设计向善的注脚，是创造属于“人”的发明
AI时代,我们依然在一届又一届的戴森设计大奖的获奖者身上看到了“人”的不可替代性和主体性,而这也印证了戴森始终信奉的“原创思维,突破创新”的理念。
戴森正通过创新科技以及其背后独特的工程师文化,解决那些常被人们所忽视的问题,塑造一个创新驱动的未来。同时,这也让年轻一代的新生力量看到成为发明家的可能,以创新之力,绘制一个更加美好的明天。
十字路口,人行道绿灯亮起,路旁等候的行人几乎同时在第一时间踏上斑马线,只有一位年轻人左顾右盼,来回确认没有车辆后才小心翼翼地走过马路,因为右转车道的绿灯也同时亮起,但他“听不到”疾驰的车辆,无法准确感知速度和距离,只能通过“看”来保障安全。
听障人群每天都生活在丢失声音细节的世界里,耳内充满了嘈杂的噪音。走在路上,对于他们来说是一件危险的事。
而对另一群人而言,走路本身也是一件奢侈的事,穿衣、洗漱、吃饭……每天看似简单而重复的动作,脑卒中患者却常常因为肢体功能障碍无法正常进行。
▲特殊人群在日常生活中常常面临障碍和潜伏的危险。(视觉中国/图)
一个健全人,常常无法意识到特殊人群在日常生活中面临的障碍和潜伏的危险,但改变正在发生。
一件“衣服”可以让听障人群用皮肤的触觉“听见”声音,仿佛“穿上”一种全新的感官,得以重新拥抱这个世界;一副“手套”可以帮助脑卒中患者在家中进行手指康复训练,就像重新拥有了可以控制手指运动的神奇力量;而脖子上穿戴一个“颈套”,脑卒中患者就可以随时训练低头、张嘴、吞咽等动作。
过去两年,人工智能(AI)如巨人般踏入我们的现实生活,在柯林斯词典中,AI被定义为“通过计算机程序模拟人类心理功能”,在技术的加持下,仿佛人类的一切需求都可以通过模仿和复制来满足。
然而,在2024戴森设计大奖中国大陆赛区的获奖作品中,一群年轻的发明者提出了自己对于这个世界的理解,他们不仅“看见”了那些时常被大众忽视的群体,也“听见”了那些未被言说的真切渴望。
▲2024戴森设计大奖中国大陆赛区前三强。(戴森/图)
尽管AI在模仿人类创造力方面取得了显著进步,但洞察现实世界,提出问题并创造解决方案的“发明家”角色,在AI时代依然不可或缺,也是对人类智慧和人文关怀的最佳诠释。
一、设计向善的初心
2020年秋天,怀着对设计的热爱与好奇,郑青云选择了设计创意学院的产品设计专业。
“设计向善,是一个设计者应有的素养。”课堂上的一句话,改变了他观察生活的视角。从此,郑青云仿佛多了一只看世界的眼睛,那些曾经“视而不见”的群体,开始频繁出现在他的视野中。
在软件研究所实习期间,郑青云接触到触觉交互技术,并认识了同在研究所实习的蒋胜圣和博士师姐林宏南,开始聚焦于如何更好地运用这项技术。
在一次医院心理科的调研访谈中,郑青云“偶然”发现了听力障碍患者会因无法正常沟通而出现心理问题。而听觉和触觉,看似没有关联,但也许出于一个设计师的敏锐度,郑青云想到,和视觉障碍一样,如果有其他感官的辅助,“他们的生活将会非常不一样”。
他决定抓住这个灵感,和蒋胜圣、林宏南一起组建了“VirtX”团队,投入到使用触觉交互技术辅助听障人群的研究中。
▲VirtX团队成员决定投入到使用触觉交互技术辅助听障人群的研究中。(VirtX团队/图)
这样的“偶然”也发生在同样做好了准备的李元靖(团队)和朱兆鹏(团队)身上,在不同时间、不同地点,他们同时将目光对准了脑卒中患者。
机械工程专业的李元靖在接触到了软体机器人技术后,设计了一款气动驱动器,并采用了人体肤色的硅胶制作,“触感和人的皮肤类似”,这使他意识到这项技术在康复领域的潜力,他首先想到了自己常年饱受其困扰的扁平足问题,决定研究扁平足康复机器人。
2023年2月,李元靖在一个科创营上介绍了自己的项目,才发现原来扁平足问题普遍存在。于是他和包括钱青云在内的6位来自不同院校和不同专业背景的同学,组成CO-JUMP团队共同研究。
面对研究领域的空白和资金、时间的挑战,团队通过一系列的市场调研,决定从更急迫的脑卒中患者需求出发,设计一款帮助脑卒中患者恢复手部功能的软体康复手套。
李元靖说:“当时医生普遍反馈的一个问题就是现有的设备容易在指关节处造成一定的张力,引发患者的二次损伤,而且价格也比较贵。”
脑卒中俗称“脑中风”,2023年国家卫健委统计数据显示,我国现有超过2800万的脑卒中患者,因其高发病率、高致残率和高死亡率等特点,造成了严重的疾病负担[1]。
为了改善脑卒中患者的治疗和康复效果,在大学的实验室里,国际工业设计工程专业的研究生朱兆鹏、何琦和印楠,已经围绕脑卒中开展了多个设计课题。
何琦坦言,“接触了大量脑卒中患者后,我们才知道他们连(正常)吃东西、喝水都做不到。”为了发明一款专为吞咽障碍患者设计的可穿戴设备,他们三人组成了咽韵团队。
▲中风患者在做物理治疗。(视觉中国/图)
刚刚毕业,并以设计师为职业的何琦对“设计发明”有了更深的理解:“更重要的是‘人’本身,不管他是患者还是普通用户,都需要更深入、更全面、更共情地去理解用户的需求。”
将人的需求作为发明的驱动力,而非仅仅追求技术的展示或设计概念的前卫性,创新才真正具有价值和意义。
年轻一代发明家正以其独特的视角和方法,为发明设计领域注入更多新生力量。
二、把“人”作为方法
在人们的想象中,开创性的发明更像是“灵光一现”,或是如阿基米德洗澡时出现的“尤里卡时刻”,但现实是,发明是一个不断发现问题和解决问题的过程。
在进实验室之前主要做消费产品设计的朱兆鹏,在关注医疗健康领域后,不仅经历了心态上的变化,更察觉到了患者的心理需求。
“之前会认为治病救人是医生的职责,但在设计实践过程中,发现其实不同的专业背景都可以为大众健康尽一份力。”他提到,创新的产品能给患者带来的改变不仅是身体上的改善,还有心理上的疗愈。
其所在的咽韵团队发现,现有的吞咽障碍评估方法,一类是专业医护人员实操加上量表评估,因为时间成本高,临床上并不常用;另一类是通过X光、内窥镜等仪器直接观察,但这类检查不仅昂贵,还因为内窥镜的侵入性让人很不舒服,很多老年人存在抵触心理。
于是,他们决定发明一个低成本、非侵入性的吞咽障碍评估方法,以减轻患者的心理压力。
为了建立起吞咽障碍评估的数据集,何琦需要一次次去到病房采集患者吞咽时的喉部肌肉运动信号。
“躺在病床上的脑卒中患者很多都是五六十岁,甚至七八十岁的老奶奶、老爷爷,只能插胃管来输入营养”,病房里一字排开的病床和插管仪器给何琦带来了很大的冲击,“因为我在实验室里看文献时,(患者)他们只是冰冷冷的文字。”
由于吞咽不同量的水会导致肌肉电信号的差异,采集这些信号的过程自然变得复杂,每位患者每次都需要经过三轮细致的测试。
在长达近六个月的数据收集过程中,何琦深感医生和护士的协助至关重要,同样也对那些愿意努力配合研究的患者们充满感激,“我们要采集全面的电信号,每位患者就大概需要1个小时,吞八到九杯水”。
医护、患者和设计团队朝着共同目标努力,为研究迎来了一个好的开始,何琦提到,“数据集的质量和最终训练出来的模型效果都是非常好的。”
▲咽韵团队利用MATLAB建立了一个分类模型并进行了测试,在PSD识别中达到了95.8%的准确率。(咽韵团队/图)
把人作为方法,亦始终贯穿在CO-JUMP团队的组队和设计过程中。
当发现主动驱动的康复手套易给患者造成损伤,对痉挛患者的手指张开训练效果也甚微,而气动康复手套的手指张开是放气状态,驱动力不足后,他们便开始思考:“有没有一款驱动器的结构既能减轻患者关节压力,又能更好地辅助康复训练,同时减轻体积、方便携带?”
在深入研究了肌腱驱动和流体驱动方法的优缺点后,CO-JUMP团队创新性地提出了被动波纹管驱动器(PBA)的概念,以实现软式可穿戴机器人的自然顺应性、便携性和良好的可控性。
在团队中,艺术与科技专业的钱青云,会更关注手套整体的穿戴体验,他基于初代产品提出疑问:“小臂和手背上的驱动结构能否也做得更小更轻一点,更符合人体工学?”而机械工程出身的李元靖,一开始的反应是否定的,“要保证电机的输出力和装置的正常运行,是不可能做小的。”
反复沟通后,双方达成了一致,重新投入到电机选型和电路设计中,设计出一款兼顾性能和使用体验的康复手套,可以实现居家场景的康复需求。
▲医生在试戴初代版本的CO-JUMP软体机器人康复手套。(CO-JUMP团队/图)
正如詹姆斯·戴森在自传《发明:詹姆斯·戴森创造之旅》中所言,“善于发明的工程师永远不会满足于他们的最新发明。他们往往会疑惑地看着它说‘我知道怎么让它变得更好了’。”
“如果一块布可以像触觉屏幕一样,显示各种各样的触觉感受和图案,将是一件多么奇妙的事!”为了让电触觉渲染从前沿技术转化为可以真正服务于人的产品,VirtX团队也提出了自己的解决方案。
经过长达半年多的努力,一块可以实现针扎、轻抚、拍击、按压四种触觉感受的5×5厘米布面诞生了。
还未好好享受这种“从0到1”的喜悦,为了让这块布料真正变成一件可以“穿在身上的衣服”,VirtX团队又马不停蹄地投入到跑工厂的环节中去。
“从布做成衣服需要裁剪到一定尺寸,但这个布的边缘是有讲究的,它的经纬电极不能同时出现,否则会影响稳定的电气连接。我们问了很多工厂,都答复我(实现)这种特种布料的任意尺寸调节是不现实的,成本过高。”VirtX团队的郑青云对当时的情形仍记忆犹新,“我有点慌了,开始怀疑这东西是不是真的不能做?”
▲从一块布到做成衣服,还有很长一段路要走。(VirtX团队/图)
他们并未就此放弃,而是辗转于各个地方的工厂。“我们最后在一家工厂里,了解到一块普通的布是怎么织成衣服后,我就和他一起做。”在各种磨合中,VirtX 团队“织成”了这件诸多工厂表示不可能做的“衣服”。
“怎么去做好一个设计师?方法就是做个‘人’。”郑青云依旧记得专业课上老师说的这句话。
在这些以人为中心驱动的设计中,人既是目的,更是方法。年轻一代的发明者并没有选择一条更简单地复制解决方案的道路,而是勇敢地踏上了一条更为曲折的创新之路。
三、发明家是科技的尺度
当完整的“衣服”出现在实验室那一刻, VirtX 团队的蒋胜圣非常感动,他曾担心因为自己的设计不合理,衣服一通电就冒烟,“从设计蓝图,到加工出来一块小小的电路板,再到这件‘衣服’, 心情就像坐了过山车一样。从我们手里诞生了一个新的东西,所以拿到手里时忐忑不安,生怕弄坏了!”
悬着的心刚刚落下,为了实现“穿上它就像穿一件T恤”的理想状态,VirtX团队又投入到持续不断的迭代过程中。
“就像我一直崇拜的詹天佑先生,他主持修建第一条由中国人自行设计建造的京张铁路时,想到了用南美矿山‘之’字形线路缩短隧道长度,实现了世界罕见的八达岭爬坡高度。” 拥有工程背景的蒋胜圣提到,面对海量纺织电极线时,他受到了詹天佑思想的影响,也从生活中发现灵感,想到了LED大屏,用少量的线传输大量的数据。
2024年,VirtX所基于的底层核心技术在ACM人机交互领域的顶级国际学术会议(ACM Conference on Human Factors in Computing Systems, CHI 2024)上进行了发表,并同步申请了多项发明专利、实用新型及外观专利。为了让这项发明真正服务于听障人群,他们又报名参加了戴森设计大奖。
“我经常看戴森设计大奖官网上的过往作品,甚至不是得奖的作品,它是我的一个灵感来源,了解一些最具前沿想法的人都在干些什么事情。”VirtX团队的郑青云非常认可戴森设计大奖所倡导的发明家精神,“因为发明既不是设计,也不是技术,而是这些东西的合集。”
获得2024年中国大陆赛区冠军后,VirtX团队希望能有更多机会去往国际舞台展示这项倾注了他们大量时间和情感的发明,为产品进一步落地争取更多支持,“听障人群是我们的起点,也是我们的终点”。
▲与VirtX产品配套的开发生态。(VirtX团队/图)
一直把詹姆斯·戴森视为自己偶像的CO-JUMP团队的钱青云,今年已是第三年参加戴森设计大奖。
“创新,或者说创造,是人类一种发自本能的渴望。”钱青云认为,这种渴望也是人与AI的本质区别,“我们给手套也搭载了AI游戏用于康复训练,但它依然只是设计流中的一环,涉及用户的真正痛点,还是需要人去跟医生、患者实际沟通。我觉得要真正解决一些实际生活中的问题,还是得先从理解痛点出发,再去倒推研究我们所需要的技术方案。”
虽然CO-JUMP软体机器人康复手套是今年戴森设计大奖中国大陆赛区的亚军,也是钱青云三年来拿到的最好成绩,但他也深知做出一款能真正投入商业化的好产品,后面还有很多路要走,“我很感谢戴森设计大奖这个平台,让公众更了解我们的产品,也吸引更多资源来促成产品落地。”
▲团队成员在讲解及演示CO-JUMP软体机器人康复手套的使用方式。(CO-JUMP团队/图)
咽韵团队最终提交的作品是一款集吞咽障碍评估、监测与康复训练于一体的平台,除了颈部可穿戴硬件,还有可与之连接的健康管理软件。
为了实现吞咽障碍的分级评估,咽韵团队的印楠在平台的设计上运用了AI分类模型来准确判读脑卒中患者的吞咽动作,“AI模型可以更加高效、经济”。在这个过程中,同团队的朱兆鹏认为AI作为工具解放了劳动力,而人的智慧也不断拓宽了AI的应用边界。
获得2024年戴森设计大奖中国大陆赛区季军给了咽韵团队更多动力,团队计划在接下来一年中继续推进平台的数据采集和模型迭代。
“脑卒中是一个长期的慢性疾病,所以我们希望患者在居家环境下也可以继续使用我们的产品,随时随地根据软件上为他们制定的康复计划进行真实有效的锻炼。发明创新最终需要带来社会价值。”
▲咽韵团队将平台命名为Dysphagia Dynamics,团队成员在介绍平台的使用方式。(咽韵团队/图)
AI时代,我们依然在一届又一届的戴森设计大奖的获奖者身上看到了“人”的不可替代性和主体性,而这也印证了戴森始终信奉的“原创思维,突破创新”的理念。
自2016年进入中国以来,戴森设计大奖见证了中国原创力量的崛起,激励了超过2万名大学生为全球性难题提出创新解决方案,并为其搭建了国际化的交流和展示平台。迄今为止,超过三分之二的历届全球获奖者正投身于商业化他们的作品,将创新设计转化为引领行业变革的力量。
不同领域的原创设计不断涌现的同时,推动社会向着美好未来迈进的发明家精神始终不变。除了面向大学生设立的戴森设计大奖外,戴森的其他工程教育资源已在中国大陆惠及380万名中小学生和学龄前儿童,支持各年龄段“未来发明家”的成长与发展。
戴森正通过创新科技以及其背后独特的工程师文化,解决那些常被人们所忽视的问题,塑造一个创新驱动的未来。同时,这也让年轻一代的新生力量看到成为发明家的可能,以创新之力,绘制一个更加美好的明天。
▲詹姆斯·戴森。(戴森/图)
参考资料:
[1] 《中国脑卒中防治报告》编写组. 《中国脑卒中防治报告2020》概要. 中国脑血管病杂志,2022