王冠云
浙江大学计算机科学与技术学院、浙江大学国际设计研究院，研究员、博士生导师
王冠云，浙江大学计算机科学与技术学院、浙江大学国际设计研究院，研究员，博士生导师，工业设计系副主任；浙江省杰出青年科学基金获得者，小米青年学者；美国卡内基梅隆大学人机交互系博士后，麻省理工学院媒体实验室访问学者，浙江大学数字化艺术与设计博士。主要研究领域为智能产品设计、变形材料与设计、数字化设计与制造方法、实体交互技术、4D打印等；主持国家自然科学基金、浙江省自然科学基金多项；研究成果在Nature、Science Advances、CHI、UIST、UbiComp等顶尖期刊及会议上发表；设计作品荣获红点、iF、Ars Electronica、SXSW、Dezeen等国际设计大奖；设计作品受邀参加中国设计大展、迪拜国际设计周、伦敦设计双年展等国内外设计展览。
摘要：“智能”赋予设计过程自动化和智能化的能力，能够帮助设计师更高效地解决问题。但这并不意味着设计师可以仅仅通过‘智能’手段完成设计，反而设计师更需要拓宽自身的设计思维，思考更有价值的问题和更加创新的解决方案，将智能技术作为设计辅助工具，处理好自身与智能技术的关系。在“智能”的加持下，设计师实际上更需要做的是转变自身的角色和定位，更多地成为决策者和创意的指导者。
关键词：智能设计；智能材料设计；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
《设计》：何为“智能设计”？请谈谈您对“智能设计”及其要素的理解，以及智能设计中的“智能”和“设计”是怎样的关系？
王冠云：“智能设计”是指将先进的信息技术等融入到设计过程，辅助设计师完成设计的新范式。通常情况下，我们所理解的智能设计是利用大数据、机器学习、自然语言处理，包括现在很火的大模型等技术，用于优化设计流程、提升创新性和效率，比如自动生成草图等设计方案、预测用户需求、分析数据等，从而为设计的不同阶段提供智能化的辅助。
但智能设计所包含的远不止这些，比如我一直关注和研究的“智能材料设计”，除了使用先进技术进行辅助之外，更重要的是利用材料的“智能属性”完成设计。这里的“智能属性”指材料在受到外部环境改变或相应条件刺激的情况下自动发生反馈，如形状记忆合金、聚合物等。由此，我们可以依靠材料的“智能属性”对环境进行交互。我们团队所擅长的4D打印研究思路便是如此。[1]
我认为智能设计中的“智能”和“设计”是相辅相成的。“设计”最开始是由设计师借助自身的智慧、经验、灵感等来解决实际中遇到的某一问题。随着科技的发展，“智能”赋予设计过程自动化和智能化的能力，能够帮助设计师更高效地解决问题。但这并不意味着设计师可以仅仅通过“智能”手段完成设计，反而设计师更需要拓宽自身的设计思维，思考更有价值的问题和更加创新的解决方案，将智能技术作为设计辅助工具，处理好自身与智能技术的关系。
《设计》：设计本身是交叉学科，智能设计交叉了哪些学科？在“智能”的加持下，设计师面临的是怎样的新设计范式？
王冠云：智能设计交叉了很多学科，比如计算机科学与技术、心理学、机械工程、电气自动化等，这些学科的知识和方法能够帮助我们快速完成设计，提高设计的效率。除此之外，智能设计还交叉了材料科学、生命科学、医学等学科，这些学科知识帮助设计师在特定领域和场景下完成设计，为设计师提供必要的背景知识。
在智能时代，设计师需适应新的设计范式。由于智能设计的学科交叉属性，设计师需与其他领域进行深度合作，借鉴彼此经验优化设计的合理性。同时，随着技术快速发展，设计师需持续学习，掌握最新知识和技能，以保持竞争力。还要充分利用智能设计工具，如人工智能技术，有助于设计师更专注于创意和细节。因此，在“智能”的加持下，设计师实际上更需要做的是转变自身的角色和定位，更多地成为决策者和创意的指导者。
《设计》：请介绍下浙江大学工业设计系及有哪些特点？在智能设计方面是否有所侧重？
王冠云：浙江大学工业设计系设立在计算机科学与技术学院，天然具有学科交叉属性，在全国也是独一无二的存在。1990年，由时任校长路甬祥院士提议、潘云鹤院士牵头在计算机科学与技术学院创办了浙江大学工业设计系。专业拥有以中国工程院院士、国务院设计学学科评议组成员等专家领衔的国内一流师资队伍。专业教师的背景涵盖了工业设计、计算机、数字媒体技术、机械工程等学科，是极具特色的跨学科教师团队。
总体来讲，浙江大学工业设计系从创立之日起就一直注重学科交叉能力的培养，要求学生们不仅要掌握基本的设计概念和方法，更要有从多个角度分析和解决问题的能力。所以浙江大学工业设计系的学生普遍具有较强的综合素质，不仅会设计，更会借助相应的技术来完成设计。
《设计》：您个人更关注智能设计的哪些细分领域？能否结合案例介绍一下？
王冠云：我个人更关注智能材料领域，特别是以智能材料的自主感知与自主驱动为核心的智能交互设计技术。智能材料因其能够感知外部刺激，主动判断并自发执行相应功能，为创造更精准、更自然、更好用的交互产品与系统提供了可能性。
智能材料的自主变形特性是其重要的特色之一，在机器人、极端环境、新能源、智能产品系统等领域具有广阔的应用前景。例如我们去年发表在《自然》期刊上的国际合作成果“人造种子载体（E-seed）”就是模拟自然界中自螺旋植物牻牛儿苗种子的形态拓扑结构，实现了种子在潮湿环境中自发螺旋式钻土的特性（图1）。[2]
在智能制造的4D打印领域，智能材料具有重要研究与应用价值。例如，我们通过规划打印路径控制热塑材料残余应力的释放方向，并通过实验验证了该种变形驱动方法，提出了多种低成本4D打印变形技术，极大地降低了4D打印技术的门槛：包括利用像素化原理分解可变形与非变形区域的4D打印线性结构设计方法[3]、基于各向同性收缩原理的4D打印立体结构设计方法[4]、基于齿轮结构的变形意大利面设计方法[5]、基于非可展开曲面的4D打印家具设计方法[6]等。利用此类变形技术可快速制造出传统方法难以制造的复杂造型，并大大减少制造时间和成本，为定制化设计创造巨大的优势（图2）。
再举一个直观的案例：我们将4D打印智能材料与电路结合，突破了传统工艺只能制作二维平面电路板的界限，极大地拓展了电路板的三维外形设计空间，并实现了自我折叠机器人、智能交互产品等设计案例（图3、4）。[7]
除此以外，我们也有额外关注一些大模型驱动的设计，比如Diffusion模型文生图等，会用这些大模型来辅助团队完成一些科研等工作。
《设计》：请介绍下您的实验室智慧形态实验室，以及您对于“智慧形态”有哪些思考？
王冠云：智慧形态实验室是一个跨学科的培养平台，汇聚了来自不同背景、对工业设计、人机交互和变形界面感兴趣的同学。我们鼓励同学们交流学习，并支持他们结合自身专业特长开展不同类型的科研项目（图5）。
我们团队聚焦的智慧形态主要依赖变形材料来实现。我们会研究材料变形的机制，不断探索变形材料的应用可能性。变形材料与设计涉及到我们生活的方方面面，在智能产品设计中具有巨大的潜力，也涉及到生产制造的各个环节，尤其是随着个性化设计需求的提升，变形材料设计、4D打印方法等能快速解决日益旺盛的市场需求。
《设计》：您的官网显示教学内容中有《设计思维与表达：这是一本书》《设计思维与表达：折纸机器人》两门课程，您希望通过课程让学生建立怎样的设计思维？
王冠云：在我们的课程中，同学们将接受设计思维训练，并学习掌握各类前沿技术，如智能材料、3D打印、激光切割、电子控制等，反复实验，不断迭代，完成最终作品的设计创造。我们希望全方面锻炼同学们从设计到制作，从具象到抽象的创造能力。我们注重挑战学生的创意，鼓励他们打破常规思考问题，并亲自动手实现从概念到现实的转化（图6、7）。
《设计》：对于设计教育、设计专业的教师和学生来说，应以怎样的姿态迎接人工智能时代？
王冠云：我们应该主动地拥抱变化，将人工智能视为提升效率和促进创意的工具，并善于利用它来协同合作。作为设计专业的教师，我们一方面要努力跟上时代，自己带头去学习新的技术和方法，另一方面要有意识地在教学中引导学生接触前沿知识，使用先进技术辅助完成设计。而对于设计专业的学生，我觉得应该将眼光放长远，培养前沿意识，不要把自己局限在设计和相关领域，而应该尊重所有知识，珍惜所有学习的机会。只有努力跟上时代的步伐，拥有更全面的知识和能力储备，才能在人工智能时代甚至更远的未来找到自身的核心竞争力。
《设计》：随着人工智能、大数据等技术的发展，您认为智能设计的发展趋势和前景如何？您有哪些期待或展望？
王冠云：我认为智能设计正朝着具身化的大方向发展。例如在智能材料领域，通过将智能材料的前沿探索运用在实体技术上，实现材料的智能感知，将成为智能设计的重要发展方向。这种趋势将极大地推动设计领域的创新，提升设计的智能化、个性化水平。
我期待人工智能等技术的发展能够为设计领域带来更多的新颖变化，为设计师创造出更多的可能性。另外，我认为未来的智能设计将在“情感”上产生重大突破，具备真实人类的情感，我们一定能看到更多突破性的智能设计作品涌现。
参考文献：
[1] 王冠云，潘德瀛，张雨阳，陶冶，孙凌云.4D打印变形设计策略研究[J].创意与设计， 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.