4D打印技術(shù)下生物節(jié)律原理在生成設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

潘雨沛 顧峰豪

關(guān)鍵詞：生成設(shè)計(jì) 生物節(jié)律 4D打印 人機(jī)協(xié)同 工業(yè)設(shè)計(jì)

引言

隨著數(shù)字化技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)算力呈幾何級(jí)數(shù)的上升，使得計(jì)算機(jī)可以在短時(shí)間內(nèi)嘗試大量的設(shè)計(jì)方案，由此誕生了生成設(shè)計(jì)這一計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的方法。而生成設(shè)計(jì)沒(méi)有嚴(yán)格的風(fēng)格限制具有很強(qiáng)的包容性，這使得生成設(shè)計(jì)方法也具有多種可能性。得益于4D打印技術(shù)的發(fā)展，使得生物節(jié)律原理可以運(yùn)用到生成設(shè)計(jì)中來(lái)，這種新的生成設(shè)計(jì)方法所產(chǎn)出的產(chǎn)品像有機(jī)物一樣可以隨自然環(huán)境的變化而改變自身形態(tài)，充滿了“生命力”?？蔀橛脩魩?lái)有溫度的情感體驗(yàn)，也更能滿足用變化中的需求。

一、生成設(shè)計(jì)的產(chǎn)生與發(fā)展

生成設(shè)計(jì)是來(lái)源于建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域的一種科學(xué)的設(shè)計(jì)方法，在20世紀(jì)80年代由米蘭理工大學(xué)的斯蒂諾·索杜教授提出。是一種在藝術(shù)與科學(xué)之間開辟出的全新的設(shè)計(jì)方法。這種全新的設(shè)計(jì)方法是通過(guò)計(jì)算機(jī)算法或者機(jī)器來(lái)完成設(shè)計(jì)的，設(shè)計(jì)師并不直接進(jìn)行精確的設(shè)計(jì)活動(dòng)，而是劃定設(shè)計(jì)范圍，如產(chǎn)品中所包含的形態(tài)元素、產(chǎn)品的大致體積、大致結(jié)構(gòu)等。通過(guò)計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大算力在限定條件內(nèi)“頭腦風(fēng)暴”式的生成出大量的設(shè)計(jì)方案。最后計(jì)算機(jī)自行在這些方案中選出最優(yōu)方案[1]。所以生成設(shè)計(jì)這一方式有著較大的自主性、隨機(jī)性以及間接性。

從生成設(shè)計(jì)的誕生直到現(xiàn)在，索杜教授都沒(méi)有對(duì)其做出一個(gè)明確的設(shè)計(jì)學(xué)理論的定義，他本人也一直反對(duì)為其下定義。他希望生成設(shè)計(jì)變成一種沒(méi)有嚴(yán)格風(fēng)格限制的產(chǎn)出方式，而不是某種具體的設(shè)計(jì)方法。這樣可以大大拓展生成設(shè)計(jì)的包容性，使其擁有無(wú)限的可能性，使這一新型領(lǐng)域充滿了活力。

生成設(shè)計(jì)在進(jìn)入21世紀(jì)后被逐漸運(yùn)用到商業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，在這二十年的實(shí)踐中，生成設(shè)計(jì)在藝術(shù)與科技之間開拓出了一個(gè)色彩斑斕的創(chuàng)作空間。大量研究音樂(lè)、建筑、工業(yè)設(shè)計(jì)的學(xué)者、設(shè)計(jì)師甚至工程師在這一領(lǐng)域創(chuàng)造了大量的作品和產(chǎn)品。生成設(shè)計(jì)最大的意義就是引發(fā)了對(duì)計(jì)算機(jī)算力與人腦的創(chuàng)造力如何協(xié)同合作這一問(wèn)題的思考，為設(shè)計(jì)領(lǐng)域帶來(lái)一了全新的設(shè)計(jì)范式。在這新的范式下設(shè)計(jì)師變成了算法和規(guī)則的制定者，設(shè)計(jì)師只給出大概的靈感源空間，計(jì)算設(shè)備通過(guò)數(shù)據(jù)計(jì)算快速的生成出大量不同的設(shè)計(jì)方案。最后基于用戶的需求與限定從中篩選出符合條件的設(shè)計(jì)方案。隨著生成設(shè)計(jì)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)的積累，設(shè)計(jì)師所制定的目標(biāo)與規(guī)則將會(huì)提煉得更準(zhǔn)確，與計(jì)算機(jī)的配合也會(huì)更加高效快捷。這一新的設(shè)計(jì)理念將大大激發(fā)設(shè)計(jì)行業(yè)的方法創(chuàng)新[2]。

由于索杜教授在生成設(shè)計(jì)發(fā)展初期就沒(méi)有對(duì)其風(fēng)格與方法進(jìn)行限制，這使得對(duì)生成設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)方法的研究可以有著非常多不同的方向，這是生成設(shè)計(jì)擁有無(wú)限可能性的原因，也是本研究把生物節(jié)律原理運(yùn)用到生成設(shè)計(jì)中來(lái)的基礎(chǔ)。

二、生物節(jié)律原理與影響機(jī)制

工業(yè)文明要求人類在生產(chǎn)與生活中對(duì)時(shí)間進(jìn)行相對(duì)精準(zhǔn)的把握，所以時(shí)鐘這一高度人工化的機(jī)械被制造出來(lái)用以精準(zhǔn)計(jì)算時(shí)間。而制造出時(shí)鐘的人本身也被看不見(jiàn)的時(shí)鐘控制著，這就是“生物節(jié)律原理”。不只是人類，整個(gè)生物界都受到晝夜交替影響，所以這一原理又被稱為“晝夜節(jié)律原理”。正是由于從分子機(jī)制的角度解釋了生物節(jié)律的工作原理，邁克爾·楊、邁克爾·羅斯巴希以及杰弗理·霍爾在2017年被授予了諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。

獲得諾獎(jiǎng)的三位教授以前人對(duì)果蠅的大量實(shí)驗(yàn)研究為基礎(chǔ)，最終從模式生物中分離出了一種屬于蛋白質(zhì)的基因。正是這種基因控制了日常生物的晝夜節(jié)律。這種蛋白質(zhì)在夜晚時(shí)就積聚在細(xì)胞中，到了白天就會(huì)降解掉。這樣便隨著晝夜變化無(wú)形的在細(xì)胞內(nèi)形成了一種循環(huán)往復(fù)的變化機(jī)制，就像一種能自的我維持的發(fā)條一樣[3]。這就是生物鐘在人類以及其他生物的細(xì)胞中的工作原理。

由于生物節(jié)律的存在，大多數(shù)生物體都能預(yù)期到環(huán)境中的晝夜變化并適應(yīng)。19世紀(jì)的時(shí)候法國(guó)科學(xué)家德·邁蘭就研究了含羞草的晝夜變化情況。發(fā)現(xiàn)它們的葉子在白天和晚上呈現(xiàn)不同的形態(tài)，在白天的時(shí)候葉子展開并向著太陽(yáng)開放著，而到了晚上葉子就會(huì)閉合在一起，如圖1所示。

根據(jù)晝夜節(jié)律的生物學(xué)機(jī)制分析，光是影響晝夜節(jié)律的一個(gè)重要因素。除了光線，溫度也可以影響到晝夜節(jié)律。在德·邁蘭的含羞草實(shí)驗(yàn)中，哪怕含羞草被完全放置在漆黑的環(huán)境中，它依舊能遵循晝夜節(jié)律，讓自己在白天與夜間呈現(xiàn)出不同的形態(tài)，此時(shí)的晝夜節(jié)律顯然不是由光線驅(qū)動(dòng)的，而是由溫度驅(qū)動(dòng)的。伊?！げ紶?，劉承熙與約瑟夫·高橋經(jīng)過(guò)多年的研究也證明了環(huán)境溫度的循環(huán)變化也是生物體水平上所有晝夜節(jié)律系統(tǒng)的普遍誘因。對(duì)溫度的不同敏感性同樣能驅(qū)動(dòng)晝夜節(jié)律[4]。溫度的差異與變化可以作為全身細(xì)胞自主振蕩器所需要的信號(hào)與線索。這樣就可以理解盲人看不到光卻依舊受到晝夜節(jié)律的影響了。

無(wú)論是光線還是溫度，亦或是其他什么原因都屬于能推動(dòng)晝夜節(jié)律的生物機(jī)制，深入研究下去還可能存在著多種可能性，甚至可能找出人類進(jìn)化的一些遺傳學(xué)證據(jù)，不過(guò)這些是生物學(xué)的研究范疇了，本文就不再深入展開了。本文的研究核心是設(shè)計(jì)學(xué)領(lǐng)域，如何把生物節(jié)律原理運(yùn)用到生成設(shè)計(jì)中，將會(huì)產(chǎn)生一種全新的設(shè)計(jì)方法，生產(chǎn)出的產(chǎn)品將會(huì)擁有無(wú)限的可能性。

三、生物節(jié)律原理在生成設(shè)計(jì)中的應(yīng)用方法

（一）技術(shù)基礎(chǔ)

生物節(jié)律原理是來(lái)自生物學(xué)的理論，生成設(shè)計(jì)是來(lái)自設(shè)計(jì)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)方法。想要把這二者結(jié)合起來(lái)，就需要一座能連接雙方的橋梁，而4D打印技術(shù)正是這樣一座橋梁。得益于4D打印技術(shù)的出現(xiàn)，使得生物節(jié)律原理可以順利地應(yīng)用在生成設(shè)計(jì)當(dāng)中。

4D這個(gè)D是dimensions的首字母縮寫，也就是維度的意思。2D只有長(zhǎng)和寬，代表著平面。在此基礎(chǔ)上增加了一個(gè)高度，就變成了3D也就是立體的形態(tài)了，而4D就是在3D上增加上了時(shí)間維度[5]。而4D打印其實(shí)在3D打印技術(shù)問(wèn)世后就開始被設(shè)計(jì)師關(guān)注，設(shè)計(jì)師對(duì)4D打印技術(shù)進(jìn)行了大量的描述與理論建構(gòu)，并開始進(jìn)行實(shí)踐探索。

4D打印的造型機(jī)制和3D打印差別不大，本質(zhì)上都屬于增材制造方法。它們關(guān)鍵區(qū)別是所用材料的區(qū)別。3D打印一般使用光敏樹脂，有很好的造型能力，而4D打印需要一種完成打印后還能自己改變形狀的新材料。所以在眾多工程師的技術(shù)攻關(guān)下選擇了可記憶高分子材料作為打印材料。一些研究人員嘗試使用慢回彈聚氨酯材料作為材料進(jìn)行4D打印。

回彈聚氨酯材料就是我們俗稱的記憶海綿，受外力擠壓而變形后，不會(huì)馬上復(fù)原，而是緩慢地恢復(fù)形狀，這就是最早期的4D打印技術(shù)。這一打印方法從某種程度上說(shuō)實(shí)現(xiàn)了可自己改變形狀這一預(yù)期，但是這種效果其實(shí)是非可控，且不可持續(xù)的，達(dá)不到設(shè)計(jì)師對(duì)4D打印效果的期待。

2013年麻省理工學(xué)院的斯凱拉·蒂比茨（Tibbits）帶領(lǐng)其團(tuán)隊(duì)在材料學(xué)與計(jì)算機(jī)的跨領(lǐng)域研究中取得了突破性的進(jìn)展，并在當(dāng)年的美國(guó)TED大會(huì)上向世界展示了可用于4D打印的新型材料——結(jié)構(gòu)化異質(zhì)晶格[6]。這種晶格的特點(diǎn)是可隨光線、溫度和濕度等條件的變化而改變自己的形態(tài)。下圖所示就是晶格在光線強(qiáng)弱變化時(shí)形態(tài)隨之變化的視頻截圖，如圖2。

使用結(jié)構(gòu)化異質(zhì)晶格作為打印材料輸出的成品同樣也可以受到環(huán)境的刺激而改變形態(tài)。從這方面說(shuō)4D打印技術(shù)本來(lái)就和生物節(jié)律原理有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，都是由微小組織的變化帶動(dòng)整體的變化，而且其變化機(jī)制都受自然條件影響。因此4D打印可以很容易地創(chuàng)建出具有很強(qiáng)擴(kuò)展性且受自然環(huán)境影響的產(chǎn)品。

Tibbits在打印材料上的突破使得4D打印真正可以運(yùn)用到設(shè)計(jì)中來(lái)了。在成型方面4D打印和3D打印是完全一樣的，都是通過(guò)逐層堆積的方法，一層一層地把立體的復(fù)雜構(gòu)建給“打印”出來(lái)[7]。與3D打印不同的是4D打印使用的是新型的智能材料，突破了3D打印的靜態(tài)局限性，可以根據(jù)預(yù)先設(shè)定的程序使產(chǎn)品在接受到特定刺激的時(shí)候發(fā)生彎曲、收縮，甚至還可以模擬人體組織的愈合與再生過(guò)程。這樣就滿足了動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)的需求。自此為止4D打印技術(shù)真正為產(chǎn)品增加了“時(shí)間”這一維度，可以非常方便地建構(gòu)出各種變化的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)。碩打印出的產(chǎn)品隨著時(shí)間的推移，形態(tài)可以不斷發(fā)生改變。

（二）應(yīng)用步驟

得益于4D打印技術(shù)的成熟，生物節(jié)律原理得以能運(yùn)用到生成設(shè)計(jì)當(dāng)中。當(dāng)一個(gè)設(shè)計(jì)概念產(chǎn)生后，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法一般是直接開始進(jìn)行不同方案的設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行迭代，進(jìn)而逐步完善設(shè)計(jì)方案。而運(yùn)用生物節(jié)律原理的生成設(shè)計(jì)方法將采用完全不同的設(shè)計(jì)方法，其步驟如圖3所示。

從設(shè)計(jì)概念到產(chǎn)品的形態(tài)不再是由設(shè)計(jì)師進(jìn)行方案迭代。而是在算法的支持下直接生成出大量的可行方案，并且，這些可行方案都不是對(duì)形態(tài)進(jìn)行直接設(shè)計(jì)，而是通過(guò)對(duì)組成產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)“分子”的設(shè)計(jì)而構(gòu)建起來(lái)的。對(duì)設(shè)計(jì)方案的選擇也不再是設(shè)計(jì)師一一推敲，而是通過(guò)機(jī)器算法的枚舉選定最符合設(shè)計(jì)師要求的設(shè)計(jì)方案。最后設(shè)計(jì)師為靜態(tài)的產(chǎn)品設(shè)定其所需遵守的生物節(jié)律原理，讓靜態(tài)的產(chǎn)品變成能有規(guī)律運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)品。下面詳細(xì)解釋一下應(yīng)用步驟。

1.解構(gòu)產(chǎn)品，構(gòu)建“分子”。

前文提到過(guò)，在生成設(shè)計(jì)這一新的領(lǐng)域中設(shè)計(jì)師不需要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行直接設(shè)計(jì)，直接設(shè)計(jì)工作被計(jì)算機(jī)接管，計(jì)算機(jī)用自己的發(fā)展為人類服務(wù)[8]，人類設(shè)計(jì)師只需間接完成設(shè)計(jì)。而生物節(jié)律原理本質(zhì)上來(lái)說(shuō)就是“生物鐘”的分子機(jī)制，是由組成生物的分子的變化所驅(qū)動(dòng)生物的變化的。從設(shè)計(jì)角度來(lái)看，設(shè)計(jì)師第一步就需要構(gòu)建出組成產(chǎn)品的“分子”。

所謂“分子”就是組成產(chǎn)品的最小單位。產(chǎn)品的形態(tài)變化，是由組成產(chǎn)品的“分子”的變化而引起的。所以在這一設(shè)計(jì)方法中，設(shè)計(jì)師需要抱有微觀思維，第一步就是要對(duì)概念中產(chǎn)品進(jìn)行解構(gòu)，把產(chǎn)品的最小組成單元設(shè)計(jì)出來(lái)。就像樂(lè)高積木的組件一樣，產(chǎn)品“分子”就是構(gòu)建起產(chǎn)品的部件。

圖4展示了麻省理工學(xué)院Tibbits實(shí)驗(yàn)室由分子組成的一個(gè)小型設(shè)計(jì)裝置。這一裝置作品由一個(gè)個(gè)網(wǎng)狀格子組成，當(dāng)其被放入鹽水中后，由于其濕度與溫度的變化變化，組成作品的網(wǎng)格也隨之逐漸發(fā)生了比較明顯變化，從而帶動(dòng)整個(gè)作品的運(yùn)動(dòng)，它在水中自由地舞動(dòng)了起來(lái)[9]。

2.人機(jī)協(xié)同，生成產(chǎn)品。

當(dāng)組成產(chǎn)品基本的單位結(jié)構(gòu)也就是上文中所說(shuō)的“分子”構(gòu)建好之后，接下來(lái)就要讓“分子”構(gòu)建起產(chǎn)品了，這部分工作由人機(jī)協(xié)同完成。設(shè)計(jì)師只需要對(duì)最終效果的形態(tài)和預(yù)期功能設(shè)定一些要求與目標(biāo)，由計(jì)算機(jī)在條件內(nèi)進(jìn)行方案模擬，通過(guò)虛擬仿真技術(shù)把構(gòu)建組成最終成品，選出最優(yōu)方案，并生成產(chǎn)品。

人機(jī)協(xié)同工作的生成設(shè)計(jì)平臺(tái)目前技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟了，有多款軟件可供選擇。Autodesk公司開發(fā)的Fusion 360多用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域，犀牛平臺(tái)（Rhino）中的Grasshopper Architecture多用于建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域，還有國(guó)內(nèi)阿里巴巴的鹿班平臺(tái)多用于平面設(shè)計(jì)、網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)中。通過(guò)使用這些軟件，計(jì)算機(jī)會(huì)自動(dòng)把“分子”構(gòu)筑成符合要求的產(chǎn)品，完成整個(gè)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、形態(tài)設(shè)計(jì)。

3.生物節(jié)律，賦予靈魂。

這是最后一個(gè)步驟，也是本研究所提出的這一新型生成設(shè)計(jì)方法區(qū)別于傳統(tǒng)生成設(shè)方法的重要環(huán)節(jié)。本設(shè)計(jì)方法所生成的產(chǎn)品是受生物節(jié)律原理影響而能改變自身形態(tài)的。文章前面對(duì)生物節(jié)律原理進(jìn)行的分析可以看出，生物節(jié)律原理本質(zhì)上是生物的分子感受到了光線或溫度的變化而改變自身形態(tài)，從而導(dǎo)致整個(gè)生物形態(tài)改變以更好地適應(yīng)當(dāng)前的溫度和光線條件。

從生成設(shè)計(jì)角度來(lái)看，光線、溫度條件屬于信息，一種由大自然傳遞而來(lái)的信息，這些信息被產(chǎn)品接收后刺激組成產(chǎn)品的“分子”發(fā)生形態(tài)變化，從而引起整個(gè)產(chǎn)品的形態(tài)發(fā)生改變。這就要求設(shè)計(jì)師需要對(duì)這一機(jī)制進(jìn)行設(shè)定。主要從三個(gè)方面需要進(jìn)行設(shè)定，一是引起刺激的因素。根據(jù)產(chǎn)品最終變化形態(tài)確定好有哪些自然信息會(huì)引起產(chǎn)品形態(tài)改變，是光線還是溫度，甚至是濕度。二是產(chǎn)品受到刺激后組成產(chǎn)品的最小單位會(huì)發(fā)生怎樣的變化，也就是組成產(chǎn)品的“分子”會(huì)發(fā)生怎樣的變化。三是“分子”的變化會(huì)引起產(chǎn)品最終形態(tài)發(fā)生如何的改變。而這三個(gè)方面最終由設(shè)計(jì)師落實(shí)到變算法與規(guī)則的制定上。通過(guò)設(shè)定的算法，讓產(chǎn)品接收到外界刺激信息時(shí)驅(qū)動(dòng)變化程序完成形態(tài)的變化。

如著名的西班牙建筑師圣地亞哥·卡拉特拉瓦經(jīng)常以大自然作為靈感獲取的源泉[10]，并巧妙地把生物節(jié)律原理運(yùn)用到自己的建筑作品中。密爾沃基美術(shù)館便是其重要的代表。這個(gè)能自己動(dòng)起來(lái)的建筑被世人稱為“復(fù)雜的有機(jī)體”

美術(shù)館是可以隨著大自然規(guī)律而自由運(yùn)動(dòng)的。根據(jù)陽(yáng)光和風(fēng)力的變化美術(shù)館頂部的遮陽(yáng)層會(huì)自行開啟和關(guān)閉，這使得整個(gè)美術(shù)館就如同巨鳥揮動(dòng)著翅膀，如圖5所示。

遮陽(yáng)層的展開除了表達(dá)出設(shè)計(jì)師對(duì)自由的追逐之外，同時(shí)也調(diào)節(jié)了美術(shù)館的室內(nèi)光照情況，讓美術(shù)館中的觀眾擁有了更好的觀展體驗(yàn)。

四、4D打印技術(shù)下生物節(jié)律原理在生成設(shè)計(jì)中的應(yīng)用價(jià)值

（一）賦予了產(chǎn)品“生命”。

采用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)制作的產(chǎn)品無(wú)論功能再?gòu)?qiáng)，外形再漂亮，也只是一件冰冷的無(wú)機(jī)體。已經(jīng)越來(lái)越難以滿足用戶不斷變化的需求，特別是對(duì)產(chǎn)品的情感需求。把生物節(jié)律原理運(yùn)用到生成設(shè)計(jì)中后所制作的產(chǎn)品能隨著環(huán)境變化而改變自身形態(tài)，讓產(chǎn)品充滿了生機(jī)，具有了“生命力”。有了一定的情感表達(dá)能力。這樣可以拉進(jìn)與用戶的情感距離，增強(qiáng)了產(chǎn)品的親和力，把產(chǎn)品的用戶體驗(yàn)提升到了一個(gè)新的高度。

除了情感表達(dá)的提升，產(chǎn)品的功能性也得到了很大的延展。隨著數(shù)字技術(shù)的深入發(fā)展用戶的需求已經(jīng)到了一個(gè)新階段[11]。而能隨著自然環(huán)境而改變形態(tài)的產(chǎn)品可以滿足用戶變化的需求。以屋頂這一產(chǎn)品的構(gòu)建為例，一天當(dāng)中陽(yáng)光和溫度會(huì)發(fā)生規(guī)律性的改變，而屋頂可以隨著陽(yáng)光和溫度的變化而調(diào)整自己的形態(tài)，在白天有陽(yáng)光的時(shí)候屋頂可以打開讓陽(yáng)光照進(jìn)屋內(nèi)，而太陽(yáng)落山溫度降低后屋頂合攏起到保溫作用。這種有“生命”的產(chǎn)品，讓用戶不斷變化的需求得到了滿足。

（二）優(yōu)化了設(shè)計(jì)流程。

傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法主要是由設(shè)計(jì)師獨(dú)立完成，生成設(shè)計(jì)的到來(lái)讓計(jì)算機(jī)能夠輔助設(shè)計(jì)師完成設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)成為了輔助制圖的工具，利用生成軟件可以繪制更精確、真實(shí)的效果圖，同時(shí)還能在眾多選項(xiàng)中選擇相對(duì)合理的答案。

而生物節(jié)律原理運(yùn)用到生成設(shè)計(jì)中后開啟了人機(jī)協(xié)同設(shè)計(jì)的大門。計(jì)算機(jī)不再是輔助設(shè)計(jì)進(jìn)行設(shè)計(jì)的工具，而成了與設(shè)計(jì)師一同工作的“合作伙伴”。設(shè)計(jì)工作真正變成了人機(jī)協(xié)同的工作。設(shè)計(jì)師制定出一套算法與規(guī)則后，計(jì)算機(jī)在算法的指導(dǎo)下與設(shè)計(jì)師一起完成產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、功能的設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)不再單單只是輔助制圖以及替設(shè)計(jì)師做出選擇了，而是參與到產(chǎn)品變化規(guī)則的討論中來(lái)，這一人機(jī)協(xié)同的方法發(fā)揮了計(jì)算機(jī)的算力優(yōu)勢(shì)，計(jì)算機(jī)可以快速大量地進(jìn)行枚舉，并自行對(duì)每一種原則進(jìn)行模擬測(cè)試并選擇最優(yōu)解。人機(jī)協(xié)同的設(shè)計(jì)流程可以很好地發(fā)揮出設(shè)計(jì)師的創(chuàng)造力優(yōu)勢(shì)以及計(jì)算機(jī)的算力優(yōu)勢(shì)，真正對(duì)設(shè)計(jì)流程做出了優(yōu)化。

（三）提高了生產(chǎn)效率，節(jié)省了計(jì)算機(jī)算力。

生產(chǎn)設(shè)計(jì)出形態(tài)能自行變化，像有機(jī)體一樣的產(chǎn)品擁有諸多好處，這種產(chǎn)品也一直是設(shè)計(jì)行業(yè)追尋的重要目標(biāo)。但是這種形態(tài)的產(chǎn)品目前市面上依舊非常罕見(jiàn)，歸根到底就是其復(fù)雜的制作工藝與生產(chǎn)成本。也有一些著名設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)并實(shí)踐了這種高級(jí)的設(shè)計(jì)作品。

如果利用4D打印技術(shù)把生物節(jié)律原理運(yùn)用到生成設(shè)計(jì)中，就可以大大減少施工難度，只需要為新材料設(shè)定好生物節(jié)律規(guī)則，組成產(chǎn)品的“分子”接收到自然界信號(hào)后會(huì)自己改變形態(tài)從而驅(qū)動(dòng)整個(gè)產(chǎn)品形態(tài)的改變產(chǎn)。這樣也不需要傳感器的參與，更不需要計(jì)算機(jī)來(lái)指揮產(chǎn)品的交互動(dòng)作，大大節(jié)省了計(jì)算機(jī)算力。

結(jié)語(yǔ)

得益于4D打印技術(shù)的發(fā)展，生物節(jié)律原理得以能運(yùn)用到生成設(shè)計(jì)當(dāng)中。這一創(chuàng)新拓展了生成設(shè)計(jì)的應(yīng)用方法。在這樣新的技術(shù)背景下計(jì)算機(jī)不再是輔助設(shè)計(jì)師完成設(shè)計(jì)的工具，而是與設(shè)計(jì)師協(xié)同工作的“伙伴”。自然界本來(lái)的光照、溫度、濕度等信息成為了驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品自我完善形態(tài)的“催化劑”，這讓同樣在生物節(jié)律規(guī)律下生存的人類能感受到設(shè)計(jì)的產(chǎn)品的溫度，產(chǎn)品不再是冰冷的工業(yè)品，而是擁有了“生命力”。在4D打印技術(shù)的背景下把生物節(jié)律原理運(yùn)用到生成設(shè)計(jì)中將能不斷深化設(shè)計(jì)工作的深度，持續(xù)推動(dòng)行業(yè)創(chuàng)新。帶動(dòng)設(shè)計(jì)師與計(jì)算機(jī)協(xié)同工作方法的思考，也體現(xiàn)了設(shè)計(jì)行業(yè)在數(shù)字時(shí)代藝術(shù)與科技緊密結(jié)合的新特征。