in this case which has basic intelligence with degrees of freedom to  physically transform to enable multiple interactions. Each joint is thus an agent of the  holistic swam: the HyperLoop’s body. In terms of interaction scenarios, the makeup per  joint is aimed at generating a fully kinetic and sonic real-time interaction with people  approaching or leaving the structure as well as moving within the structure itself. The  entire loop is thus being a fully dynamic structure akin to an exploratory robot, which  harnesses different capacities of movement, sound, and light as an active medium of  communication with its visitors. TOC   215  HyperCell: A Bio-inspired Design Framework for Real-time Interactive Architectures FIGURE 6.21  The real-time morphology simulation of HyperLoop acting by embracing and repelling movement  among the people surrounding it by V-Rep. TOC 216 HyperCell HyperLoop Simulation, a mere step before physical prototype = Mechanical Make-up + Consensus Algorithm J1 J2 J3 J4 J5 GROUND J6 FIGURE 6.22  Diagram explaining the mechanical loop structure concerning the capability of the joint against  gravity: NO.1 joint staying on the ground can possibly hold NO.2 and NO.3 joints in the Air but NO.4 joint would  have to stay on the ground in order to support the structural stability. In order to precisely realize the actual conditions of the HyperLoop structure, this  research had to rely on professional mechanical engineering software, “V-Rep” (Virtual  Robot Experimentation Platform) based on a distributed control so that each object/ model can be individually controlled via an embedded script, a plugin, an ROS node, a  remote API client, or a custom solution within the software operation. As a loop-shaped  structure, the crucial mechanical task is to retain the connectivity of the structure  keeping the enclosure condition as a chain-like polyline. The key point in making this  task happen also relies heavily on both the mechanical design of the joints and the  mathematical algorithms keeping the overall shape constantly unbroken. Within the  V-Rep simulation, it can be relatively easy to represent all the different conditions  and configurations of the real dynamic structures but the most important bit is to  embed the limitations/physical constraints, such as gravity, motor torque, and the  mechanical degrees of freedom. The research was able to import the 3D model of the  HyperLoop structure and examine real-time manipulation of mechanical simulations  virtually within V-Rep. One of the crucial mechanical constraints in the design of  HyperLoop is that any one joint can at a maximum support 2 neighboring joints in the  air. In other words, if there are labels tagging on each joint, the J1 joint staying on the  ground can possibly hold J2 and J3 joints in the air but then J4 joint would undoubtedly  have to stay on the ground in order to support the structural stability (Figure 6.22).  Certainly, the torque of the joint should be taken into account while simulating the  transformations of the HyperLoop. The HyperLoop transformation depends highly on  TOC 217  HyperCell: A Bio-inspired Design Framework for Real-time Interactive Architectures the interaction scenarios triggered by the data gathered from the embedded sensors  which are fed to microcontrollers mounted onto each joint. Therefore, it puts more load  on the computational calculation for searching for a dynamic homeostasis or balance  condition. Nevertheless, the V-Rep software can provide a 3D platform for robotic  simulation, but the calculation of torques, physical constraints as morphological  principles, the interactive reaction driven by the data coming from pre-set sensors,  and the communication protocols amongst each joint in order to balance the overall  HyperLoop body, require advanced programming tools to conduct such heavy  calculations. This is done using two software suites, “MatLab” and “Mathematica”. “MatLab” is used initially following all the above constraints and principles to program  suitable algorithms mainly for mechanical examinations. “Mathematica” then takes  the algorithms in and sets-up the control system and communication protocols as  a test model meanwhile sending the resulting outcomes for visualizing simulations  under the V-Rep’s environment, confirming the feasibility of dynamic stability of this  large-scale transforming structure. The complexity of the HyperLoop’s movements  comes from the real-time calculation since each moving step will result in disrupting  the balance of the entire loop instantly and thus requires an immediate response  to gain back the balance. This results in a relatively complicated situation waiting  to be solved owing to the resulting torque and driving angles of the joints. Once this  particular angle is decided, the rest of the HyperLoop’s joints have to respond in  order to maintain the balance of the overall body while maintaining the closed loop  condition. To keep the balance while simultaneously deriving and communicating  the new adjustments/positioning of the joints, the development of a “Consensus Algorithm” is critical. Consensus Algorithm works on the basis of distributed  communication that calculates an agreement/consensus among a number of  processes to obtain a set of data values, in time, which drive the HyperLoop’s joints.  For instance, once one of the active joints, joint_1, receives a value(V1) from the  attached sensor for driving this specific joint to move to a certain angle(A1), this  angle value(A1) will pass through to inform all the other joints. After all the rest of the  joints have been informed, they will decide to agree or disagree with this change. If  in agreement, joint_1 will move to the angle A1, and the rest of the joints will follow  a balancing equation accordingly to change/or not to change their positions; if in  disagreement, joint_1 will propose another relatively minor angle value(A2) and once  again pass it through the rest of the joints to search for a possible agreement. The  process goes repeatedly until all the joints entirely agree, and they will eventually follow  the decision and make the resulting movements. Thus, every time there is a sensing  value coming in, all the joints mounted on HyperLoop will run the whole process again  and again until they reach a consensus. As mentioned before, the task of “MatLab” and  “Mathematica” are mainly to examine the overall computational calculations virtually  and later on input this into “V-Rep” to simulate various morphing conditions in the real  TOC 218 HyperCell physical environmental settings to prove the correctness, precision and the feasibility of  the sophisticated mechanisms and network protocols. Once the applied mechanisms  are proven, both MatLab (in terms of mechanisms) and Mathematica (in terms of  internal communication) algorithms are translated into a programming language in  accordance with the applied microcontroller, which is an Arduino in this case, in order  to develop a scaled prototype. Joint Design Developments Before having a strong support from the Delft Robotic Institute, this research was  dedicated to the crucial development of the joint’s design both in terms of its form  and in its mechanism. After the Delft Robotic Institute joined the project, they gave  professional suggestions and re-designed the joint from the sense of efficiency of the  mechanics points of view. Several motorized propulsion mechanisms were considered,  such as Mechanical, Hydraulic, Pneumatic, and Electrical. Hydraulic and Pneumatic are  both powerful and controllable but not accurate enough for the HyperLoop; Mechanical  methods use fuel which makes it heavier to lift as a joint needed to be in the air within  HyperLoop; Electrical was then deemed as the ideal choice, which is easily controlled  with accuracy and is light weight enough to attain flexible positions. Three phases of  developments listed as “Initial Thought”, “Idea Proposal” and “Physical Prototyping”  will illustrate the evolution of the joint design both in terms of form and mechanic  composition. Initial Thought: This is the phase before having the contribution of the Delft Robotic Institute.  To make an enclosure loop and at the same time provide the joints can be freely  3-Dimensionally posed in different overall morphologies, the idea was to have 3 servo  motors which were in charge of 3 different axial rotations to complete the tasks (Figure  6.23). As for transportation, it has to be easy to be delivered and assembly on site. This  specific transportation idea drove the joint design to be easily assembled and de- attached. Therefore, all the electronic devices, such as microcontrollers, motors, and  sensors, were designed to be impacted and embedded inside the joints for quick and  easy assembly. In this phase, the research set up general principles for the joint design,  and also brought out the confronting problems to be solved by numerous experimental  examinations either with simulations or physical prototyping. TOC 219  HyperCell: A Bio-inspired Design Framework for Real-time Interactive Architectures FIGURE 6.23  Diagrams illustrating the flexibilities and the rotation axis of the joint design at the initial  experiment stage. The bottom is the photo of the 3D printing prototype embedded with 2 servo motors as the  rotating actuators. Idea Proposal: Along with the consultants of the Delft Robotic Institute, several undergraduate  students joined the team and made the project a collaborative effort enjoying their  professional contributions. In this phase of design, the motorized devices were reduced  to only two servo motors to keep the same performance, but mechanically simpler and  lighter weight for the sake of lifting the joints as one of the major tasks. Mechanically,  two directional rotations are controlled by two motors in a set of joints. By inserting  the structural tube inside the controllable joints, the HyperLoop can complete exactly  the same motion as with the three motors version proposed in the initial phase  (Figure 6.24). The structural tube should be at least 2 meters in length as a hollow  TOC 220 HyperCell tube not only for the sake of light-weight but also for the convenience of putting the  required electronic wires inside as connections and for system protection. The joint  was designed as a ball (sphere) shape in order to reduce the friction while touching the  ground which might be taken as extra opposing forces and at the same time protect the  crucial electronic devices inside the joint. FIGURE 6.24  Images exhibiting the simulations and the photos of the 3D printing joint as scale models for  examining the flexibility of the pavilions. The sphere shape of the joint reduces one directional rotation to make  it functionally more impactful and efficient and also relatively more protectable for the device when embedded  into the joint against the friction while making the morphology of the whole structure. Physical Prototype: In order to be examined in a short period of time, the joint was design as a simplified  version without having a ball shape yet. The goal with the physical prototype was to prove  the actual mechanisms work properly. Two servo motors in charge of two directions  TOC 221  HyperCell: A Bio-inspired Design Framework for Real-time Interactive Architectures (X-Axis and Z-Axis) were mounted onto one side of the joint, and the other side of the joint  mainly harnessed the rotation angle by the assigned motors. Several modification steps  had to be done before assembly of the servo motors into the joint. The “mechanic stop”  inside the regular servo motors had to be removed in order to make more rotational angles  than the default constraint by 180 degrees. In terms of control, the potential meters inside  the regular servo motors had to be taken out and a knob-like gear added for harnessing  the precise angular rotations. A warm gear was required for each servo motor to have  more torque power driving the mechanism (Figure 6.25). After the motors’ modifications,  by placing them into the proper positions and assembly with the structural tubes and  connecting the wire for signal induction from each of the related Arduino boards with  Ethernet cables, it was able to drive the HyperLoop prototype to life. HyperCell = HyperLoop? How Does HyperLoop Design Fit in the HyperCell Framework? There is a question if “the HyperLoop does not look like a componential system in  terms of its appearance, how could it fit in the framework of ‘HyperCell’?”. This question  emerged from a stereotypical view of how a “cell” should be defined. Is it necessary to  be a cube, a sphere, a bubble, or a blob-like shape to be claimed to be a “Cell”? any form  as long as it has the componential idea should be able to be treated as a “HyperCell”.  That’s why a building block can also be seen as the “Cell” of a building, as does an  aluminum tube even though they are all static elements. So, the difference of the  “HyperCell” component is that it should have the ability of morphing its own structural  makeup. In the case of HyperLoop pavilion, the joint with tubes IS the form/shape of  the Cell. With the 2 variables of rotations, it creates the morphological transformations  of the cells but at the same time affects the overall shape in the end (Figure 6.21). Not  to mention the internal communication setup in between which makes it a perfect  case study not only as a representation following the swarm behavior logic but also the  expression of the HyperCell design framework. The joints should be taken as the agent  of the swarm which has basic intelligence encoded in its microcontrollers. Although the  intelligence of the microcontrollers is coded, the resulting outcome works via collective  decision-making in a bottom-up fashion by the joints. This gave it free will and made  it impossible to be predictable with respect to its next moves. Therefore, the HyperCell should be seen as a design framework rather than an object akin to a transformable  primitive geometry as a box or sphere in terms of design thinking to increasingly evoke  intriguing HyperCell typologies. TOC 222 HyperCell FIGURE 6.25  Images exhibiting the simulations, the prototype scale model of the HyperLoop pavilion, and a  closer look at the joint design and prototype. § 6.8 Conclusion “If a building could change its posture, tighten its muscles and brace itself against the wind, its structural mass could literally be cut in half,” said structural engineer, Guy  Nordenson. The quote describes a vision that “a building could have its own behavior and will”. This chapter is the summary of all preceding chapters attempting to propose  a new kind of Organic Bio-Architecture which can interact like an organic body. As  a bio-inspired design, unlike conventional ways of implementing the mimicry of  TOC 223  HyperCell: A Bio-inspired Design Framework for Real-time Interactive Architectures natural shapes or the existing algorithms generating the natural forms and claiming  them as organic architecture, several useful principles have been extracted from the  fundamental research of the Evo-Devo Biology perspective and have been translated  into crucial design rules to be followed. The principle of integration is the key not only  for translating natural principles but also for potentially applying digital tools and  techniques from the digital/parametric field of architecture. A “HyperCell” design framework embeds such principles and logics to evoke a new  kind of design thinking intending to showcase the value of componential systems,  collective intelligence, and assembly systems following the fundamental rules for  morphogenesis in animals. With these principles, one is able to create organic body- like architectural designs which can adapt and interact with user demands in real-time.  In this chapter, the researcher not only indicates the design framework for organic  body-like architectures but also the title of the HyperCell is also used to represent a  transformable component in a reconfigurable furniture system which implies more  efficient and novel usage of space. Multi-functional furniture and space would be  the next prevalent step from the research point of view. Until the discourse of the  HyperCell furniture system, the focus of this chapter still remained with taking care of  the users’ demands. But the second half of the chapter started raising critical questions  pertaining to new relationships which would need to emerge between human bodies  and spatial bodies if space had its own behavior and will”. This is an artistically and  theoretically intriguing topic to think of especially in today’s time as we head into a  new era of AI (artificial intelligence). In the not too distant future, people will confront  the issue of intelligent robots regardless of them being shaped as a human figure or  like the HyperCell furniture. “Ambiguous Topology” was exhibited as an experimental  installation under the European Culture Project, MetaBody, for encouraging people to  manipulate their body’s in unconventional ways by using immersive light projections  as a medium of non-verbal communication. “HyperLoop” pavilion was exhibited as an  interactive structural system in the form of an infinite loop shape which can embrace  people within or repel people based on its physical reconfiguration. The HyperLoop also serves as an example to break the stereotypical idea of a cell and its shape. This research also does not claim that projects like the HyperCell or HyperLoop pavilion should become the ultimate goal for all designers to follow. On the contrary, the  research aims to provide a design thinking direction in order to truly follow natural  principles to develop interactive Bio-architectures. From this research perspective, the  novel Organic Architecture should embody interaction as a generic modality, which  makes such architectures actively confront dynamic contextual conditions via dynamic  optimization processes akin to an organic body. TOC 224 HyperCell References Benyus, J. M. (1997). Biomimicry: Innovation Inspired by Nature. New York: HarperCollins Publishers Inc. Biloria, Nimish & Chang, Jia-Rey. (2013). Hyper-Morphology: Experimentations with bio-inspired design pro- cesses for adaptive spatial re-use. Proceedings of the eCAADe Conference Volume No.1, 2013 (TU Delft) (pp.  529-538). Delft: eCAADe and Faculty of Architecture, Delft University of Technology. Deleuze, G., & Guattari, F. (2003). Anti-Oedipus: Capitalism and schizophrenia. Londom: Continuum. Engelbart, D. (1962). Augmenting Human Intellect: A Conceptual Framework. Washington DC: Stanford  Research Institute. Retrieved from http://www.dougengelbart.org/pubs/papers/scanned/Doug_Engel- bart-AugmentingHumanIntellect.pdf Fox, Michael, & Kemp, Miles. (2009). Interactive Architecture. New York: Princeton Architectural Press. Leibniz, G. W. (1714). Monadology. (J. Bennett, Trans.) Continuum. Retrieved from http://www.earlymodern- texts.com/assets/pdfs/leibniz1714b.pdf McLuhan, M. (1964). Understanding Media: The Extensions of Man. New York: McGraw-Hill. Novak, M. (1991). Liquid Architectures in Cyberspace. In M. Benedikt, Cyberspace: First Step (pp. 225-255).  Cambridge: The MIT Press. Oosterhuis, K. (2003). HyperBodies: Towards an E-motive Architecture. Basel: Birkhäuser. O’Sullivan, Dan & Igoe, Tom. (2004). Physical Computing: Sensing and Controlling the Physical World with Computers. Boston: Course Technology Press. Palumbo, L. M. (2000). New Wombs: Electronic Bodies and Architectural Disorders. Basel: Birkhäuser. Price, C. (2002). Generator Project. In Cyber_Reader: Critical Writings for the Digital Era (pp. 86-89). London:  Phaidon Press Limited. Reynolds, C. W. (1987). Flocks, herds and schools: A distributed behavioral model. Compute Graphics, 21(4),  25-34. Reynolds, C. W. (1999). Steering Behaviors For Autonomous Characters. Proceedings of Game Developers Con- ference (pp. 763-782). San Francisco: Miller Freeman Game Group. Thompson, D. (1992). On Growth of Form. London: Cambridge University Press. TOC   225  Conclusion and Future Recommendation 7 Conclusion and Future  Recommendation “Simply stated, what we are evolving are the rules for generating form rather than the forms themselves. We are describing processes, not components; ours is the packet- of-seeds as opposed to the bag-of-bricks approach.” John Frazer § 7.1 Conclusion Interactive Architecture should embody the features of “Information”, “Improvisation”, and “Integration” in order to generate sufficient “Intelligence” to embody the authentic kernel of “Organic Architecture”. In the domain of Interactive Architecture, it is quite easy to become trapped in  discussions predominantly focused on technical discourses. This is what can be  observed in most of the published materials on Interactive Architecture available in  the market today. These publications draw too much attentions in the manner of how  to make technical systems, instead of focusing on why to make it. Partly, this may  be because it is necessary to understand hands-on technical issues, however, there  should certainly be more informative material to fertilize design thinking of Interactive  Bio-Architecture. Some other publications in the same genre fall into a collection  of on-going case studies in the domain of Interactive Architecture without properly  arranging them into an organized systemic discourse. Unlike such publications,  this research attempts to become a pioneering exploration attempting to address  Interactive architecture as the convergence of three areas: Computation, Embodiment TOC 226 HyperCell (Body), and Biology. From the computational point of view, the research outlined the  historic trajectory of computational applications in digital architecture design or CAAD  (computer aided architectural design) and its evolution from data storage, rendering  representation, towards sophisticated physical computing. From embodiment(body)  perspective, a wide range of issues from diverse fields of metrology, philosophy, media  studies, interactive art, VR and motion tracking technology have been elaborated upon  in order to discover intimate relationships and connections between (cyber)space and  (cyborgs)human. In the section of Biology, the discussion ranged from the so-called  organic architecture design that remains at the stage of mimicking organic shapes,  to extracting and translating the fundamental premises of morphogenesis from  Evolutionary-Development Biology (Evo-Devo) in order to propose computationally  assisted body-like interactive Bio-architectures. By leading the arguments slightly  more towards the humanities, cultural, and social or even biological aspects, it aims to  broaden the research scope of Interactive Bio-Architecture to reverse its stereotypical  associations of being extremely technical and engineering oriented. This research thus  concludes by providing critical emphasis on topics such as Information, Improvisation, Integration, and Intelligence, which are reflective of the fundamental essence of the  inter-disciplinary research elaborated in each chapter of the thesis. § 7.1.1 Information Data is omnipresent in our surroundings. It is not easily noticed in its raw form because  it is translated via different means to produce various information and messages.  Sunlight in the form of temperature is a form of information; blood pressure inside  our body is another type of data; the text you put within the email is another one. It is  only recently that through technological means, we can visualize data in multiple ways  and thus a lot of emphases now is put into visual appearance of data via a plethora of  interfaces. However, data has been interpreted and communicated since ancient times  using different expressions. For instance, ancient paintings using animal blood or the  engraved sketches drawn in the caves millennia ago are also a method of storing data.  For that matter, all animals possess their own data storage in the form of their DNA.  In nature, not only can the message received from the DNA define each individual  animal body, it can also drive the evolutionary processes with respect to environmental  information to make appropriate changes to organic shapes and related bio-functions  in order to ensure survival and breeding. Needless to say, may it be the computer or the body, they are both information  processors which deal with data with their internal mechanisms. One of the crucial  TOC 227  Conclusion and Future Recommendation features with data is that its nature is fluid. It is in constant flux and never ceases. It is  either dynamically transforming internally or gradually moving externally which makes  it always different than it was a moment ago. While dealing with such a dynamic entity,  it is relatively unwise to build a cumbersome obstacle, which hosts only one instance of  this dynamic data, which, unfortunately, is a typical way of conceiving a building right  now. As Architects, we usually ignore such dynamic environmental data but rather tend  to block them out by using the principles of “Utilitas, Firmitas, and Venustas” from the  “De Architectura”. However, in today’s information driven era, one should adopt a novel approach in  architectural design wherein information flow is understood as vital in order to evolve  performative solutions in the form of “Interactive Bio-Architectures”. This is seen  as a natural manner of dealing with a dynamic environment and that is also how  the organic body (of an animal) operates. This is one of the key points emphasized  constantly in this research. Computational technology is an accelerator, which assists  us to build adaptable buildings. With the assistance of computation, a sensory space  could eventually be achieved by implementing high-end precise technologies either  in sensing or actuation in order to make the space adapt to the environment (in this  research, the users’ demands) akin to an organic body. § 7.1.2 Improvisation Extending the idea of “Space as Body”, the improvisations can be interpreted as an  immediate reaction coming from both, the body and the space it inhabits. On one  hand, a body manifests immediate external reflexes (external improvisation) in  accordance with changing contextual circumstances. On the other hand, inside of  any organic body, there is always a continuous flow of data in the form of metabolic  activities, in order to keep the body functioning at an optimal level (internal  improvisation). In other words, the body reacts not only to the external dynamic  environmental conditions but also to internal metabolic changes. By replacing the  term “body” with “space”, every sentence mentioned above still holds true, if we follow  the definition of Interactive Bio-Architecture proposed by this research. This implies  a space acting as a body and should thus be real-time adaptive in nature towards its  external environment as well as the towards the internal occupant demands. Since  both of these aspects are essentially dynamic and unpredictable, thus, the term  “improvisation”, is apt for communicating the emergent adaptations which such a  space shall embody. The improvisations here are interpreted as functional flexibility  accompanied with appropriate comfort and convenient usage. As a vision, if a building  TOC 228 HyperCell could adapt in order to optimally harvest sunlight and wind, as well as interact with its  inhabitants it would immediately take appropriate actions to do so. This kind of real- time adaptive space, which can respond to user requirements is an inevitable tendency  of Interactive Bio-Architecture. Borrowing its idea once again from Marshall McLuhan’s  body extension, an architectural space should be able to operate as an external organ to  the human body, which can be manipulated freely using the users’ body gestures. “Our architecture is a property of the process of organizing matter rather than a property of matter thus organized,” (Frazer, 1995): This statement can also be  interpreted as a property of space, who’s body/matter is explicitly organized in real- time through a process, which is triggered by user’s demands. In other words, space  should be organized by matter in real-time and change its configuration to adapt to  unpredictable events instead of acting upon pre-set functions. The road to achieve such  intelligent behavior, as proposed via this research, involves componential interaction  and collective decision making akin to the principles behind Swarm Behavior. Following the HyperCell design thinking, using numerous intelligent mobile entities  in the form of distributed furniture or building blocks, it is possible to achieve multiple  assembly/deployment configurations in order to fulfill variable functional demands.  For example, an explicit command of “Shelter” can be composed of various geometric  forms within these re-configurable/transformable entities following the logic of Swarm  Behavior. This, quality of HyperCells can have a fundamental benefit over typical pre- configured spatial automation systems: One can expect unpredictable outcomes of  spatial formations satisfying the same functional criteria at different points in time.  This quality is also intriguing to the user and is able to portray the essence behind the  concept of improvisation without the space becoming sterile and predictable in the  long run. From the perspective of a user’s body, on the one hand, such improvisation  of space provides for customized spatial usage, while on the other hand, it implies  setting up of non-verbal communication between the human body and architectural  space. Space thus literally becomes an extension of the body. “Improvisation”, from a  user’s viewpoint, should thus free space from physical constraints of being static/non- responsive and in-turn empowers it with being both flexible and adaptable. § 7.1.3 Integration Nature teaches us the importance of integration Although there are different organs  and individual systems inside an organic body, they are all interrelated with each other  as a holistic body. This notion of “integration” is pushed to the extreme if we study  TOC 229  Conclusion and Future Recommendation the material properties which make up an organism. For instance, the stem of a plant,  is multi-performative in essence due to its material make-up. The material system  performs not only as a supportive structure, but it also performs efficiently to circulate  water and nutrition from the roots to the leaves, at the same time, it can also generate  sufficient energy from the chloroplast embedded in each of its componential cellular  elements. Architecture, in order to embody such integration and multi-performative  behavior, should embrace the direction of harnessing componential systems to build  up an integrated, efficient and intelligent building. The emergent behavior observed  in swarms can also be interpreted as a form of “Integration”. A swarm of ant, a flock  of bird, a school of fish…etc., generate a collective body using collective intelligence  in order to act as a gigantic creature by means of following simple communication  protocols embedded within each entity. This phenomenon of simple communication  between the smallest entity/building block is what the research emphasizes as one  of the key points when attempting to form complex objects such as buildings. This  implies that every single decision as regards physical movement from any of the agents  will have an influence on the other agents, which are a part of the object’s ecology.  This inter-activation, can also be traced in the philosophical thinking of Deleuze and  Guattari’s Body Without Organs (Deleuze, G., & Guattari, F., 2003) and Gottfried  Leibniz’s Monadology (Leibniz, Monadology, 1714). As the research interprets it, “Integration” implies a combination or a connection  between the virtual and the real world. The boundary between the real world and  cyberspace has diminished with the invention of the Internet. Plus, the increasing  creative exploration in the VR industry has now made it possible to merge multiple  virtual universes together. As a space designer, it is thus immature to ignore current  technological developments as well as social impacts along with it. The integration of  virtual reality and cyberspace can potentially create a wide range of spatial diversity  by either bringing the virtual into the physical world or by merging the physical  environment with virtual reality. “Integration” in interactive architectural design  should thus be a major criterion to be considered during the initial design thinking  phase, the form generation phase, and during the development of integrated systems  design. § 7.1.4 Intelligence = information + improvisation + integration By merging the research of Computation, Embodiment (Body related issues), and  Biology, and associated cultural and social implications, this research proposes a  design framework for Interactive Bio-architecture by elaborating upon a series of  TOC 230 HyperCell experimental design projects, which showcase the potential of this novel design  thinking. Once the above features of “information”, “improvisation”, and “integration” are understood and implemented, the aspect of “intelligence” will naturally be collectively generated for the sake of the kernel of Interactive Bio-Architecture as Organic architecture. The research also tries to provide a different perspective on the embedded relation  between Interactive Architecture and Organic Architecture. Interactive Architecture  and Organic Architecture had been put into different genres for years, but by following  this research’s discourse, it becomes clear that they should ultimately reach a point  of convergence to create a new kind of Organic Bio-Architecture. A parallel can be  drawn between how natural organisms live and how Organic Bio-Architectures  should perform: Using their collective intelligence, they are able to actively interact (both externally and internally) with contextual data and are able to make immediate improvisations, in order to function as an integrated body/system. § 7.2 Future Recommendation: In this section, including some unfinished efforts, several thoughts of future  developments following the principles and discourse of the thesis will be pointed out  as recommendations under separate topics of “Software”, “Hardware”, and “Design Thinking”. § 7.2.1 Software Following and expanding on the bio-inspired ideas, this research translated essential  rules from Evolutionary Developmental Biology (componential system, collective  intelligence, and assembly system), to set up a set of design rules in the form of a  framework instead of generating an ultimate design result. This is highly related to the  ideas propagated by John Frazer’s notion that “…what we are evolving are the rules for generating form rather than the forms themselves. We are describing processes, not components; ours is the packet-of-seeds as opposed to the bag-of-bricks approach…”  TOC 231  Conclusion and Future Recommendation (Frazer, 1995). This kind of design thinking involves a GAME design strategy with  customized rulesets. The HyperCell experiment, can be designed as a game for other  designers or even its users, to develop and create their own customized furniture  element as well as for developing an overall control system. In other words, with such  rule-based interactive design thinking, it is possible to allow people to participate and  customize design offerings. As Gordon Pask stated in his article, “The Architectural Relevance of Cybernetics” (Pask, 1969): “…An immediate practical consequence of the evolutionary point of view is that architectural design should have rules for evolution built into them if their growth is to be healthy rather than cancerous. In other words, a responsible architect must be concerned with evolutionary properties...” The idea of  “a rule-based design framework operates as a game”, thus allowing for certain degrees  of design freedom (for adding, subtracting and modifying rules) for the designers’  and the users’ in order to satisfy their practical usage requirements. While Nicholas  Negroponte developed his idea of “Soft Architecture Machine”, he intended to involve  the users to participate during the design process instead of having an intelligent  computer playing the role of a designer to generate designs which might not match  what the user exactly needs (Negroponte, 1975). With these settings, the game can be  harnessed by any end-users regardless of whether they are experienced designers or  have non-design oriented backgrounds. Nonetheless, there certainly should be a virtual  visualization software to display the design outcome as a reference before proceeding  to manufacture. The designer can play the role of a programmer to develop a game-like  design software, or assume the part of an end user to create various results by utilizing  this design software. From a users’ points of view, with the rapid development in VR technology, it would  be even more impressive to envision not only rendered design results on monitor  screens but allow one to, in real-time, manipulate space using VR and its immersive  experience. This open-gaming idea applied to design provides flexibility to the users  which in a sense becomes an evolutionary democratic process. Block’hood71 is a game-base design tool developed by Jose Sanchez in which people can “play” the  architectural design by adding cube-like spatial elements, such as private spaces,  staircases, windmills…etc., to generate one’s own unique design. It has been used  in practical projects and planning phases in urban design projects as well. Similarly,  HyperCells as a furniture system aims to become a real architectural building block.  It would thus be ideal if a gaming-system in the form of an open platform for sharing  different operational protocols driving various “HyperCell” installations globally is  71 Please check this website to learn more about the “Block’hood”: http://www.plethora-project.com/blockhood/. TOC 232 HyperCell developed. This will give rise to a strong user community which can share creative rule  sets for further enhancing the adaptability and customizability of the HyperCell. § 7.2.2 Hardware The HyperCell furniture system has a great potential in terms of practical use. The  research only managed to initiate a relatively rough design process and unfortunately  did not yet have a chance to realize the HyperCell component physically. Theoretically,  it is feasible to produce building components as HyperCells but it might have relatively  high cost with all the required devices. It will thus be a prerequisite task to seek for  proper coordinated peripherals and technologies not only in terms of embedded  mechanisms but also with respect to material systems to be implemented in the  future. Referring back to the discussion of merging the Naturalized and the Motorized applications in terms of material properties in interactive Bio-architecture, there  should be practical possibilities to combine the mechanical and biological make-up  together as a novel hybrid material for future development of HyperCell components,  which is also an innovative but potential research field awaiting to be explored. HyperCells intend to be initially designed as a furniture system in the research, but  the end goal of the HyperCell is relatively ambitious: to be utilized as an interactive/ transformable building block. In other words, the pragmatic usage of the HyperCell  should not be limited by being functional for an interior space but should be operated  outdoors as a real programmable architecture building block which is robust,  structural, and space-defining. Within the idea of HyprCell as a real-time interactive  building block, the pragmatic vision of the adaptive and pro-active environments  will be the space for people to actually cluster, walk upon, and live in with, thus not  merely limited to smaller-scale adaptive furniture to sit on or leans against. The Digital  Pavilion in Seoul designed by Kas Oosterhuis(ONL) back in 200672, gives a perfect  example of how the “living artificially intelligent space” comprised of programmable/ interactive building blocks should be. By integrating the robotic system, ubiquitous  computing, interaction and new media technology, it realized a living space with  Voronoi cells as basic geometric/intelligent components to provide a pro-activeness,  mixed-Virtual-Reality space people have never experienced. In this case, the Digital  Pavilion accomplished 10 years ago has already set up an ideal model for HyperCell  72 Please check the website for more information and details about the Digital Pavilion, Seoul: http://www.hyper- body.nl/research/projects/digital-pavilion/ TOC 233  Conclusion and Future Recommendation research to look up to. Moreover, if feasible, then this transformable building block  could also be considered to have various mobility properties in order to cater to the  “urban nomad” where the space would only be created by HyperCells once there is  a requirement. Within this vision, the communication and control system would be  heavily involved in the future development. In terms of organic body-like space, it is  also crucial to think of wearable technology cooperating with the surrounding space to  literally create an intimate relationship between the space and human to be integrated  as a whole. § 7.2.3 Design Thinking The goal of this research is to inculcate design thinking addressing interactive Bio- architecture as an organic body owing to its componential cellular makeup. The  HyperCell component presented in this research is the first version of HyperCells.  With its ambition to become an interactive building block, it is extremely important  to develop more intelligent components following the direction of HyperCell. Such  development will involve inter-disciplinary investigations by talented designers and  experts to promote advanced development and realization. For instance, recently,  Google exhibited the latest development of their ARA smartphone73. Unlike the usual  smartphones, which come as a pre-configured package both in terms of their form and  their electronics, the ARA phone provides flexibility to customize the phone by means  of assembling the components which you need. This idea not only changes the way of  making the product unique but also modifies the conventional manner of using this  product as a smartphone. Such ideas, should not only become an inspiration but could  also lead to real applications for spatial structuring in architectural design. Such, user-oriented optimization ideas have been proposed through the research of  the HyperCell in the form of a furniture system to customize your own space in time.  To expand this idea to an even larger scale of architectural design, it is possible to  develop multiple customized, replaceable, reconfigurable, and transformable building  components not only different in shape, in material, but also in function. Marketing  and business wise, there should be a platform akin to retail/on-line shops for selling  these intelligent building blocks. These intelligent building components should be  treated as hi-end technological products, such as smartphones and laptops, to be  73 Please check the webpage of “Google ARA” for more details: https://atap.google.com/ara/. TOC 234 HyperCell exhibited in specific stores where the designers or even users can purchase these  intelligent building components developed by different brands of manufacturers.  Envision a scenario where you can walk into a retail shop specifically selling such  building components, and there are even multiple different demonstrations of the  components for various purposes, or even a furniture setting composed of those  components as a demonstrating living room section like how IKEA exhibits for  designers or users to look around, experience, and purchase them. By simply filling in  the product number and the brand of the components, they will be delivered by the  supplier to your home the next day either for your own new design of a furniture piece  or your on-going project for luxury housing. It is intriguing enough to expect this future  scenario to emerge and evolve for smart living solutions. While innovation is always easier said than done, to make this multi-functional  building component idea a reality, there is a vast amount of research and prototyping,  which is still needed. The HyperCell research envisions a potential to change the  manner in which we conceive architectural and interior designs in order to promote  smarter spatial environments which will result in a better quality of life. References Deleuze, G., & Guattari, F. (2003). Anti-Oedipus: Capitalism and schizophrenia. Londom: Continuum. Frazer, J. (1995). A Natural Model for Architecture/ The Nature of the Evolutionary Mode. In J. Frazer, An Evolu- tionary Architecture. London: Architectural Association. Leibniz, G. W. (1714). Monadology. (J. Bennett, Trans.) Continuum. Retrieved from http://www.earlymodern- texts.com/assets/pdfs/leibniz1714b.pdf Negroponte, N. (1975). Soft Architecture Machine. In Computer Aided Participatory Design (pp. 102-123).  Cambridge: MIT Press. Pask, G. (1969). The Architecture Relevance of Cybernetics. Architectural Design, 494-496. TOC   235  Appendix Appendix Appendix I HyperCell Furniture Catalogue_ Before you read the catalog, you should know the form driven logic behind it. The catalog displayed here only defines the default settings of the HyperCell transformable furniture. There is no limitation to explore more potential possible topological, Tatami, Origami or Tangram-like applications following the design principles. // L-DNA = The Ultimate Type and Shape. = {N,N,N,N…} The logic extends the “True/False” mirror geometric transformation to determine the assembly regulation of the furniture piece. // D-DNA = The Interactive Movement Possibilities. = [N,N,N,N] The logic defines the basic component’s shape as well as the degrees of freedom of the physical constraints of the component in order to interact with the users and make the transformation as a behavior emerging bottom-up. TOC 236 HyperCell bench no.1 chair no.1 chair no.3 chair no.4 chair no.5 chair no.6 chair no.2 [ 20,20,0,30 ] 5 0 c m 4 0 c m 5 0 c m 7 0 c m { 2,1,1,1,1 } [ 20,20,20,30 ] [ 20,20,40,30 ] { 1,4,1,1,1 } [ 20,40,-10,20 ] [ 20,40,0,20 ] [ 20,40,20,20 ] [ 20,40,10,20 ] { 1,4,7,8,12 } { 1,8,1,1,1 } [ 2,20,-20,30 ] { 1,3,4,1,1 } { 1,2,4,1,1 } [ 8,72,4,18 ] [ 16,46,-4,18 ] [ 20,50,-4,32 ] { 1,3,4,7,1 } [ 12,38,0,50 ][ 20,50,-4,46 ] 6 0 c m 7 0 c m 8 0 c m 4 6 c m 7 0 c m 9 0 c m 5 0 c m CHAIRS// {Logic DNA} [Dimension DNA] TOC 237  Appendix table no.1 table no.2 bed no.1 bed no.2 table no.3 7 2 c m { 5,1,1,1,1 } { 1,3,4,1,1 } [ 10,10,20,90 ] [ 10,36,-24,26 ] [ 2,18,-28,22 ] { 2,1,1,1,1 } { 1,3,4,6,9 } [ 25,25,0,50 ] { 3,6,1,1,1 } [ 20,40,-20,30 ] bed no.3 { 3,5,6,1,1 } [ 24,40,0,50 ] bed no.4 { 3,4,5,8,1 } [ 14,54,0,50 ] 7 0 c m 8 3 .5 c m 5 5 c m 5 0 c m 3 0 c m 5 0 c m 5 0 c m table no.4 ( tatami ) [ 4,50,-40,10 ] { 3,4,5,6,9 } TABLES// BEDS// TOC 238 HyperCell wall no.1 wall no.2 wall no.5 wall no.6 wall no.3 { 1,2,6,1,1 } { 3,5,6,7,8 } [ 16,46,-20,30 ] [ 16,40,-20,30 ] [ 12,52,-20,30 ] [ 16,46,-20,30 ] [ 40,60,-20,30 ] { 1,2,3,5,6 } { 1,3,4,5,1 } [ 50,80,-20,30 ] { 3,6,1,1,1 } [ 20,40,-20,30 ] wall no.7 { 3,4,5,6,10 } [ 16,32,-20,30 ] 2 9 4 c m 2 9 4 c m 3 0 0 c m 3 0 0 c m 2 9 0 c m 3 0 0 c m 1 1 0 c m wall no.4 [ 30,44,-20,30 ] { 1,3,4,6,8 } 2 6 4 c m 2 9 5 c m WALLS & PARTITIONS TOC 239  Appendix stage no.1 storage no.1 bathtub no.1 { 3,4,6,9,11 } [ 22,42,-20,30 ] [ 10,40,-20,30 ] [ 10,40,-20,20 ] [ 10,40,-20,10 ] { 1,3,4,7,1 } + [ 6,32,-24,26 ] [ 6,32,-24,26 ] { 2,3,5,6,8 } { 1,2,4,1,1 } 2 2 3 c m 8 0 c m 8 2 c m STAGES & OTHERS TOC 240 HyperCell Appendix II ||Videos & Images Links_ 2011-17: The videos exhibit the simulations, prototypes, studio & workshop results and other projects: //RESEARCH RELATED HyperCell Series: HyperCell 1 HyperCell Geometric Concept Simulation: https://vimeo.com/34121883. HyperCell 2 HyperShell Processing Experiment: https://vimeo.com/50818076. HyperCell 3 HyperCell SmartPhone Wireless Control: https://vimeo.com/41069182. TOC 241  Appendix HyperCell 4 HyperWall/Furniture: https://vimeo.com/55289946. HyperCell 5 HyperCell Processing Real-Time Simulation: https://vimeo.com/61828421. HyperCell 6 HyperCell Freehand User Interface: https://vimeo.com/68836252. HyperCell 7 HyperCell Virtual Reality = Motion Tracking interaction: https://vimeo.com/78387283. TOC 242 HyperCell MetaBody Series: MetaBody 1 Ambiguous Topology_Teaser: https://vimeo.com/105027652 & Technical Details: https://vimeo. com/105421757. MetaBody 2 Reflect-Ego: https://vimeo.com/113264230, Master students’ project tutored by the researcher. MetaBody 3 roboZoo: https://vimeo.com/113264651, Master students’ project tutored by the researcher. MetaBody 4 HyperLoop Vrep simulation: https://vimeo.com/117388146. TOC 243  Appendix //EDUCATION RELATED Studio & Workshop Series: Studio 1 Interactive-Performance Environment Master Studio: https://vimeo.com/99547203. Studio 2 Interactive-Activating Environment Master Studio: https://vimeo.com/132665634. Workshop 1: InteractiveBody Workshop 1.0: https://vimeo.com/61092607. Workshop 2 InteractiveBody Workshop 4.0: https://vimeo.com/123616248. TOC 244 HyperCell Workshop 3 InteractiveBody Workshop 5.0: https://vimeo.com/145983370. Workshop 4 Swarmmy Workshop: https://vimeo.com/39280102. //OTHERS Others 1 A showreel of projects developed in “Processing” as a creative coding tool: https://vimeo. com/126749919. Others 2 An animation illustrating the main visual effects of a CD Cover Design: https://vimeo. com/104761795. TOC   245  Appendix Others 3 Visual Design for “Immaterialicious”, the First Ever Interactive Fashion Show in the Netherlands:  https://vimeo.com/174651503. Others 4 The Deep Sound of Maramure, a real-time interactive performance cooperating with Romania  composer who blending the traditional Romania music with contemporary electric music: https://vimeo. com/217832317. TOC 246 HyperCell TOC 247  Curriculum Vitae Curriculum Vitae Jia-Rey(Gary) Chang was born in Taiwan. After completing his M.Arch degree in  Architecture and Urban Design Department, UCLA, under the direction of Neil Denari  in 2009, he came back to his Alma mater, the Architecture Department in TamKang  University, Taiwan, researching on interactive and parametric architecture. In 2010,  he established “P&A LAB” (Programming and Architecture LAB: http://pandalabccc. blogspot.com, and lately integrated into archgary.com: http://www.archgary.com  to continue) exploring the new possible relationship between the programming  and architecture. Meanwhile, he also worked in the Architecture Department of the  National Taipei University of Technology as an adjunct lecturer. In 2011, he joined the Hyperbody LAB (http://www.hyperbody.nl/) to further develop  his preliminary research on the “HyperCell”, a bio-inspired architectural component  with intelligence, kinetic energy, self-assemble and self-adaptive capacities based on  evolutionary development biology and swarm behavior principles. Cooperating with  choreographers, visual artists, composers, and programmers, he has been involved in  an EU project, MetaBody (http://metabody.eu/), during 2011-2014 to explore the  pro-activeness and intra-action between the human body, its movement and spatial  quality. Meanwhile, he is also extremely interested in the transdisciplinary topics of  fashion design, creative coding, visualization, 2D/3D simulation, interactive design  and motion tracking technology, and conduct numerous workshops over the years. | Cell Phone: +31(0)648615006 | E-mail: archgary@gmail.com | Website: www.archgary.com, http://pandalabccc.blogspot.com/ TOC 248 HyperCell TOC 249  Publications Publications Biloria, Nimish & Chang, Jia-Rey. (2012). HyperCell: A Bio-Inspired Information Design  Framework for Real-Time Adaptive Spatial Components. Proceedings of the 30th eCAADe Conference (pp. 573-581). Prague: eCAADe and Czech Technical University in  Prague, Faculty of Architecture. Biloria, Nimish & Chang, Jia-Rey. (2013). Hyper-Morphology: Experimentations with  bio-inspired design processes for adaptive spatial re-use. Proceedings of the eCAADe Conference Volume No.1, 2013 (TU Delft) (pp. 529-538). Delft: eCAADe and Faculty of  Architecture, Delft University of Technology. Biloria, Nimish & Chang, Jia-Rey. (2016). Swarmscape: A Synergistic Approach  Combining Swarm Simulations, Body Movement and Volumetric Projections to  Generate Immersive Interactive Environments. Advances in Swarm Intelligence: 7th International Conference, ICSI 2016 (pp. 142-153). Bali: Springer International  Publishing. Chang, J.-R. (2015). From Interactive to Intra-Active Body: New Organic Digital  Architecture. New Architecture, 162, 40-45. Chang, Jia-Rey, Biloria, Nimish, & Vandoren, Dieter. (2015). Ambiguous Topology  from Interactive to Pro-active Spatial Environments. Proceedings of the IEEE VISAP’15 Conference: Data Improvisation (pp. 7-13). Chicago: IEEE VISAP. TOC 250 HyperCell TOC Contents List of Figures Summary Samenvatting 1 Introduction §  1.0 Structural Introduction §  1.1 Background and Problem Statement: §  1.2 Research Questions: §  1.3 Research Objective: §  1.4 Research Methodology and Proof of Concept: §  1.5 Research Outline: 2 From Interactive to Intra-active Body: Towards a New Organic Digital Architecture §  2.0 Background: The Origin of Interactive Architecture §  2.1 De-Skinning of Interactive Architecture §  2.2 Materialization of Interactive Architecture §  2.3 Immediate Demands and Bodily Connection/Communication of Interactive Bio-Architecture §  2.4 Bio-Inspiration of Interactive Architecture §  2.5 Organic Bodies for Interactive Architecture (from cell to Body) §  2.6 From Interactive to Intra-Active Architecture (from Inter-activeness to Intra-activeness) §  2.7 Conclusion 3 Information Processor - Digital Form with Computational Means §  3.0 Introduction §  3.1 FORM SCULPTOR §  3.2 FORM GENERATOR §  3.3 FORM ANIMATOR §  3.4 FORM INTERACTOR §  3.4.1 Internal Interaction §  3.4.2 External Interaction §  3.5 Conclusion 4 Body Conjunction = Wavering Between Actual and Virtual Spaces §  4.1 From Body Measurement to Body Extension to Body without Organ §  4.2 You are in a Virtual Reality more frequently than you know §  4.3 From InterFACE to interACT: Merging Layers of (Sur)faces §  4.4 Body and Brain vs. Machine and Computer under the discourse of Interactive Architecture §  4.4.1 Materialize the Body: “to Motorize or to Naturalize”, that is the question §  4.4.2 Build up the Brain: From Decentralization to Collective Intelligence §  4.5 Conclusion 5 Defining a Novel Meaning of the New Organic Architecture §  5.0 Current Developments and Trends of Bio-inspired/Organic Architecture. §  5.1 Morphological §  5.1.1 Morphological Development 0 §  5.1.2 Morphological Development I §  5.1.3 Morphological development II §  5.2 Material §  5.2.1 Materialization with Algorithms §  5.2.2 Materialization with Real Organs §  5.2.3 Materialization, Biomimicry, and digital fabrication technologies §  5.3 Behavioral §  5.3.1 More Than Form Finding §  5.3.2 A Swarm of Smart Autonomous Entities §  5.3.2.1 Autonomous as Transportation and Assembly §  5.3.2.2 Autonomous as Mobile/Transformable Components in Architectural Design §  5.3.2.3 A vision of Autonomous Emergent Systems §  5.4 From Static to Dynamic Optimization §  5.5 EVO-DEVO (Evolutionary Development Biology), the Inspiration of New Organic Bio-Architecture §  5.5.1 Simple to Complex §  5.5.2 Geometric Information Distribution §  5.5.3 On/off Switch & Trigger §  5.6 Conclusion 6 HyperCell: A Bio‑inspired Design Framework for Real-time Interactive Architectures §  6.1 Architecture as Body §  6.2 The Integration of Digital Architecture = Living Interactive Architecture = New Organic Bio-Architecture §  6.3 Translating Principles from Evolutionary Development Biology to Organic Bio-Architecture Designs. §  6.3.1 From “Simple to Complex” to “Componential System” §  6.3.2 From “Geometric Information Distribution” to “Collective Intelligence” §  6.3.3 From “On/off Switch and Trigger” to “Assembly Regulation” §  6.3.4 Living Creature-like Architecture = Componential System + Collective Intelligence + Assembly Regulation §  6.4 The crucial and immediate demands of developing real-time re-configuring space as a living creature §  6.5 A Series of Experiments with the HyperCell System: §  6.5.1 HyperCell Geometric Principles and technical interpretation: §  6.5.2 The Applications of a HyperCell Furniture System and Future Evolution §  6.5.3 A Series of Developments with HyperCell §  6.6 Brief Conclusion §  6.7 Living creature-like space with its own intelligence and behavior §  6.7.1 Ambiguous Topology §  6.7.2 HyperLoop, an Intra-active Pavilion §  6.8 Conclusion 7 Conclusion and Future Recommendation §  7.1 Conclusion §  7.1.1 Information §  7.1.2 Improvisation §  7.1.3 Integration §  7.1.4 Intelligence = information + improvisation + integration §  7.2 Future Recommendation: §  7.2.1 Software §  7.2.2 Hardware §  7.2.3 Design Thinking Appendix Curriculum Vitae Publications Acknowledgements