關(guān)鍵詞：智能設(shè)計；智能材料設(shè)計；具身化

《設(shè)計》王冠云

《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)、機器學習、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”，除了使用先進技術(shù)進行輔助之外，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)境進行交互。我們團隊所擅長的4D 打印研究思路便是如此。[1]

我認為智能設(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)計本身是交叉學科，智能設(shè)計交叉了哪些學科？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)計交叉了很多學科，比如計算機科學與技術(shù)、心理學、機械工程、電氣自動化等，這些學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、生命科學、醫(yī)學等學科，這些學科知識幫助設(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)計的學科交叉屬性，設(shè)計師需與其他領(lǐng)域進行深度合作，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)學習，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)意的指導者。

《設(shè)計》：請介紹下浙江大學工業(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：浙江大學工業(yè)設(shè)計系設(shè)立在計算機科學與技術(shù)學院，天然具有學科交叉屬性，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與技術(shù)學院創(chuàng)辦了浙江大學工業(yè)設(shè)計系。專業(yè)擁有以中國工程院院士、國務(wù)院設(shè)計學學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)、機械工程等學科，是極具特色的跨學科教師團隊。

總體來講，浙江大學工業(yè)設(shè)計系從創(chuàng)立之日起就一直注重學科交叉能力的培養(yǎng)，要求學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。所以浙江大學工業(yè)設(shè)計系的學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、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)拓撲結(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。我們鼓勵同學們交流學習，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)顯示教學內(nèi)容中有《設(shè)計思維與表達：這是一本書》《設(shè)計思維與表達：折紙機器人》兩門課程，您希望通過課程讓學生建立怎樣的設(shè)計思維？

王冠云：在我們的課程中，同學們將接受設(shè)計思維訓練，并學習掌握各類前沿技術(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)該主動地擁抱變化，將人工智能視為提升效率和促進創(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，自己帶頭去學習新的技術(shù)和方法，另一方面要有意識地在教學中引導學生接觸前沿知識，使用先進技術(shù)輔助完成設(shè)計。而對于設(shè)計專業(yè)的學生，我覺得應(yīng)該將眼光放長遠，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，珍惜所有學習的機會。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)。