超越肤浅：生成共设计用于美学假肢

文献标题

Beyond Skin Deep: Generative Co-Design for Aesthetic Prosthetics

文献信息

• 主题领域: 人工智能驱动的生成设计、辅助技术、个性化设计、身体美学
• 关键词: 生成设计, 身体美学, 个性化, 残疾舞蹈艺术家, 辅助技术, 添加制造, 协同设计

研究背景与问题

• 作者发现的问题或挑战:

  • 传统的假肢多是功能性设计，主要满足舒适性和身体支持需求，美学需求普遍被忽视。
  • 假肢的视觉外观通常趋向于模仿自然的人体，旨在遮盖残疾，但近年来时尚和个性化的需求逐渐兴起。
  • 假肢用户需要更丰富的方式表达其审美偏好和个人身份，目前市场上的定制假肢设计通常昂贵且难以生产。

• 问题的重要性:

  • 美学不仅涉及外观，还涉及功能、体验和身份认同。赋予用户更多控制权来设计假肢，可以帮助提升用户的心理健康和社会接纳度。
  • 随着3D打印技术的发展，假肢设计和制造成本显著降低，新的技术可以更快捷地响应用户需求，包括用于特定场合或活动的假肢设计。

• 研究动机与相关工作:

  • 美学的研究逐渐从视觉焦点扩展到体验和身体感受。
  • 在设计领域，生成设计算法被证明可以快速生成变种设计，为用户的个性化需求提供可能性。
  • 残疾与美学的联系正吸引越来越多的关注，假肢美学已开始涉及身份对话、时尚宣示和造型探索。

解决方案

• 提出的解决方案: 作者设计了一个协同设计流程，使用户与算法互动，通过表达性的舞蹈生成个性化假肢“美学种子（aesthetic seeds）”，并将种子应用于假肢外壳设计，最终优化成适合3D打印的设计。

• 创新点:

  • 将舞蹈引入生成假肢设计的过程中，使残疾舞蹈艺术家通过身体表达参与设计。
  • 提出了“美学种子”的概念，通过舞蹈创作可视化的设计种子，使设计过程更具个性化。
  • 激活生成设计与添加制造的结合，不仅赋予假肢美学意义，还提高设计的制造效率和可持续性。

• 实施步骤:

  1. 开发和测试生成设计算法“Mogrow”，通过动态操作参数（例如注入率、摩擦系数）生成有机纹理。
  2. 通过舞蹈动作与Mogrow互动生成“美学种子”。
  3. 设计应用算法，将美学种子映射到假肢外壳，并优化设计以减少3D打印过程中的耗材。
  4. 使用透明、木质等多种材料表现生成设计，并通过舞者反馈进一步调整。
  5. 通过舞者的反馈和对设计流程的反思，提炼出通用协同设计框架。

研究成果

• 具体成果:

  • 开发了一种新颖的协同设计方法，使用户可以通过其表达性技能与算法互动完成美学假肢设计。
  • 实现了假肢设计从视觉美学到功能优化，再到可持续制造的无缝连接。
  • 创造出具备个人身份和审美意义的假肢样本，且具有较高制造效率。

• 与现有解决方案的优势:

  • 相较于传统设计模式，此方法让用户在假肢设计中拥有更大的参与感和自主权。
  • 使用生成设计和3D打印技术，降低了定制假肢的成本和制造时间。
  • 技术流程支持非功能性、美学和政治声明等更广泛的设计目标。

• 实验或评估结果:

  • 通过两轮工作坊，与残疾舞蹈艺术家合作生成美学种子，并基于种子设计出个性化假肢样本。
  • 舞者反馈显示他们对设计过程的参与感显著提升，尤其对美学种子的个人化记忆和其背后的舞蹈动作有深刻连接。
  • 假肢优化后的打印过程节省了约30%的打印耗时和材料。

• 局限性与未来方向:

  • 因COVID-19与舞者人数限制，该研究仅涉及少量参与者，未来应扩大规模以评测不同用户群体的适用性。
  • 方法较为实验性，未来需进一步探索与用户的全程深度参与。
  • 当前设计流程为线性，未来可研究更循环迭代的协同机制。
  • 应进一步开发适应多样化身体形态的技术，例如模块化动作捕捉服的设计。

通过该研究，作者为个性化设计和生成美学提供了一种新的视角，同时推进了残疾身份与设计交叉的探索。