王冠云
浙江大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院、浙江大學(xué)國際設(shè)計研究院，研究員、博士生導(dǎo)師
王冠云，浙江大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院、浙江大學(xué)國際設(shè)計研究院，研究員，博士生導(dǎo)師，工業(yè)設(shè)計系副主任；浙江省杰出青年科學(xué)基金獲得者，小米青年學(xué)者；美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)人機交互系博士后，麻省理工學(xué)院媒體實驗室訪問學(xué)者，浙江大學(xué)數(shù)字化藝術(shù)與設(shè)計博士。主要研究領(lǐng)域為智能產(chǎn)品設(shè)計、變形材料與設(shè)計、數(shù)字化設(shè)計與制造方法、實體交互技術(shù)、4D打印等；主持國家自然科學(xué)基金、浙江省自然科學(xué)基金多項；研究成果在Nature、Science Advances、CHI、UIST、UbiComp等頂尖期刊及會議上發(fā)表；設(shè)計作品榮獲紅點、iF、Ars Electronica、SXSW、Dezeen等國際設(shè)計大獎；設(shè)計作品受邀參加中國設(shè)計大展、迪拜國際設(shè)計周、倫敦設(shè)計雙年展等國內(nèi)外設(shè)計展覽。
摘要：“智能”賦予設(shè)計過程自動化和智能化的能力，能夠幫助設(shè)計師更高效地解決問題。但這并不意味著設(shè)計師可以僅僅通過‘智能’手段完成設(shè)計，反而設(shè)計師更需要拓寬自身的設(shè)計思維，思考更有價值的問題和更加創(chuàng)新的解決方案，將智能技術(shù)作為設(shè)計輔助工具，處理好自身與智能技術(shù)的關(guān)系。在“智能”的加持下，設(shè)計師實際上更需要做的是轉(zhuǎn)變自身的角色和定位，更多地成為決策者和創(chuàng)意的指導(dǎo)者。
關(guān)鍵詞：智能設(shè)計；智能材料設(shè)計；具身化
Abstract："Intelligence" gives the ability to automate and intelligentize the design process， which can help designers solve problems more efficiently. However， this does not mean that designers can only complete the design through "intelligent" means， but designers need to broaden their own design thinking， think about more valuable problems and more innovative solutions， use intelligent technology as a design aid， and deal with their own relationship with intelligent technology. With the blessing of "intelligence"， what designers actually need to do is to change their role and positioning， and become more of a decision maker and creative director.
Keywords：Intelligent design; Smart material design; incarnate
《設(shè)計》：何為“智能設(shè)計”？請談?wù)勀鷮Α爸悄茉O(shè)計”及其要素的理解，以及智能設(shè)計中的“智能”和“設(shè)計”是怎樣的關(guān)系？
王冠云：“智能設(shè)計”是指將先進(jìn)的信息技術(shù)等融入到設(shè)計過程，輔助設(shè)計師完成設(shè)計的新范式。通常情況下，我們所理解的智能設(shè)計是利用大數(shù)據(jù)、機器學(xué)習(xí)、自然語言處理，包括現(xiàn)在很火的大模型等技術(shù)，用于優(yōu)化設(shè)計流程、提升創(chuàng)新性和效率，比如自動生成草圖等設(shè)計方案、預(yù)測用戶需求、分析數(shù)據(jù)等，從而為設(shè)計的不同階段提供智能化的輔助。
但智能設(shè)計所包含的遠(yuǎn)不止這些，比如我一直關(guān)注和研究的“智能材料設(shè)計”，除了使用先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行輔助之外，更重要的是利用材料的“智能屬性”完成設(shè)計。這里的“智能屬性”指材料在受到外部環(huán)境改變或相應(yīng)條件刺激的情況下自動發(fā)生反饋，如形狀記憶合金、聚合物等。由此，我們可以依靠材料的“智能屬性”對環(huán)境進(jìn)行交互。我們團(tuán)隊所擅長的4D打印研究思路便是如此。[1]
我認(rèn)為智能設(shè)計中的“智能”和“設(shè)計”是相輔相成的。“設(shè)計”最開始是由設(shè)計師借助自身的智慧、經(jīng)驗、靈感等來解決實際中遇到的某一問題。隨著科技的發(fā)展，“智能”賦予設(shè)計過程自動化和智能化的能力，能夠幫助設(shè)計師更高效地解決問題。但這并不意味著設(shè)計師可以僅僅通過“智能”手段完成設(shè)計，反而設(shè)計師更需要拓寬自身的設(shè)計思維，思考更有價值的問題和更加創(chuàng)新的解決方案，將智能技術(shù)作為設(shè)計輔助工具，處理好自身與智能技術(shù)的關(guān)系。
《設(shè)計》：設(shè)計本身是交叉學(xué)科，智能設(shè)計交叉了哪些學(xué)科？在“智能”的加持下，設(shè)計師面臨的是怎樣的新設(shè)計范式？
王冠云：智能設(shè)計交叉了很多學(xué)科，比如計算機科學(xué)與技術(shù)、心理學(xué)、機械工程、電氣自動化等，這些學(xué)科的知識和方法能夠幫助我們快速完成設(shè)計，提高設(shè)計的效率。除此之外，智能設(shè)計還交叉了材料科學(xué)、生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)等學(xué)科，這些學(xué)科知識幫助設(shè)計師在特定領(lǐng)域和場景下完成設(shè)計，為設(shè)計師提供必要的背景知識。
在智能時代，設(shè)計師需適應(yīng)新的設(shè)計范式。由于智能設(shè)計的學(xué)科交叉屬性，設(shè)計師需與其他領(lǐng)域進(jìn)行深度合作，借鑒彼此經(jīng)驗優(yōu)化設(shè)計的合理性。同時，隨著技術(shù)快速發(fā)展，設(shè)計師需持續(xù)學(xué)習(xí)，掌握最新知識和技能，以保持競爭力。還要充分利用智能設(shè)計工具，如人工智能技術(shù)，有助于設(shè)計師更專注于創(chuàng)意和細(xì)節(jié)。因此，在“智能”的加持下，設(shè)計師實際上更需要做的是轉(zhuǎn)變自身的角色和定位，更多地成為決策者和創(chuàng)意的指導(dǎo)者。
《設(shè)計》：請介紹下浙江大學(xué)工業(yè)設(shè)計系及有哪些特點？在智能設(shè)計方面是否有所側(cè)重？
王冠云：浙江大學(xué)工業(yè)設(shè)計系設(shè)立在計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，天然具有學(xué)科交叉屬性，在全國也是獨一無二的存在。1990年，由時任校長路甬祥院士提議、潘云鶴院士牽頭在計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院創(chuàng)辦了浙江大學(xué)工業(yè)設(shè)計系。專業(yè)擁有以中國工程院院士、國務(wù)院設(shè)計學(xué)學(xué)科評議組成員等專家領(lǐng)銜的國內(nèi)一流師資隊伍。專業(yè)教師的背景涵蓋了工業(yè)設(shè)計、計算機、數(shù)字媒體技術(shù)、機械工程等學(xué)科，是極具特色的跨學(xué)科教師團(tuán)隊。
總體來講，浙江大學(xué)工業(yè)設(shè)計系從創(chuàng)立之日起就一直注重學(xué)科交叉能力的培養(yǎng)，要求學(xué)生們不僅要掌握基本的設(shè)計概念和方法，更要有從多個角度分析和解決問題的能力。所以浙江大學(xué)工業(yè)設(shè)計系的學(xué)生普遍具有較強的綜合素質(zhì)，不僅會設(shè)計，更會借助相應(yīng)的技術(shù)來完成設(shè)計。
《設(shè)計》：您個人更關(guān)注智能設(shè)計的哪些細(xì)分領(lǐng)域？能否結(jié)合案例介紹一下？
王冠云：我個人更關(guān)注智能材料領(lǐng)域，特別是以智能材料的自主感知與自主驅(qū)動為核心的智能交互設(shè)計技術(shù)。智能材料因其能夠感知外部刺激，主動判斷并自發(fā)執(zhí)行相應(yīng)功能，為創(chuàng)造更精準(zhǔn)、更自然、更好用的交互產(chǎn)品與系統(tǒng)提供了可能性。
智能材料的自主變形特性是其重要的特色之一，在機器人、極端環(huán)境、新能源、智能產(chǎn)品系統(tǒng)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。例如我們?nèi)ツ臧l(fā)表在《自然》期刊上的國際合作成果“人造種子載體（E-seed）”就是模擬自然界中自螺旋植物牻牛兒苗種子的形態(tài)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了種子在潮濕環(huán)境中自發(fā)螺旋式鉆土的特性（圖1）。[2]
在智能制造的4D打印領(lǐng)域，智能材料具有重要研究與應(yīng)用價值。例如，我們通過規(guī)劃打印路徑控制熱塑材料殘余應(yīng)力的釋放方向，并通過實驗驗證了該種變形驅(qū)動方法，提出了多種低成本4D打印變形技術(shù)，極大地降低了4D打印技術(shù)的門檻：包括利用像素化原理分解可變形與非變形區(qū)域的4D打印線性結(jié)構(gòu)設(shè)計方法[3]、基于各向同性收縮原理的4D打印立體結(jié)構(gòu)設(shè)計方法[4]、基于齒輪結(jié)構(gòu)的變形意大利面設(shè)計方法[5]、基于非可展開曲面的4D打印家具設(shè)計方法[6]等。利用此類變形技術(shù)可快速制造出傳統(tǒng)方法難以制造的復(fù)雜造型，并大大減少制造時間和成本，為定制化設(shè)計創(chuàng)造巨大的優(yōu)勢（圖2）。
再舉一個直觀的案例：我們將4D打印智能材料與電路結(jié)合，突破了傳統(tǒng)工藝只能制作二維平面電路板的界限，極大地拓展了電路板的三維外形設(shè)計空間，并實現(xiàn)了自我折疊機器人、智能交互產(chǎn)品等設(shè)計案例（圖3、4）。[7]
除此以外，我們也有額外關(guān)注一些大模型驅(qū)動的設(shè)計，比如Diffusion模型文生圖等，會用這些大模型來輔助團(tuán)隊完成一些科研等工作。
《設(shè)計》：請介紹下您的實驗室智慧形態(tài)實驗室，以及您對于“智慧形態(tài)”有哪些思考？
王冠云：智慧形態(tài)實驗室是一個跨學(xué)科的培養(yǎng)平臺，匯聚了來自不同背景、對工業(yè)設(shè)計、人機交互和變形界面感興趣的同學(xué)。我們鼓勵同學(xué)們交流學(xué)習(xí)，并支持他們結(jié)合自身專業(yè)特長開展不同類型的科研項目（圖5）。
我們團(tuán)隊聚焦的智慧形態(tài)主要依賴變形材料來實現(xiàn)。我們會研究材料變形的機制，不斷探索變形材料的應(yīng)用可能性。變形材料與設(shè)計涉及到我們生活的方方面面，在智能產(chǎn)品設(shè)計中具有巨大的潛力，也涉及到生產(chǎn)制造的各個環(huán)節(jié)，尤其是隨著個性化設(shè)計需求的提升，變形材料設(shè)計、4D打印方法等能快速解決日益旺盛的市場需求。
《設(shè)計》：您的官網(wǎng)顯示教學(xué)內(nèi)容中有《設(shè)計思維與表達(dá)：這是一本書》《設(shè)計思維與表達(dá)：折紙機器人》兩門課程，您希望通過課程讓學(xué)生建立怎樣的設(shè)計思維？
王冠云：在我們的課程中，同學(xué)們將接受設(shè)計思維訓(xùn)練，并學(xué)習(xí)掌握各類前沿技術(shù)，如智能材料、3D打印、激光切割、電子控制等，反復(fù)實驗，不斷迭代，完成最終作品的設(shè)計創(chuàng)造。我們希望全方面鍛煉同學(xué)們從設(shè)計到制作，從具象到抽象的創(chuàng)造能力。我們注重挑戰(zhàn)學(xué)生的創(chuàng)意，鼓勵他們打破常規(guī)思考問題，并親自動手實現(xiàn)從概念到現(xiàn)實的轉(zhuǎn)化（圖6、7）。
《設(shè)計》：對于設(shè)計教育、設(shè)計專業(yè)的教師和學(xué)生來說，應(yīng)以怎樣的姿態(tài)迎接人工智能時代？
王冠云：我們應(yīng)該主動地?fù)肀ё兓瑢⑷斯ぶ悄芤暈樘嵘屎痛龠M(jìn)創(chuàng)意的工具，并善于利用它來協(xié)同合作。作為設(shè)計專業(yè)的教師，我們一方面要努力跟上時代，自己帶頭去學(xué)習(xí)新的技術(shù)和方法，另一方面要有意識地在教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生接觸前沿知識，使用先進(jìn)技術(shù)輔助完成設(shè)計。而對于設(shè)計專業(yè)的學(xué)生，我覺得應(yīng)該將眼光放長遠(yuǎn)，培養(yǎng)前沿意識，不要把自己局限在設(shè)計和相關(guān)領(lǐng)域，而應(yīng)該尊重所有知識，珍惜所有學(xué)習(xí)的機會。只有努力跟上時代的步伐，擁有更全面的知識和能力儲備，才能在人工智能時代甚至更遠(yuǎn)的未來找到自身的核心競爭力。
《設(shè)計》：隨著人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的發(fā)展，您認(rèn)為智能設(shè)計的發(fā)展趨勢和前景如何？您有哪些期待或展望？
王冠云：我認(rèn)為智能設(shè)計正朝著具身化的大方向發(fā)展。例如在智能材料領(lǐng)域，通過將智能材料的前沿探索運用在實體技術(shù)上，實現(xiàn)材料的智能感知，將成為智能設(shè)計的重要發(fā)展方向。這種趨勢將極大地推動設(shè)計領(lǐng)域的創(chuàng)新，提升設(shè)計的智能化、個性化水平。
我期待人工智能等技術(shù)的發(fā)展能夠為設(shè)計領(lǐng)域帶來更多的新穎變化，為設(shè)計師創(chuàng)造出更多的可能性。另外，我認(rèn)為未來的智能設(shè)計將在“情感”上產(chǎn)生重大突破，具備真實人類的情感，我們一定能看到更多突破性的智能設(shè)計作品涌現(xiàn)。
參考文獻(xiàn)：
[1] 王冠云，潘德瀛，張雨陽，陶冶，孫凌云.4D打印變形設(shè)計策略研究[J].創(chuàng)意與設(shè)計， 2022（5）：24-32.
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[6] Wang G， Yang H， Yan Z， et al. 4DMesh：4D Printing Morphing Non-Developable Mesh Surfaces[C]//The 31st Annual ACM Symposium. ACM， 2018.
[7] Wang G， Qin F， Liu H， et al. MorphingCircuit：An Integrated Design， Simulation， and Fabrication Workflow for Self-morphing Electronics[J] ACM Interact. Mob. Wearable Ubiquitous Technol， 2020， 4， 4， Article 157.