淺談仿生設(shè)計在工業(yè)設(shè)計中的應(yīng)用

賈冰、張男

仿生學(xué)作為一門通過研究生物系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、性狀、原理、行為為工程技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)新提供新思路、新方案的技術(shù)學(xué)科。在與設(shè)計藝術(shù)思想的碰撞中，產(chǎn)生了一門邊緣學(xué)科——仿生設(shè)計學(xué)。仿生設(shè)計就是指設(shè)計師們在進行新產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計時，研究自然有機體的“形”、“音”、“色”、“動”，和生物特征規(guī)律，進行模仿與提煉，來賦予產(chǎn)品生命與情感，使人們在消費時，產(chǎn)生心理的共鳴、情感的體驗。

一、中國古典哲學(xué)的仿生思想

遠古時期，人們的生活生產(chǎn)資料都來源于自然，器物形態(tài)也呈現(xiàn)著原始抽象的自然形態(tài)。在與大自然不斷的斗爭妥協(xié)中，中國先人們形成了樸素的自然哲學(xué)思想，如“天人合一”與“五行相生相克”的思想?！疤烊撕弦弧笔侵溉耸亲匀坏囊徊糠?，人的生存與發(fā)展建立在與自然共生互補的基礎(chǔ)上的。他們認為只有達到了“天”、“地”、“人”和諧統(tǒng)一的完美境界，才能產(chǎn)生完美的器物。在此思想基礎(chǔ)上發(fā)展起來的手工藝論著，如春秋時期的《考工記》、明代的《天工開物》，集成了原始的產(chǎn)品造型與材料應(yīng)用法則，體現(xiàn)了古人們“外師造化”、“中得心源”的自然形態(tài)，概括抽象能力和利用改造自然材料，構(gòu)造具有形式美感的器物形態(tài)能力。

二、仿生設(shè)計在中國古代器物造型中的應(yīng)用

中國古代的日常生活用品，如陶器、家具、銅鏡、生產(chǎn)工具等取材于自然，造型也多是對動、植物形態(tài)的抽象再現(xiàn)。如新石器早期的瓜果和葫蘆形狀陶器，新石器晚期的豬形陶壺、獸形陶壺、水鳥形陶壺、龜形陶壺等，體現(xiàn)了人類對自然的敬畏和信仰，是古代先民仿生意識的流露。陶鬶是其中有代表性的一種溫酒斟酒器具。陶鬶中下部豐腴的獸腹和獸臀，可以加大儲酒的容量；鼎立的三足可以穩(wěn)定容器；三足的中空部分可以點火烘燒加熱。陶鬶的尾部上翹，形成提梁；頸部上聳高昂，使整個器形具有挺拔的氣勢。陶鬶是形態(tài)仿生與功能仿生的完美結(jié)合，體現(xiàn)了古人高超的抽象造型能力。新石器時期的彩陶常裝飾水紋、漩渦紋、云雷紋、魚紋等圖案，體現(xiàn)了古人的視覺圖案仿生智慧。在漫長的封建社會，中國的仿生器物也得到了進一步的發(fā)展。三國兩晉時期的茶具、酒具、文具等模仿動物的造型，如雞頭壺、鷹形盤；唐宋時期仿生植物的瓜形壺、花形盤等。明清時期的仿生設(shè)計更加豐富，自然a生活的一切人、事、物、動植物等都可以進入器物的造型和圖案中，寄托美好的寓意，象征富足生活。

中國的古典家具中也常常能看到仿生設(shè)計的影子。人們常見的木墩，就是南瓜造型的仿生，逐漸演變而來。中國古典家具的某些功能構(gòu)件，如案幾、椅凳的腳，常模仿獸足；柜的頂飾，沙發(fā)椅的扶手和靠背等常采用龍的變型。

三、仿生在西方工業(yè)設(shè)計史中的發(fā)展與應(yīng)用

仿生設(shè)計在英國工業(yè)革命后得到了長足發(fā)展。19世紀末的新藝術(shù)運動就是運用海藻、草、昆蟲等自然元素和充滿活力、波浪形、流動的線條，以及充滿美感的女性形象和有機形態(tài)作為建筑造型、產(chǎn)品造型和平面設(shè)計的裝飾元素與創(chuàng)作靈感進行設(shè)計的。如愛米勒·加雷設(shè)計的玻璃制品，整體運用流暢和不對稱的有機造型，乳色肌理上裝飾以花朵、葉子、枝蔓、蝴蝶等圖案。他設(shè)計的家具也以異域植物和昆蟲作為裝飾題材，怒放的鮮花和花葉纏繞構(gòu)成獨特的表面裝飾效果。著名的“睡蝶床”，就是使用的玻璃和珍珠傳達了蝴蝶身體和翅膀的輕盈感覺，黑白交替的木頭紋理則再現(xiàn)了蝶翅的斑紋。

仿生設(shè)計在當(dāng)代西方呈蓬勃之勢，最具顛覆性的設(shè)計師路易吉·克拉尼提到: 自然界有幾千幾萬年的演變過程，它是逐漸按需求和必然存在的條件進化而來的，而人類最近一兩百年才有工業(yè)的發(fā)展和各種技術(shù)的實現(xiàn)。我們必須遵循大自然的規(guī)律，他將曲線構(gòu)成的獨特生態(tài)形狀,運用于產(chǎn)品、時裝、汽車、建筑和工藝品等廣泛的設(shè)計中。他設(shè)計的佳能單反相機獨特的細節(jié)曲線給雙手帶來無以倫比的握感。他認為世界是圓的，他的靈感都來自于自然,他所做的無非是模仿自然界向人們揭示的種種真實。

四、仿生設(shè)計在工業(yè)設(shè)計中的具體應(yīng)用方法

1. 形態(tài)仿生設(shè)計

產(chǎn)品的形態(tài)承載著設(shè)計師的設(shè)計理念，是與消費者溝通的橋梁。在當(dāng)下回歸自然，綠色設(shè)計的理念下，形態(tài)仿生設(shè)計成為了設(shè)計師的主要設(shè)計手段。菲利浦?斯達克的外星人榨汁機，就是以昆蟲般的細長三足，仿佛來自外太空生物的怪異頭部，引起了人們的無限遐想和購買欲望。

形態(tài)仿生設(shè)計分為具象仿生和抽象仿生。具象仿生直接真實的再現(xiàn)和描繪自然生物形態(tài)，形式生動活潑，極富生命力和親和感，常用于兒童產(chǎn)品和家居用品的設(shè)計。抽象仿生是將自然形態(tài)簡化、提煉，通過聯(lián)想、夸張、變形的手法，使產(chǎn)品形態(tài)在“似”與“不似”之間，產(chǎn)生趣味性和探索性。抽象仿生具有簡化性、概括性、想象性的特點，極富個性和創(chuàng)造力，也更加符合生產(chǎn)工藝和運輸包裝的要求。

2. 功能結(jié)構(gòu)仿生設(shè)計

功能結(jié)構(gòu)仿生主要是研究生物體在自然界的特異生存本領(lǐng)或身體內(nèi)部特殊結(jié)構(gòu)，通過技術(shù)手段模仿其功能與構(gòu)造，用于改進現(xiàn)有產(chǎn)品的使用方式或技術(shù)系統(tǒng)，實現(xiàn)產(chǎn)品的舒適性與便利性，完成產(chǎn)品的升級換代。如日本新干線高速列車采用仿生于貓頭鷹羽毛和翠鳥喙的降噪設(shè)計，行駛過程出奇地安靜。貓頭鷹的羽毛呈鋸齒狀排列，穿過夜空時，悄無聲息，高鐵與上方電線連接的裝置便采用這種鋸齒狀結(jié)構(gòu)；翠鳥的喙使它從空中向水面俯沖時在最大程度上減少能量損失，列車的前部采用類似形狀可幫助列車在穿過隧道時不會產(chǎn)生低水平音爆。再如，蜂巢由排列整齊的六棱柱形小蜂房組成，科學(xué)家計算出是最節(jié)省材料的結(jié)構(gòu)，且容量大、極堅固。人們仿其構(gòu)造制成蜂巢式夾層結(jié)構(gòu)板，強度大、重量輕、不易傳導(dǎo)聲和熱，是建筑及制造航天飛機、宇宙飛船、人造衛(wèi)星等的理想材料。蜂窩結(jié)構(gòu)頭盔的設(shè)計因其省料、容量大、強度高、透氣好的特點獲得了德國紅點設(shè)計大獎。美國佛羅里達州大學(xué)工程師里克·林德從海鷗身上得到啟發(fā)，研制出一種能在高層建筑周圍尋找出路，同時又可猛撲向林蔭大道的遠程遙控偵察機，很多現(xiàn)代戰(zhàn)場正是由高層建筑和林蔭大道構(gòu)成。林德手拿的就是基于海鷗可在“肩部”和“肘部”彎曲翅膀的能力設(shè)計的飛機原型。筆直的“肘部”在最大程度上提高了穩(wěn)定性，“肘部”以下部分則提高飛機在驟降、俯沖和翻滾時的靈活性。

3. 色彩圖案仿生設(shè)計

自然界存在著千變?nèi)f化的色彩和色彩組合圖案。優(yōu)異的色彩和圖案可實現(xiàn)生物體一定的生存功能。模仿自然界優(yōu)異的色彩組合與圖案形式，應(yīng)用于產(chǎn)品的外觀色彩搭配與圖案裝飾中，就是色彩圖案的仿生設(shè)計。如在箱包和家具面料中使用的仿動物皮毛斑點、條紋的設(shè)計，家居飾品中仿植物色彩與脈絡(luò)的圖案裝飾，都是色彩圖案的仿生設(shè)計。再如蝴蝶等昆蟲的羽翼在陽光下呈現(xiàn)繽紛絢麗的熒光，應(yīng)用于服裝面料的仿生設(shè)計中，會給人以美的享受。

4. 材料肌理仿生設(shè)計

研究自然生態(tài)的表面肌理和材料組織結(jié)構(gòu)的排列形式，利用人造材料模仿自然肌理的構(gòu)成，實現(xiàn)材料的功能價值，傳達表面的裝飾效果，被稱為材料肌理仿生。如Speedo公司出產(chǎn)的模仿鯊魚皮膚制作的高科技泳衣，使伊恩·索普在悉尼奧運會一舉奪得3枚金牌，創(chuàng)造了材料仿生的神話。荷葉是潔凈的象征，水珠和灰塵都無法在其光滑的防水表面停留，因為荷葉表面緊密排列的小突起，讓小水珠不具備堆積空間?？茖W(xué)家們已將這種肌理應(yīng)用于服裝面料、窗戶以及高壓輸電線絕緣器等自清潔材料的研發(fā)上。隨著人類與自然矛盾的日益突出，與自然和諧相處，順應(yīng)自然規(guī)律的呼聲，越來越響亮。工業(yè)設(shè)計作為改變?nèi)祟惿鏍顟B(tài)，設(shè)計人類生活方式的設(shè)計學(xué)科，必需要尊重自然、模仿自然、以自然為師。仿生設(shè)計作為工業(yè)設(shè)計的重要設(shè)計手段，必然會發(fā)揮越來越大的作用，甚至成為設(shè)計師們首要考慮的設(shè)計方法。