工业设计中仿生设计的运用

《科技传播》2013•1（上）91基础科学Basic Science仿生理念在设计创新中的应用聂夏杰，宫浩钦北京航空航天大学，北京 100191摘要 由于自然界存在着残酷的优胜劣汰，生物体为了顺应这种变化和选择，发展出了不同的特点和优势，他们大多有独特的外形，特殊的功能和合理的结构。科学家也通过仿生的思维方式，将这些特点和优势，移植到了人类的科学研究，工程技术中去。本文通过一些仿生案例，以阐明仿生思维在形态、结构、肌理、功能，意象等方面的应用，从而更好地理解仿生元素在设计中运用的方法和内涵，为将来进一步的设计创新提供参考。关键词 仿生；仿生设计；设计创新中图分类号U442 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）82-0091-02The Application of Bionic Concept in Design InnovationNIE Xiao-jie，GONG Hao-qinBeihang University，Beijing 100191Abstract In order to adapt to the crucial survival of the fittest in natural, living creatures have different characteristics and advantages. Most of them have unique shapes, special features and reasonable structures. With biomimetics way of thinking, scientists have imitated these shapes, features, structures in scientific research, engineering and technology. The essay illustrates the application of bionic concept in morphology, structure, texture, function, image by several cases. Moreover it helps us to understand that how to use bionic elements in design and provides references for further design innovation. Keywords biomimetics；bionic design；design innovation0 引言仿生学（Bionics）是基于对自然界生物体特性的研究，从生物体不同层面（宏观，微观）出发，着重于模仿生物特殊结构，功能，材料等的一门科学。仿生学这个名词来源于希腊文“Bio”，意思是“生命”，字尾“nic”有“具有……的性质”的意思。其最初是在1960年全美第一届仿生学讨论会上，由科学家J.E.Steele提出。伴随着人们对自然界生物体认识的深入和工程科学的进步，仿生学也为机械结构，材料科学，控制科学，信息科学和空气动力学等工程领域的研究提供了一条全新的思路。1 仿生学的出现及其发展早期仿生学的应用，主要体现在对生物形态和功能的模仿。据《杜阳杂编》记载，唐朝有个韩志和，“善雕木作鸾、鹤、鸦、鹊之状，饮啄动静与真无异，以关戾置于腹内，发之则凌云奋飞，可高达三丈至一二百步外，始却下。”]这也说明我国古代劳动人民对飞鸟的飞行动作和姿态，进行了细致的观察和研究，同时这也是最早的仿生设计活动之一。进入近现代，人们对飞行器的仿生进行了更加深入的研究。19世纪初期，英国空气动力学的奠基人之一凯利，在研究了山鹬的身体纺锤形态后，得出了一种阻力更小的流线型结构，同时其根据鸟类翅膀外形，设计出一种流线型的机翼断面曲线，对早期航空技术的诞生做出了巨大的贡献。进入20世纪，仿生学概念大规模的出现在了结构，材料，航空航海等领域的研究中。例如，在1936年，英国动物学家James Gray通过对海豚游速，肌肉，皮肤构造等方面的研究，发现海豚之所以能在海洋中快速巡游，灵活转弯，不仅得益于其仿梭状的流线型体型，更重要的是他的弹性皮肤的特殊构造，这种特殊构造可以在海豚巡游时产生一层“自适应表面”，可有效防止湍流或紊流的产生，帮助海豚降低游动时的阻力[1]。苏联也在20世纪60年代，重点研究了水生动物（如海豚）皮肤形态，为舰艇设计提供了一条新的仿生思路[2]。灯泡最早出现于19世纪初，早期的灯泡是由电池和各种发光材料（铂丝，碳棒，碳丝）构成的，但是在人们使用的过程中，能量中只有很小的一部分转变成为光，其余大部分的都以热能的形式浪费掉，而且在一些极端环境下，传统的照明光源会带来极大的危险，例如矿井，排爆现场。科学家发现自然界中许多发光生物，如细菌、真菌、蠕虫、软体动物、甲壳动物、昆虫和鱼类等，发光但不产生热，所以这种光被称为“生物冷光”。通过研究后，科学家利用某些化学方法得到了类似于生物光的冷光，解决了极端环境下照明的难题。2 设计元素中的仿生理念仿生设计学，是基于传统仿生学和设计学基础之上新兴的一门学科，其主要服务于设计创意，主要研究能够给设计活动带来重要启示或实际意义的生物体，以生物体的“形”、“结构”、“功能”、“行为方式”等为主要研究对象，提取出能够指导设计活动的元素来进行创新设计。目前，主要设计类型中，如工业设计，建筑设计，服装设计中都有仿生元素的体现。2.1 形态和结构中的仿生建筑的形态和结构往往是千变万化的，如何能够有机组织各种形态、结构、功能成为一种综合的整体，自然界中生物已经给了我们很多启示与范例。建筑中的形态仿生是最为常见的，这种设计创新手法不仅仅体现在对建筑造型的创新，更可以借助造型创造出新的结构体系或者反映特殊的文化寓意。西班牙近代建筑大师安东尼奥·高迪（Antonio Gaudi i Cornet，1852-1926），在其众多代表作中，包括米拉公寓，古埃尔公园，圣家族大教堂，都有明显生物流线型有机形态。如位于巴塞罗那的米拉公寓，基本造型就是提取了海洋波浪的形态，同时在一些建筑细节中，例如阳台的护栏就模仿了海藻的蜿蜒变化形态，使得整体建筑富有海洋般的动感，充分体现了地中海气候下,基金项目：“设计社会学：我国社会转型时期的工业设计研究”，编号：10YJC760021

理论研究・设计　

师法自然彰显个性　

——试谈仿生设计在工业设计中的应用　

隋佳　（山东工艺美术学院工业设计学院山东济南２５０３００）　

摘要：仿生在产品设计中，作为一种构思创意和解决问题的方　法，对于完善产品的功能和丰富产品的内涵有着重要的作用。仿生设　计的应用，能够强化产品的动态美，突出产品的个性．增加人与产品　之间的精神互动，使产品具有意象美和意蕴美。本文简单介绍了仿生　设计的概念及其研究背景，并重点分析了仿生设计在工业设计中的应　用，以及仿生设计的未来发展趋势，倡导工业设计师在仿生设计学的　指导下，创造人、机、自然和谐共生的生存空间。　关键词：仿生设计；自然形态　

前言　众所周知，工业设计足我们人类科学性、艺术性、经济性、　社会性有机统一的创造性活动。其核心的价值就在于为人类创造　更美好、更舒适、更人性化的生存空问和生活方式，自工业设计　诞生～百多年来，对人类产生了巨大的影响，不断解决人类生存　和生活中出现的问题，在未来的人类发展进程中，工业设计作为　产品～人～环境三者之问的平衡器必将会继续发挥着重要作用，　特别是在科技与环境、理性与人性、物质与精神剧烈冲突的今　天，如何发掘新的设计理念，如何找到新的方法和手段来解决今　天曰益突出的问题，将整个人类社会引领到“本我”的幸福家园　的门口，无疑成了工业设计所面临的又一‘重要任务和伟大使命。　在设计需要解决和协调的众多矛盾中，以下几方面显得尤为明　显。　（１）资源环境的紧张让政府、企业、设计师开始倡导和响　应绿色设计。　（２）人际的疏离与情感的淡漠让人们渴望情感设计。　（３）产品形象的同一与泛化让人们呼唤个性化设计。　上述问题成了限制人类继续向前发展，影响人类生存状态　和生活质量的重要因素，也正将人类拖入一一场环境恶化、资源紧　张、情感淡漠、人际关系疏离和物品泛化的危机当中。为了让设　计能够满足人们对产品的“人性化、个性化、情感化、多元化”　需求，在迫切寻求解决问题答案的过程中，人们不得不再一次地　将目光投向人类既熟悉而又陌生的大自然，以求获得设计的灵感　和问题的答案。设计师开始向大自然学习，了解自然界的生态规　律，学习自然界的造物法则，模拟自然界缤纷的色彩和美妙的形　态，通过对特定生物体功能，结构、形态等方面进行研究，并将　研究成果应用于产品设计中去，产品仿生设计获得了前所未有的　青睐。　提倡仿生设计，不但能创造出功能完备、结构精巧、用材合　理、美妙绝伦的产品，让产品更好地满足于人们创建和享受高品　质生活的需要，同时还赋予产品形态以生命的象征，让设计回归　自然，增进人与自然、人造物品与周围环境的和谐统一。　一、关于仿生设计　仿生学是１９６０年由美国斯蒂尔博士提出的从生物界发现原理　来解决人类技术问题的一门综合性的交叉学科，是利用自然生物　系统构造和生命活动过程作为技术创新设计的标准有意识地进行　复制，它使人类社会逐步由向自然索取转入向自然界学习和创　造世界的新纪元。仿生学的本质是通过对自然生命的模仿，来满　足人类的生存和生活问题。　产品仿生设计是在仿生学和工从新工艺美术运动到现代主　义，再到后现代主义，工业设计每一次理念与流派的演化、更　迭、交替与转换，都是对人类存在状态的反思和对于为人类谋　求更合理生活方式的探索。业设计学的基础上发展起来的一个新　的研究领域，它是通过有意识地研究自然界生物的“功能”“结　构”“形态”“色彩”“界面”等物理要素以及生物的“文化象　征”和“心理暗示”等社会文化心理要素，并将其研究成果有选择　地应用于产品的创新和改良设计中，从而达到优化和改善产品品　

浅谈仿生设计

一、仿生设计的概念和作用

仿生设计是在仿生学和设计学的基础上发展起来的一门设计学科，它还是以自然界万事万物的功能、形态、色彩等为研究对象，进行综合的想象与分析，为设计提供新的思想、新的方法，利用创造性思维把自然界有形和无形的规律表现出来的学科.

1．仿生设计是使现代工业设计能够更好的满足市场的需要仿生设计对丰富多样的自然生物的模拟与创造，带来了设计丰富多样的设计产品,为市场和消费提供了更多的选择性.仿生设计促进了现代工业设计的更新与发展.现代设计一直以来注重产品的功能价值，推崇功能主导形式主义设计观。而仿生设计运用形态主导产品设计，是产品更具视觉冲击力和美感特征,使生产出的产品更具市场竞争力.同时仿生设计还表现了丰富的文化、趣味和情感意象，给予更符合人性化的特点,使人们在购买的同时还感受到了快乐，感受到了趣味无限的感觉.仿生设计借助于其他的科学的研究成果,在其基础上发挥想象的空间,把艺术与科学紧密的结合在一起，将仿生设计推向了更高的一个层次,使其发展更具科学性，在计中更增加了影响力。

2．仿生设计是促进人与自然和谐统一的需要仿生设计可以说是现代设计发展的一大进步，它是将大自然的美以设计的表现形式在人类生存方式中的反映.加强仿生设计的训练与完善，将其运用到人

们生活的各个方面，把人类与大自然紧密结合起来,已经是现代社会的必然需要。实际上,大自然的奥秘无穷无尽.自然界的万物的形成和变化都是遵循着自然的规律而变化的，人也不例外，仿生设计就是把人和自然界的其他的生物相结合而产生并发展的，所以仿生设计也是遵循着自然发展的规律的。仿生设计以它独有的设计观念与设计方法，不断去探索人与自然的关系。坚持体现人类对现实世界的好奇心和对反映现实世界形象的执着追求,以至达到人类社会与自然达到高度的和谐统一。

二、仿生设计的产生发展过程

仿生学的诞生与发展过程分为4 个时期：仿生学萌芽时期;仿生学建立时期；仿生学巩固时期；现代仿生学时期。

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“仿生”设计在汽车造型设计中的应用

作者：叶敏 余有杰 刘德辉

来源：《现代装饰·理论》2012年第10期

摘要：汽车造型设计的众多方法中，仿生设计作为一种重要的汽车设计方法被广泛地运用，有着广泛的影响力。仿生设计在汽车造型的运用通过汽车造型物理层面的“形”整体表达和包含有情感层面的“态”体现出来。

关键词：仿生设计；产品形态；汽车造型设计

汽车自诞生至今已有一百多年的历史了，其功能从开始的代步工具，发展成为现在的快速交通工具，已经融入到人们的生活中。汽车造型也不断演进，到今天汽车设计已经发展成涉及多个领域知识的综合性学科，而从美学角度研究汽车造型设计及其理论方法是工业设计研究的出发点。汽车造型设计是根据汽车整体设计的多方面要求来塑造最理想的车身造型，其目的是吸引和打动目标消费人群，要使其产生拥有或购买的欲望和冲动。汽车造型设计被认为是汽车研发中最为关键的技术环节，是决定产品命运的关键因素[1]。

“仿生学”研究自然环境中生物系统的结构、形体、功能原理和性质，并为生命科学和工程技术提供新的设计思想及工作原理的科学，属于生物科学与技术科学之间的边缘学科。为工业设计在设计思想方法、设计理念等方面提供了理论与科学的物质支撑。仿生设计学，是在仿生学与设计学的基础上发展起来的，所涉及的领域亦非常广泛。但与仿生学以自然万物的“形”、“色”、“音”、“功能”、“结构”等为研究对象不同，仿生设计要求在设计过程中有选择的应用生物特性进行设计。仿生设计是在仿生学的基础上发展起来的，通过研究自然生物系统中的优异功能、形态、结构、色彩等特性，有选择性地在产品设计过程中应用。

任何一个事物都具有众多特性，它有别于其他的、特有的、可以作为标志性的形态特点的部分就是该事物的特征。汽车的造型特征主要指汽车造型的型面风格形态信息和与造型相关的结构工艺信息的集合。汽车的造型风格形态信息是通过外观形态来体现的，其中包含两层意思：一个是物理层面的物体外形或形状，如直面、曲面；另一个是功能层面的，是指透过物理层面让人体会到包含其中精神层面的内容。汽车造型物理层面的“形”是功能层面“态”的物理承载体，功能层面的“态”是物理层面的“形”的情感表现。汽车造型设计的形与态势辩证统一的，形与态相互联系与作用，相辅相成。