王冠云
浙江大學計算機科學與技術學院、浙江大學國際設計研究院，研究員、博士生導師
王冠云，浙江大學計算機科學與技術學院、浙江大學國際設計研究院，研究員，博士生導師，工業設計系副主任；浙江省杰出青年科學基金獲得者，小米青年學者；美國卡內基梅隆大學人機交互系博士后，麻省理工學院媒體實驗室訪問學者，浙江大學數字化藝術與設計博士。主要研究領域為智能產品設計、變形材料與設計、數字化設計與制造方法、實體交互技術、4D打印等；主持國家自然科學基金、浙江省自然科學基金多項；研究成果在Nature、Science Advances、CHI、UIST、UbiComp等頂尖期刊及會議上發表；設計作品榮獲紅點、iF、Ars Electronica、SXSW、Dezeen等國際設計大獎；設計作品受邀參加中國設計大展、迪拜國際設計周、倫敦設計雙年展等國內外設計展覽。
摘要：“智能”賦予設計過程自動化和智能化的能力，能夠幫助設計師更高效地解決問題。但這并不意味著設計師可以僅僅通過‘智能’手段完成設計，反而設計師更需要拓寬自身的設計思維，思考更有價值的問題和更加創新的解決方案，將智能技術作為設計輔助工具，處理好自身與智能技術的關系。在“智能”的加持下，設計師實際上更需要做的是轉變自身的角色和定位，更多地成為決策者和創意的指導者。
關鍵詞：智能設計；智能材料設計；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
《設計》：何為“智能設計”？請談談您對“智能設計”及其要素的理解，以及智能設計中的“智能”和“設計”是怎樣的關系？
王冠云：“智能設計”是指將先進的信息技術等融入到設計過程，輔助設計師完成設計的新范式。通常情況下，我們所理解的智能設計是利用大數據、機器學習、自然語言處理，包括現在很火的大模型等技術，用于優化設計流程、提升創新性和效率，比如自動生成草圖等設計方案、預測用戶需求、分析數據等，從而為設計的不同階段提供智能化的輔助。
但智能設計所包含的遠不止這些，比如我一直關注和研究的“智能材料設計”，除了使用先進技術進行輔助之外，更重要的是利用材料的“智能屬性”完成設計。這里的“智能屬性”指材料在受到外部環境改變或相應條件刺激的情況下自動發生反饋，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]
我認為智能設計中的“智能”和“設計”是相輔相成的?！霸O計”最開始是由設計師借助自身的智慧、經驗、靈感等來解決實際中遇到的某一問題。隨著科技的發展，“智能”賦予設計過程自動化和智能化的能力，能夠幫助設計師更高效地解決問題。但這并不意味著設計師可以僅僅通過“智能”手段完成設計，反而設計師更需要拓寬自身的設計思維，思考更有價值的問題和更加創新的解決方案，將智能技術作為設計輔助工具，處理好自身與智能技術的關系。
《設計》：設計本身是交叉學科，智能設計交叉了哪些學科？在“智能”的加持下，設計師面臨的是怎樣的新設計范式？
王冠云：智能設計交叉了很多學科，比如計算機科學與技術、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計，提高設計的效率。除此之外，智能設計還交叉了材料科學、生命科學、醫學等學科，這些學科知識幫助設計師在特定領域和場景下完成設計，為設計師提供必要的背景知識。
在智能時代，設計師需適應新的設計范式。由于智能設計的學科交叉屬性，設計師需與其他領域進行深度合作，借鑒彼此經驗優化設計的合理性。同時，隨著技術快速發展，設計師需持續學習，掌握最新知識和技能，以保持競爭力。還要充分利用智能設計工具，如人工智能技術，有助于設計師更專注于創意和細節。因此，在“智能”的加持下，設計師實際上更需要做的是轉變自身的角色和定位，更多地成為決策者和創意的指導者。
《設計》：請介紹下浙江大學工業設計系及有哪些特點？在智能設計方面是否有所側重？
王冠云：浙江大學工業設計系設立在計算機科學與技術學院，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學院創辦了浙江大學工業設計系。專業擁有以中國工程院院士、國務院設計學學科評議組成員等專家領銜的國內一流師資隊伍。專業教師的背景涵蓋了工業設計、計算機、數字媒體技術、機械工程等學科，是極具特色的跨學科教師團隊。
總體來講，浙江大學工業設計系從創立之日起就一直注重學科交叉能力的培養，要求學生們不僅要掌握基本的設計概念和方法，更要有從多個角度分析和解決問題的能力。所以浙江大學工業設計系的學生普遍具有較強的綜合素質，不僅會設計，更會借助相應的技術來完成設計。
《設計》：您個人更關注智能設計的哪些細分領域？能否結合案例介紹一下？
王冠云：我個人更關注智能材料領域，特別是以智能材料的自主感知與自主驅動為核心的智能交互設計技術。智能材料因其能夠感知外部刺激，主動判斷并自發執行相應功能，為創造更精準、更自然、更好用的交互產品與系統提供了可能性。
智能材料的自主變形特性是其重要的特色之一，在機器人、極端環境、新能源、智能產品系統等領域具有廣闊的應用前景。例如我們去年發表在《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拓撲結構，實現了種子在潮濕環境中自發螺旋式鉆土的特性（圖1）。[2]
在智能制造的4D打印領域，智能材料具有重要研究與應用價值。例如，我們通過規劃打印路徑控制熱塑材料殘余應力的釋放方向，并通過實驗驗證了該種變形驅動方法，提出了多種低成本4D打印變形技術，極大地降低了4D打印技術的門檻：包括利用像素化原理分解可變形與非變形區域的4D打印線性結構設計方法[3]、基于各向同性收縮原理的4D打印立體結構設計方法[4]、基于齒輪結構的變形意大利面設計方法[5]、基于非可展開曲面的4D打印家具設計方法[6]等。利用此類變形技術可快速制造出傳統方法難以制造的復雜造型，并大大減少制造時間和成本，為定制化設計創造巨大的優勢（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合，突破了傳統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計空間，并實現了自我折疊機器人、智能交互產品等設計案例（圖3、4）。[7]
除此以外，我們也有額外關注一些大模型驅動的設計，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。
《設計》：請介紹下您的實驗室智慧形態實驗室，以及您對于“智慧形態”有哪些思考？
王冠云：智慧形態實驗室是一個跨學科的培養平臺，匯聚了來自不同背景、對工業設計、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，并支持他們結合自身專業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主要依賴變形材料來實現。我們會研究材料變形的機制，不斷探索變形材料的應用可能性。變形材料與設計涉及到我們生活的方方面面，在智能產品設計中具有巨大的潛力，也涉及到生產制造的各個環節，尤其是隨著個性化設計需求的提升，變形材料設計、4D打印方法等能快速解決日益旺盛的市場需求。
《設計》：您的官網顯示教學內容中有《設計思維與表達：這是一本書》《設計思維與表達：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計思維？
王冠云：在我們的課程中，同學們將接受設計思維訓練，并學習掌握各類前沿技術，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，完成最終作品的設計創造。我們希望全方面鍛煉同學們從設計到制作，從具象到抽象的創造能力。我們注重挑戰學生的創意，鼓勵他們打破常規思考問題，并親自動手實現從概念到現實的轉化（圖6、7）。
《設計》：對于設計教育、設計專業的教師和學生來說，應以怎樣的姿態迎接人工智能時代？
王冠云：我們應該主動地擁抱變化，將人工智能視為提升效率和促進創意的工具，并善于利用它來協同合作。作為設計專業的教師，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，使用先進技術輔助完成設計。而對于設計專業的學生，我覺得應該將眼光放長遠，培養前沿意識，不要把自己局限在設計和相關領域，而應該尊重所有知識，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。
《設計》：隨著人工智能、大數據等技術的發展，您認為智能設計的發展趨勢和前景如何？您有哪些期待或展望？
王冠云：我認為智能設計正朝著具身化的大方向發展。例如在智能材料領域，通過將智能材料的前沿探索運用在實體技術上，實現材料的智能感知，將成為智能設計的重要發展方向。這種趨勢將極大地推動設計領域的創新，提升設計的智能化、個性化水平。
我期待人工智能等技術的發展能夠為設計領域帶來更多的新穎變化，為設計師創造出更多的可能性。另外，我認為未來的智能設計將在“情感”上產生重大突破，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計作品涌現。
參考文獻：
[1] 王冠云，潘德瀛，張雨陽，陶冶，孫凌云.4D打印變形設計策略研究[J].創意與設計， 2022（5）：24-32.
[2] Luo D.， Maheshwari A.， Danielescu A.， et al. Autonomous self-burying seed carriers for aerial seeding[J]. Nature， 2023.
[3] Wang G， Tao Y， Capunaman O B， et al. A-line：4D Printing Morphing Linear Composite Structures[C]//ACM Conference on Human Factors in Computing Systems.ACM， 2019.
[4] Sun L， Yang Y， Chen Y， et al. ShrinCage：4D Printing Accessories that Self-Adapt[J]. 2021.
[5] Tao Y， Lee Y C， Liu H， et al. Morphing pasta and beyond[J]. Science Advances， 2021， 7（19）.
[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.