過去的建築給人的印象大多為靜態、不可動的。但隨著時代的演變及建造科技的進步，仿生的想法與動態建築的出現，以及資訊科技開始改變過去的空間關係，啟動了許多建築設計與新的想像與概念。本研究主要探討自然界具分散式結構的棘皮生物，藉由了解此生物的生理構造、運動行為，以及其單體的幾何、角度等研究，並整合實體運算和數位製造，進而發展ㄧ種分散式聚合之動態機構原型。

為達上述研究目的，首先我們進行棘皮生物（以海星為例）之生理構造和運動狀態的仿生研究，經由相關文獻回顧與案例研究建構理論基礎，並透過下列步驟進行了解，包括 (1)聚合之樣式性 Pattern：以幾何單體的向度與轉折發展將棘皮仿生的分散式構造加以轉化。(2)聚合之幾何性 Geometry：分散式單體之幾何關係與動態角度設定與發展。(3)聚合之傳動性 Transmission：分散式單體與鄰近單體間的力傳遞性與動態機構所使用的傳動連結系統。(4)聚合之組合性Combination：樣式、排列、向度、轉折、角度設定對於原型的組合性影響。(5)透過前述之研究進而發展聚合動態機構原型，並透過設計實驗討論其可能的應用。

本研究藉由整合仿生、資訊、製造與構築等設計過程，其所建構的原型具有動態性的構築空間、分散式聚合的構造系統，以及即時性的資訊互動等三個面向，同時此原型具有結構性、承載性、變動性、包覆性、移動性等動態空間特質，是為一種平面之線性轉折、扭轉之曲面皺摺、抬起下擺之聚合與區域型變的超自由動態面體。藉由此動態原型的研究，提供建築在未來有不同層面的想像與創意的可能性，如軟構築、空間圍塑、資訊互動與外在環境之型態關係等。相關研究的討論與發現詳見本論文。

In the past, the word "architecture" gave the impression of being static and immovable. Through the changes of the ages and with the improvement in construction technology, the appearance of bionic ideas, dynamic architecture, and information technology has started to change the past spatial relationships, and many new concepts and imagination have arisen in the field of architectural designs. This research will investigate echinoderm, which has a naturally transformed modular structure. By understanding the physiological structure, movements, geometry, angles and such and by integrating physical computing and digital fabrication, we will propose a prototype of dynamic structure with the distributive aggregation.

To accomplish the aim of this research, we first conducted a bionic study on the physiological structure and movements of echinoderm (e.g., starfish) and reviewed related literatures and study design cases to create a theoretical foundation through the following steps. (1) Patterns of aggregation: using the dimensions, transition, and development of geometric units to convert echinoderm's deformed structure. (2) Geometry of aggregation: setting and development of dynamic angles and the geometric relationships of separate units. (3) Transmission of aggregation: the mechanical transmission between separate units and neighboring units as well as the linking mechanisms required for a dynamic structure. (4) Combination of aggregation: the combined impact of style, arrangement, dimension, joints, and angles on the model. (5) Finally, we will develop a prototype with an
aggregative dynamic structure and discuss the possible applications through design experiments.

This research applied a design process that combines bionics, information technology, fabrication, and construction in order to build a prototype with dynamic structure space, transformed dynamic tectonics, and real-time information interaction. Moreover, the prototype has dynamic spatial qualities such as bearing resistance, variability, envelopment, flexibility, and mobility. It is a super dynamic surface with linear joint on a flat surface and crease on the reverse, and it is changeable at a modular or at a whole level. The research provides insights into the possibilities in architectural innovations and creations at many levels such as soft construction, spatial enclosure, interactive information, and forms of the external environment. Further discussions and findings of this research are illustrated in the paper.

目錄：
第一章  緒論         	
1-1 研究動機 -2-
1-1-1 先期仿生設計的啟發 -4-
1-1-2 動態性的空間美學 -4-
1-1-3 建築結構與皮層的關係改變 -5-
1-1-4 仿生與建築的可能性 -5-
1-1-5 人體資訊與空間的互聯性 -6-
1-2研究目的 -7-
1-2-1 分散式構造之動態構築空間 -7-
1-2-2 仿生原型構造系統 -8-
1-2-3 即時的資訊交流與互動 -8-
1-3研究流程 -9-
第二章 文獻回顧         	
2-1仿生與聚合 -11-
2-1-1 棘皮生物之分散式聚合 -11-
2-1-2 聚合之型態與空間 -18-
2-1-3 聚合之密度與強度 -20-
2-1-4 聚合之傳動與力傳遞 -22-
2-1-5 聚合之向度與形變 -24-
2-2建築的可動與互動 -26-
2-2-1 可動建築與支應性 -27-
2-2-2 互動建築與資訊性 -29-
2-2-3 群聚智慧與分散性 -31-
2-3小結 -32-
第三章 案例研究
3-1線性形變 -35-
3-2面性形變 -39-
3-3體性形變 -43-
第四章 先期研究：仿生聚合單體    
4-1聚合之樣式性 Pattern -48-
4-1-1 樣式研究 -49-
4-1-2 折線測試 -53-
4-1-3 轉折向度發展 -54-
4-2聚合之幾何性 Geometry -55-
4-2-1 幾何與分散式結構 -55-
4-2-2 幾何與動態角度設定 -56-
4-3聚合之傳動性 Transmission -58-
4-3-1 線聚合 -58-
4-3-2 面聚合 -62-
4-4聚合之組合性 Combination -63-
4-4-1 二單體形變（兩單體聚合） -64-
4-4-1 二單元形變（八單體聚合） -65-
4-4-3 長形單元組合（無數單體聚合）-66-
4-4-4 矩形單元組合（無數單體聚合） -67-
4-4-5 面聚合形變 -69-
第五章  動態機構原型     
5-1單元機構 -72-
5-1-1 單體建構 -73-
5-1-2 單元組合 -81-
5-2群體聚合 -82-
5-2-1 線性聚合 -83-
5-2-2 面性聚合 -87-
5-3互動機制 -91-
5-3-1 互動架構 -91-
5-3-2 硬體構件(氣壓缸系統) -93-
5-3-3 程式邏輯 -97-
5-4小結 -107-
5-5操作過程 -108-
第六章  動態原型應用
6-1機構特性與應用 -117-
6-2設計實驗發展 -122-
第七章  結論與建議 -132-
參考文獻 -137-
參考網站 -138-
附錄 -139-

圖目錄：
第一章  緒論
[圖1-1]仿生概念模 -3-
[圖1-2]開口摺紙測試 -3-
[圖1-3] LEGO+ARDUINO -3-
[圖1-4]動態機構原型 -3-
[圖1-5]研究架構 -9-
[圖1-6]生物骨骼分類表 -12-
第二章  文獻回顧
[圖2-1]棘皮海星骨骼 -12-
[圖2-2]棘皮生物概觀 -13-
[圖2-3]海星表皮骨骼 -14-
[圖2-4]海星表皮 -14-
[圖2-5]海星運動型態 -15-
[圖2-6]海星翻身分解 -15-
[圖2-7]海星表皮運動 -16-
[圖2-8]海星肢體運動1 -18-
[圖2-9]海星肢體運動2 -19-
[圖2-10]海星骨骼系統 -20-
[圖2-11]蜂巢結構系統 -20-
[圖2-12]海星表皮骨片 -22-
[圖2-13]分散式單元結構系統 -22-
[圖2-14]水平垂直結構系統 -23-
[圖2-15]分散式結構系統 -23-
[圖2-16]海星肢體 -24-
[圖2-17]摺紙單元向度 -24-
[圖2-18]密西根美術館 -25-
[圖2-19] FUN PALACE -27-
[圖2-20] BOID的三種行為 -31-
第三章  案例研究
[圖3-1] Rolling bridge 1 -35-
[圖3-2] Rolling bridge 2 -35-
[圖3-3] Rolling bridge 3 -36-
[圖3-4] Rolling bridge 4 -36-
[圖3-5] Quadracci Pavilion 1 -37-
[圖3-6] Quadracci Pavilion 2 -37-
[圖3-7] Quadracci Pavilion 3 -38-
[圖3-8] Quadracci Pavilion 4 -38-
[圖3-9] Hyposurface2 -39-
[圖3-10] Hyposurface3 -39-
[圖3-11] Hyposurface4 -40-
[圖3-12] Hyposurface單元 -40-
[圖3-13] Hyposurface氣壓缸 -40-
[圖3-14] Kiefer Technic Showroom 1 -41-
[圖3-15] Kiefer Technic Showroom 2 -41-
[圖3-16] Kiefer Technic Showroom 3 -42-
[圖3-17] Kiefer Technic Showroom 4 -42-
[圖3-18] Muscle Tower II 1 -43-
[圖3-19] Muscle Tower II 2 -43-
[圖3-20] Muscle Tower II 3 -44-
[圖3-21] WhoWhatWhenAIR 1 -45-
[圖3-22] WhoWhatWhenAIR 2 -45-
[圖3-23] WhoWhatWhenAIR 3 -46-
[圖3-24] WhoWhatWhenAIR 4 -46-
第四章  先期研究：仿生聚合單體
[圖4-1]樣式研究1 -49-
[圖4-2]樣式研究2 -49-
[圖4-3]樣式研究3 -50-
[圖4-4]樣式研究4 -50-
[圖4-5]矩形向度1 -51-
[圖4-6]矩形向度2 -51-
[圖4-7]矩形轉折 -51-
[圖4-8]三角幾何向度1 -52-
[圖4-9]三角幾何向度2 -52-
[圖4-10]三角幾何轉折 -52-
[圖4-11]折線測試 -53-
[圖4-12]轉折向度發展 -54-
[圖4-13]正反向度折線排列 -54-
[圖4-14]幾何與分散式結構 -55-
[圖4-15]幾何底面與頂點角度關係 -56-
[圖4-16]幾何底面與轉折行程 -56-
[圖4-17]動態角度設定 -57-
[圖4-18]幾何轉折角度累積 -57-
[圖4-19]聚合形變-上揚 -59-
[圖4-20]聚合形變-下擺 -59-
[圖4-18]幾何轉折角度累積 -57-
[圖4-19]聚合形變-上揚 -59-
[圖4-20]聚合形變-下擺 -59-
[圖4-21]聚合形變-收縮 -60-
[圖4-22]聚合形變-伸張 -60-
[圖4-23]分散性的線聚合傳遞系統 -61-
[圖4-24]分散性的面聚合傳遞系統 -62-
[圖4-25]二單體形變 -64-
[圖4-26]二單元形變 -65-
[圖4-27]長形單元組合轉折 -66-
[圖4-28]長形單元組合轉折型態 -66-
[圖4-29]矩形單元組合轉折 -67-
[圖4-30]矩形單元組合轉折型態 -67-
[圖4-31]線聚合單元型態之運動分解 -68-
[圖4-32]面聚合 -69-
[圖4-33]向度轉折聚合 -69-
[圖4-34]反向轉折聚合 -69-
[圖4-35]向心聚合 -70-
[圖4-36]偏心聚合 -70-
[圖4-37]扭轉聚合 -70-
第五章  動態機構原型
[圖5-1]單體建構1 -73-
[圖5-2]單體建構2 -73-
[圖5-3] 60度運動行程與幾何分析 -74-
[圖5-4] 45度運動行程與幾何分析 -74-
[圖5-5] 30度運動行程與幾何分析 -75-
[圖5-6]動態原型二單體 -76-
[圖5-7]動態原型二單元 -76-
[圖5-8]動態原型輕量化 -76-
[圖5-9]動態原型製作過程 壓克力 -77-
[圖5-10]動態原型製作過程 組件列印1 -77-
[圖5-11]動態原型製作過程 組件列印2 -78-
[圖5-12]動態原型製作過程 組件列印3 -78-
[圖5-13]動態原型兩單體組合 -78-
[圖5-14]動力系統組合 -79-
[圖5-15]動力系統三向度配置 -79-
[圖5-16]動力系統組裝 機構持平 -80-
[圖5-17]動力系統組裝 機構抬升 -80-
[圖5-18]動力系統組裝 機構下擺 -80-
[圖5-19]單元組合 -81-
[圖5-20]系統組件編號 -82-
[圖5-21]線性聚合 區塊示意 -83-
[圖5-22]線性單體聚合 -84-
[圖5-23]線性單元聚合 -84-
[圖5-24]三向度轉折 -85-
[圖5-25]向度A轉折 -85-
[圖5-22]線性單體聚合 -84-
[圖5-23]線性單元聚合 -84-
[圖5-24]三向度轉折 -85-
[圖5-25]向度A轉折 -85-
[圖5-26]向度B轉折 -86-
[圖5-27]向度C轉折 -86-
[圖5-28]扭轉聚合 -88-
[圖5-29]向心聚合 -89-
[圖5-30]偏心聚合 -90-
[圖5-31]互動架構與機制 -91-
[圖5-32]ARDUINO MEGA 2560控制板 -92-
[圖5-33]氣壓缸組件 -93-
[圖5-34]氣壓缸規格 -94-
[圖5-35]氣壓缸控制系統建構 -95-
[圖5-36]氣壓缸控制盒組裝成品 -96-
[圖5-37]電磁閥組件 -96-
[圖5-38]聚合運作轉換 -97-
[圖5-39]缸體控制點定義 -97-
[圖5-40]向度A之線性聚合 -100-
[圖5-41]向度B之線性聚合 -101-
[圖5-42]向度C之線性聚合 -101-
[圖5-43]正向向心聚合 -102-
[圖5-44]反向向心聚合 -102-
[圖5-45]正向偏心聚合 -103-
[圖5-46]反向偏心聚合 -104-
[圖5-47]正反向偏心聚合步驟二 -104-
[圖5-48]正向扭轉聚合步驟一 -105-
[圖5-49]反向扭轉聚合步驟一 -105-
[圖5-50]正向扭轉聚合步驟二 -106-
[圖5-51]反向扭轉聚合步驟二 -106-
[圖5-52]線聚合單體測試1 -108-
[圖5-53]線聚合單體測試2 -108-
[圖5-54]線聚合單體測試3 -108-
[圖5-55]線聚合原型組件三維列印製造 -109-
[圖5-56]線聚合原型組件與氣壓缸系統組裝 -109-
[圖5-57]線聚合原型組件組裝 -109-
[圖5-58]線聚合原型機構測試 -110-
[圖5-59]線聚合原型機構組裝圖 -111-
[圖5-60]線聚合原型傳動系統 -111-
[圖5-61]線聚合測試模型聚合點材料探討 -111-
[圖5-62]面聚合單體模型測試1 -112-
[圖5-63]面聚合單體模型測試2 -112-
[圖5-64]面聚合單體模型測試3 -112-
[圖5-65]面聚合30度單體模型測試 -112-
[圖5-66]面聚合原型機構組裝1 -113-
[圖5-67]面聚合原型機構組裝2 -113-
[圖5-68]面聚合原型機構組裝3 -113-
[圖5-69]面聚合原型機構組裝4 -114-
[圖5-70]面聚合原型機構組裝5 -114-
[圖5-71]氣壓缸電磁閥控制系統組裝 -115-
[圖5-72]氣壓缸電磁閥控制系統測試 -115-
第六章  動態原型應用
[圖6-1]納莉風災 -118-
[圖6-2]都市與水文 -118-
[圖6-3]原型置入都市與水岸介面 -119-
[圖6-4]聚水形變 -120-
[圖6-5]包覆形變 -120-
[圖6-6]擋水形變1 -121-
[圖6-7]擋水形變2 -121-
[圖6-8]排水形變 -121-
[圖6-9] 2006-2014降雨量 -122-
[圖6-10]降雨時間軸 -123-
[圖6-11]形變機能時間軸 -123-
[圖6-12]警戒水位與形變觸發 -125-
[圖6-13]四種形變與時間軸 -126-
[圖6-14]動態原型之單元尺寸 -127-
[圖6-15]動態原型架構拆解圖 -128-
[圖6-16]動態原型之各種應用示意圖 -129-
[圖6-17]動態原型應用擋水形變示意圖 -130-
[圖6-18]動態原型應用集水形變示意圖 -130-
[圖6-19]動態原型應用小尺度形變示意圖 -131-
[圖6-20]動態原型應用大尺度形變示意圖 -131-
附錄
[圖8-1]蟹足運動分解 -140-
[圖8-2]蟹足肌肉運動 -141-
[圖8-3]內外骨骼結構與發想 -141-
[圖8-4]內外結構牽動與單元思考 -142-
[圖8-5]單元與皮層運動1 -143-
[圖8-6]單元與皮層運動2 -144-
[圖8-7]單元與皮層運動3 -145-
[圖8-8]單元與皮層運動4 -146-
[圖8-9]單元皮層運動測試 -147-
[圖8-10]系統架構剖面 -148-
[圖8-11]運動單元分解與結構皮層示意 -149-
[圖8-12]構造與材料說明 -149-
[圖8-13]仿生概念模 -150-
[圖8-14]開口摺紙測試 -150-
[圖8-15]LEGO+ARDUINO -150-
[圖8-16]電磁閥控制器製作過程 -151-
[圖8-17]氣壓缸控制器製作 -151-
[圖8-18]動態機構原型 -151-

參考文獻
[ 中文部分 ]

李清志1998《機械建築–機械美學與建築形式》，台北市，創興出版社有限公司

何炯德2007《Responsive Volatility 活潑建築》，台中市，東海大學創藝院建築研究中心

何炯德2013《Biomimetic Micro-Ecosystem仿生微生系》，台北市，田園城市文化事業有限公司

劉育東2003《數位建築發展-2002遠東國際數位建築獎》，台北市，上博國際圖書有限公司

劉育東2004《數位建築多樣性-2003遠東國際數位建築獎》，台北市，上博國際圖書有限公司

劉育東2005《展現數位建築-第五屆遠東國際數位建築獎》，台北市，上博國際圖書有限公司

[ 外文部分 ]

Micheal Fox , Miles kemp , 2009"Interactive Architecture"，Princeton Architectural Press; 1              
edition

Micheal , 2010"MOVE: Architecture in Motion - Dynamic Components and               
Oliver Schaeffer , Elements"，Walter de Gruyter
Michael-Marcus Vogt 

O'Sullivan D.&lgoe , 2004"Physical Computing: Sensing and Controlling the Physical World
with Computers"，Thomson

Peter Zellner , 2000"Hybrid Space: Generative Form and Digital Architecture"，Thames & Hudson Ltd 

Yu-Tung Liu , 2002"Defining digital architecture-2001 FEIDAD Award"，BIRKHAUSER