俞小龍

摘要：在自然界中生物的進(jìn)化無不遵循著優(yōu)勝劣汰、物盡天擇的自然法則，經(jīng)過數(shù)百萬年的演化，存留至今的生物都已進(jìn)化出了一套完善的環(huán)境適應(yīng)系統(tǒng)，人類的科學(xué)技術(shù)雖然一直在突飛猛進(jìn)，但在很多方面依然遜色于自然生物，因此許多科學(xué)技術(shù)的發(fā)展還需要借鑒自然生物的生物結(jié)構(gòu)及其原理。由此可見生物仿生學(xué)在其相關(guān)的應(yīng)用領(lǐng)域有著非常重要的作用，如今生活中許多應(yīng)用生物仿生的產(chǎn)品已經(jīng)悄然進(jìn)入我們的生活，本文既是希望通過對生物仿生學(xué)的深入探究來探討其在產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域的應(yīng)用及其作用。

關(guān)鍵詞：生物仿生學(xué);產(chǎn)品設(shè)計;仿生設(shè)計

一、生物仿生學(xué)概述

生物仿生學(xué)既是模仿生物的形態(tài)或功能結(jié)構(gòu)以實現(xiàn)發(fā)明創(chuàng)造的一門科學(xué)，主要的目的是提煉自然生物百萬年來進(jìn)化出的適應(yīng)機制將其通過現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)移植到所需的領(lǐng)域及產(chǎn)品中以達(dá)到預(yù)期的實用效果，通過這種方法能夠更好也更高效的實現(xiàn)技術(shù)革新。

事實上早在遠(yuǎn)古時期的人類就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了仿生的種種益處，早期的人類就已開始借鑒自然界中生物的形態(tài)用于工具的制造，例如古時候人類通過模仿魚的形態(tài)來造船，也許當(dāng)時的人們并不明晰這背后的原理，但通過生活中的實踐發(fā)現(xiàn)這是行之有效的。到了現(xiàn)代隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們已經(jīng)掌握了更多的科學(xué)方法來研究自然界中的各種生物，從而更好地掌握了生物結(jié)構(gòu)的內(nèi)在原理，這便為各個領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展提供了有效的參照。

二、生物仿生學(xué)在產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用

仿生是產(chǎn)品設(shè)計研發(fā)中極為常見的方法和手段，自然界總是給我們帶來驚喜和期待，通過研究自然、感受自然能夠有效地激發(fā)出我們無限的創(chuàng)想和靈感，再通過科學(xué)手段加以證明和驗偽，最終我們能夠得到科學(xué)有效的新型技術(shù)用于實現(xiàn)產(chǎn)品的各項功能。而如今對于生物仿生學(xué)的研究已涉及到生物表現(xiàn)的各個層面，從最為直觀的外在形態(tài)、色彩、肌理到生物精妙的內(nèi)部結(jié)構(gòu)我們都能以科學(xué)的方法加以研究提煉，從中我們汲取了大自然的智慧為我們的生活創(chuàng)造出了高效便利的產(chǎn)品。

（一）生物形態(tài)層面的仿生設(shè)計

通過進(jìn)化論的觀點我們可以了解到對于美的感受很大程度上受到了我們的內(nèi)在基因的影響，由于我們的審美這是在自然界中繁衍生息數(shù)百萬年逐漸形成的，這促使我們會對自然界的許多事物都達(dá)成了美學(xué)上的認(rèn)可。正因如此，自然界中總有著無限的美意等待著我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)，人類文明發(fā)展至今已經(jīng)創(chuàng)造出了無計其數(shù)的人造物，經(jīng)過不斷地探索和嘗試我們力求找到匹配自然之美的設(shè)計法則，最為直接的方式就是參考自然物的外在形態(tài)，即基于自然生物形態(tài)層面的仿生設(shè)計，這種方法是以自然界中生物或植物的形態(tài)作為造型基礎(chǔ)，再根據(jù)產(chǎn)品的功能需要，使產(chǎn)品在功能和造型上能夠得到相應(yīng)的統(tǒng)一。

而對于形態(tài)的提煉上根據(jù)設(shè)計師的設(shè)計意圖既可以是抽象的又或是具象的，這使得造型仿生呈現(xiàn)出兩種截然不同的視覺體驗，而對于設(shè)計過程中抽象到具象之間的度的拿捏就要看設(shè)計者的個人風(fēng)格及觀念了。世界上許多知名設(shè)計師通過這樣一種形式的設(shè)計創(chuàng)作出了許多經(jīng)典的設(shè)計作品（圖1）。

（圖1）

（二）生物色彩層面的仿生設(shè)計

再從生物色彩的層面來看，我們視覺器官對于色彩有著極高的敏感度，我們對于環(huán)境的認(rèn)知很大一部分是依靠視覺系統(tǒng)，因此我們往往賦予了色彩很多情感因素。色彩仿生既是提取自然界中的色彩并將其運用在產(chǎn)品設(shè)計中使產(chǎn)品達(dá)到一定的視覺體驗，甚至?xí)a(chǎn)生相應(yīng)的聯(lián)想，讓產(chǎn)品產(chǎn)生更深語義象征和功能屬性。這種手法在服裝中較為常見，如迷彩（圖2）、豹紋、斑點等都是常被運用的自然界的生物色彩，這些色彩不僅具有時尚氣息還包含著豐富的情感體驗。

（圖2）

（三）生物肌理層面的仿生設(shè)計

生物肌理仿生（圖3）與生物色彩仿生有類似之處，很多時候它是建立在色彩仿生的基礎(chǔ)上對其表面質(zhì)感進(jìn)一步地深化處理的結(jié)果，它不單純考慮視覺上的仿生體驗，而是將自然動植物的表面肌理質(zhì)感也考慮了進(jìn)來，這樣不僅在視覺上有所映射，還在觸覺上也能得到更為真實的觸感，這中效果讓人耳目一新，從側(cè)面也反應(yīng)出現(xiàn)代加工技術(shù)的卓越成效。

（圖3）

（四）生物結(jié)構(gòu)層面的仿生設(shè)計

生物結(jié)構(gòu)仿生是伴隨著仿生學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對于仿生不再局限在外形上對自然淺層次的模仿。而是從生物奇特的內(nèi)外結(jié)構(gòu)組織中得到啟發(fā)，人們根據(jù)生物的構(gòu)建組織以及運行模式拓展了仿生的一個新的層面，結(jié)構(gòu)仿生設(shè)計讓最終的產(chǎn)品具備更為有用的功能意義。

生物自身結(jié)構(gòu)是非常奇特的，它們經(jīng)過數(shù)百萬年的演化成功地經(jīng)受住了各個時期的災(zāi)變，并且一直向著更優(yōu)良的系統(tǒng)進(jìn)化著，可以說每個現(xiàn)代生物都有著完美的生理機制，人們通過研究它們的結(jié)構(gòu)能夠得到無數(shù)的啟發(fā)性的發(fā)現(xiàn)，很多方面不得不承認(rèn)自然生物依舊領(lǐng)先于我們?nèi)祟惸壳暗目茖W(xué)技術(shù)。因此通過對生物結(jié)構(gòu)的仿生往往可以解決許多目前面臨的技術(shù)難點，這讓生物仿生學(xué)在產(chǎn)品設(shè)計的領(lǐng)域中再次得到了相當(dāng)?shù)闹匾暋?/p>

結(jié)構(gòu)仿生首先要依據(jù)一定的科學(xué)理論為研究基礎(chǔ)，簡單地模仿未必能產(chǎn)生預(yù)期功效。因此在結(jié)構(gòu)仿生前要對生物相應(yīng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)的研究，探明其工作原理證明其確實科學(xué)有效，再將其原理解構(gòu)后以現(xiàn)代的工業(yè)技術(shù)和手段進(jìn)行重構(gòu)，使生物結(jié)構(gòu)通過一種新的形式移植到產(chǎn)品設(shè)計當(dāng)中以發(fā)揮其原生物結(jié)構(gòu)的功效。

在眾多現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計中我們能夠看到很多已經(jīng)成熟應(yīng)用了的結(jié)構(gòu)仿生技術(shù)，這些技術(shù)里有可以分為外在結(jié)構(gòu)仿生和內(nèi)部結(jié)構(gòu)仿生。

外在生物結(jié)構(gòu)仿生是通過生物的外在結(jié)構(gòu)作為參照，通過外在的仿生以達(dá)到生物該結(jié)構(gòu)組織的相應(yīng)功能。例如吸盤的設(shè)計就屬于外在結(jié)構(gòu)仿生，它以章魚觸手結(jié)構(gòu)為啟發(fā)的仿生應(yīng)用，還有就是魔術(shù)貼的設(shè)計，也是外在結(jié)構(gòu)仿生的一個極其經(jīng)典案例，它的靈感來源則是鬼針草的尾部細(xì)小倒鉤。這些結(jié)構(gòu)仿生設(shè)計如今已經(jīng)隨處可見，大量應(yīng)用在了人們的生活中，在潛移默化中給人們的生活平添了許多便利和幫助。

生物內(nèi)部結(jié)構(gòu)仿生則是通過對生物內(nèi)部結(jié)構(gòu)的研究，將生物內(nèi)在的工作原理進(jìn)行分析，提煉出對于我們有用的結(jié)構(gòu)并運用在設(shè)計當(dāng)中，使我們的設(shè)計產(chǎn)生相應(yīng)的效應(yīng)。在高新的建筑、航天工業(yè)中就大量地充斥著內(nèi)部結(jié)構(gòu)仿生的技術(shù)應(yīng)用，例如蛋殼屋頂所運用的薄殼結(jié)構(gòu)以及航天工業(yè)中的蜂窩結(jié)構(gòu)等這些結(jié)構(gòu)仿生成果都是極為成功的案例，這些新的技術(shù)不僅節(jié)約了材料并且讓局部的應(yīng)力性得到顯著的提高，使建筑的造型擁有了更加豐富的想象空間，而航天設(shè)備也變得更加輕質(zhì)，而這些都要歸功于結(jié)構(gòu)仿生技術(shù)的發(fā)展，這都將為未來設(shè)計提供了有效的技術(shù)基墊。

目前結(jié)構(gòu)仿生已經(jīng)廣泛應(yīng)用在了各類產(chǎn)品的開發(fā)中，并收到了很大的成效，可以預(yù)見科學(xué)技術(shù)的不斷提高對于生物外在結(jié)構(gòu)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的研究也會愈加深入，這將會為人們提供更多參考素材。結(jié)構(gòu)仿生將在未來設(shè)計中占有相當(dāng)?shù)姆至俊?/p>

（五）小結(jié)

通過以上的論文我們可以看到仿生設(shè)計是極為有效的，無論從造型審美還是功能的實現(xiàn)方面仿生都能發(fā)揮出很好的效果，這位我們產(chǎn)品的設(shè)計和研發(fā)提供了新的出路。正因如此，研究和探索生物仿生學(xué)是極有價值的，相信在今后的日常生活中還會有更多的仿生產(chǎn)品涌現(xiàn)出來，為我們的生活提供更多的便利。

三、總結(jié)

可以預(yù)見隨著生物仿生學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展，仿生設(shè)計在未來蘊含著極大的潛力和機遇，將會有更多的發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新來造福于我們的生活。自然界是無比神奇的，而仿生則讓自然與現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)建立了聯(lián)系，這是一座工業(yè)通往自然的橋梁?？梢哉f生物界就是工業(yè)創(chuàng)新的一個巨大知識庫，是待我們進(jìn)一步挖掘的寶藏，對此在研究的同時我們還應(yīng)當(dāng)提供相應(yīng)的保護(hù)，這樣才能讓這筆財富可持續(xù)地發(fā)展下去并為人所用，這是新的機遇也是新的挑戰(zhàn)，如何權(quán)衡自然與工業(yè)的平衡，這需要所有人的努力，期待未來人與自然共存的美好景象。

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