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1、现代工业设计中的仿生设计 作者：何小娟 文章来源：本站原创 更新时间：2006-5-23 【内容摘要】 人类从完全适应大自然的完美进化的动植物中获得启发，从而以仿生的方式进行发明创造和产品的创新设计。本文主要从仿生学、仿生设计学、仿生设计的历史、仿生设计在工业设计中的应用以及仿生设计的未来等几个方面来阐述仿生，倡导工业设计师在师法自然的仿生设计哲学的指导下，创造人、机器、自然和谐共生的生存空间。【关 键 词】仿生、设计、抽象、和谐 一、仿生学与仿生设计学仿生学是向生物学习的科学，是人们有意识地将自然原理加以推广应用的一种思维方法。仿生设计学,亦可称之为设计仿生学（Design Bionics）
2、,它是在仿生学和设计学的基础上发展起来的一门新兴边缘学科，它是以自然界万事万物的“形”、“色”、“音”、“功能”、“结构”等为研究对象，有选择地在设计过程中应用这些特征原理进行的设计，同时结合仿生学的研究成果，为设计提供新的思想、新的原理、新的方法和新的途径。在某种意义上，仿生设计学可以说是仿生学的延续和发展，是仿生学研究成果在人类生存方式中的反映。运用仿生性思维进行设计，可作为人类社会生产活动与自然界的锲合点，使人类社会与自然达到高度的和谐统一。二、仿生设计的渊源自古以来，设计与自然之间都是紧密关联的，远古人类创造活动的第一步就是从模仿自然开始的：我们可以从早期的原始彩陶上的旋涡纹、鸟纹、鱼
3、纹，到青铜器上的饕餮纹、雷纹；从青瓷上的莲花、凤首壶，到明式家具上的官帽椅、月牙桌；从神话传说中人的羽化飞升，到春秋战国时期的鲁班从草叶的齿形边缘中“悟”到了锯的原理等，大量的事例记述了人们对自然生命的外在形态和功能创造性地模仿。人类模仿鸟的飞翔，经过漫长岁月，从最初的木制飞人发展到今天的超音速飞机，终于实现了人类在蓝天上自由飞翔的梦想。这些无疑是古人的设计智慧与自然形态完美组合的结晶。众所周知，利用旋转翼飞行的直升机的发明构想，最初来源于蜜蜂飞翔时像螺旋桨一样回旋的翅膀翼片。甲虫类的“变形蛇腹折叠结构”，则利用翅膀收藏在硬翅下的构造，能在瞬间将翅膀收放自如。这一原理也被作为太阳能电池板的收放
4、结构，照搬在宇宙飞行器上面。苍蝇由于长着有像陀螺仪那样功能的瘤状突起，所以才能够自由地平衡飞行。最近，奔驰汽车公司就照此原理，在车上装载了一种具有电子感应功能的陀螺仪，作为防止车体侧翻的安全系统装置。最近在汽车界成为热门话题的“燃料电池”，其实也是由生物发电的方式所产生的构想。在过去的20世纪里，人类曾有过许许多多的发明和设计。但是，像核能，化学药品以及PVC塑料等发明，运用这些发明设计形成的产品对人类的功过却难以确定。在第二次世界大战以后仅仅四分之一个世纪中，这些发明就已经被揭去了所谓“造福人类“的面具，而其它明显暴露出破害人类与环境的材料或科学技术也非常多。相反地，人们发现生物所具有的种种
5、奇妙构造，都是在长久的进化过程中，经过了无数次试行错误和验证后才取得的成功。因此，运用仿生学的原理所进行的设计，在实用性方面是经得起时间考验的，而且它们也可以和大自然和平共存。因此，如何向各种生物学习生存的智慧，将会成为今后的一项研究攻关课题。而被称之为“仿生学”的未来技术，在不久的将来将会成为最受关注的一门学科，著名的德国工业设计师路易吉. 科拉尼是仿生设计理论的大力倡导者和实践者，他曾说：“设计的基础应来自诞生于大自然的生命所呈现的真理之中。”所以仿生设计也势必逐渐成为工业设计发展的大趋势。三、现代工业设计中的仿生设计生物学、电子学、动力学等学科的发展促进了仿生设计学的发展。而且随着现代科
6、学技术的迅猛发展，现代人对大自然中许多生物的认识也逐步地由整体到局部、由表象深入细胞、由宏观到微观；人类对自然界生物形态与结构的研究与认识己有了空前的提高，随着一些相关边缘学科的相互渗透，又紧密关联，再将这些边缘学科综合开发利用，使得工业设计师的设计视野、思维能力、想象力和创造力有了广阔的发展空间。其实大自然的奥秘不胜枚举。每当我们发现一种生物奥秘，就有可能成为我们一种新的设计可能性，也可能带给我们新的生存方式。从这个意义上讲，仿生形态的挖掘是我们创新设计取之不尽的智慧源泉。 仿生设计是人们在长期向大自然学习的过程中，经过积累经验，选择和改进其功能、形态，从而来创造更优良的人造物。尤其是当今的
7、信息时代，人们对产品设计的要求和过去不同，既注意功能的优良特性，又追求形态的清新、淳朴，同时注重产品的返朴归真和个性。提倡仿生设计，不但创造功能完备、结构精巧、用材合理、美妙绝伦的产品，同时赋予产品形态以生命的象征，让设计回归自然，增进人类与自然统一。现代工业设计中的仿生，其主要表现在以下几个方面： 1、结构和材料的仿生 随着仿生学的深入开展，人们不但从外形、功能去模仿生物，而且从生物奇特的结构和肌理中也得到不少启发。人们在“仿生制造”中不仅是师法大自然，而且是学习与借鉴他们自身内秉的组织方式与运行模式。有的结构精巧，用材合理，符合自然的经济原则；有些甚至是根据某种数理法则形成的，合乎“以最少
8、材料”构成“最大合理空间”的要求。这些为人类提供了“优良设计”的典范。 例如蜂巢由一个个排列整齐的六棱柱形小蜂房组成，每个小蜂房的底部由 3 个相同的菱形组成，这些结构与近代数学家精确计算出来的菱形钝角109 28 和锐角 70 32 完全相同，是最节省材料的结构，且容量大、极坚固，令许多专家赞叹不止。人们仿其构造用各种材料制成蜂巢式夹层结构板，强度大、重量轻、不易传导声和热，是建筑及制造航天飞机、宇宙飞船、人造卫星等的理想材料。2、形态的仿生从生物的形态特征中，启示了人们仿制出很多的工业产品。例如人们创造了类似茅草的锯子，制成了类似蛋壳的屋顶，建成了类似大树的电视塔。 形态从其再现事物的逼真
9、程度和特征来看，可分为具象形态和抽象形态。1）具象形态的仿生 具象形态是透过眼睛构造以生理的自然反应，诚实地把外界之形映入眼睛膜刺激神经后感觉到存在的形态。它比较逼真的再现事物的形态。由于具象形态具有很好的情趣性、可爱性、有机性、亲和性、自然性，人们普遍乐于接受，在玩具、工艺品、日用品应用比较多。但由于其形态的复杂性，很多工业产品不宜采用具象形态。2）抽象形态的仿生 抽象形态是用简单和概括的形体反映事物独特的本质特征。形式的简化性和特征的概括性，正好吻合现代工业产品对外观形态的简洁性，几何性以及产品的语意性的要求，因此，它大量的应用于现代产品设计。抽象仿生形态作用于人时，产生的“心理”形态必需
10、生活经验的积累，经过联想和想象才浮现在脑海中。因此，它充分地释放了人无限想象力。同时因人的生活经验不同，因此经过个人主观喜好联想产生的“心形”也不尽相同，产生形态生命活力的感受自然丰富多彩。 设计者在对同一具象形态进行抽象化的过程中，由于生活经验、抽象方式方法以及表现手法不同，因此抽象化所得形态有多种。 具象仿生停留在模仿生物表层，思想性和艺术性的含量相对低一些；抽象仿生集中于提炼物体的内在本质属性，是一种特殊的心理加工活动，属于高层次思维创造活动，它侧重揭示物体的理念内涵。在现代仿生设计中，高、新、精、尖的工业产品，更适合用抽象仿生。 3、功能的仿生 人们发现，动植物的某些方面的功能，实际上
11、远远超越了人类自身在此方面的科技成果。生存在自然界中的各种各样的动植物能在各种恶劣复杂的环境中生存与运动，这是因为其运动器官和形体与恶劣复杂环境斗争进化的结果。植物和动物在几百万年的自然进化中，不仅完全适应自然，而且其进化程度接近完美。今天，我们生活在科学技术飞快发展的时代，学习和利用生物系统的优异结构和奇妙的功能，已经成为技术革新和技术革命的一个新方向。 在创造物质文明的过程中，人类常常将生物的某些特性运用到创造发明之中。例如根据萤火虫100%的光能转化效率原理，人类制成的冷光源，将其发光效率提高十几倍，大大节约了能量。再如仿昆虫单复眼的构造特点，人类造出了大屏幕模块化彩电和复眼照相机；仿狗
12、鼻子嗅觉功能，人类造出了电子鼻可以检测出极其微量的有毒气体等等诸多令人惊叹的创造。另外我们从生物的行为中得到启示例如从研究袋鼠的育儿行为(把幼鼠放进育儿袋中)，美国医学家研制出模仿袋鼠袋的装置，拯救了世界上无数早产儿。我们还可以从生物的习性中发现其中的价值例如英国女人类学家古多你在坦桑尼亚的森林中发现猩猩每天要到较远地方去吃几片阿斯辟里亚灌木的树叶，经过对叶子的化验、分析，从中提炼出有效成份生产出高效杀菌剂。 在现代工业产品设计中，单纯地从形态、功能、结构或材料的某一个方面来仿生是很少见的，更多的是综合形态、功能、结构和材料的多个方面来进行仿生设计，而且还从大自然的生存哲学即和谐与共生的角度进
13、行仿生设计，诸如绿色仿生设计，可持续仿生设计等。 四、未来的仿生设计神奇的大自然向人类展示着精妙绝伦的生命形态和绚丽多彩的悦人色彩，同时，大自然还无声地阐释了自然界的生存哲学和谐与共生。这种和谐的设计哲学呼吁人类社会与大自然之间的高度和谐统一；共生的设计哲学则呼吁着人与机器、生态自然与人造自然之间建立合理的建构，搭建人与自然、机器共生的对话平台。今天，我们生活在科学技术飞速发展的时代，学习和利用生物系统的优异结构和奇妙的功能，已经成为技术革新和技术革命的一个新方向。许多事实说明，仿生学是发展新技术的金钥匙。例如研究显示，不远的将来一种仿生电子眼可望诞生。因为科研人员已揭开眼睛是如何看到经大脑“
14、翻译”的图像。他们已发明一种称为“细胞神经网络”的电脑微型集成电路，据此将发明仿生“电子眼”可以用来进行类似视网膜功能的图像处理。又如美国宾夕法尼亚大学医疗中心耳鼻喉科的医生不久将开展“仿生耳”植入手术，让从前失去听力的成人重获听力。所有这些都预示着仿生科技前途似锦，而且仿生科技的探索永无止境。 运用仿生性思维进行设计，不仅创造功能完备、结构精巧、用材合理、美妙绝伦的产品，而且赋予产品以生命的象征，让设计回归自然，增进人类与自然统一。因此，工业设计师要学会师法自然的仿生性设计思维，创造人、自然、机器和谐共生的对话平台。工业设计师要积极的关注仿生发明中精巧的结构和奇特的材料，并且巧妙地应用这些结构和材料，结合市场的需求创造出人们需求的产品，同时也要细心的观察自然，提炼自然的精妙，提出更多的构想，为科学家的探索提供更多的思路，从而创造更有价值的仿生成果，为人类创造更加精美更加丰富的产品。 参考文献： 01视觉和仿生学 倪海曙主编 知识出版社 1985 02世界现代设计史王受之 编著 中国青年出版社 2002 03世纪设计提案设计的未来考古学日本物学研究会黑川雅之 著 上海人民美术出版社 2003
