DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的曲線形態(tài)與仿生設(shè)計(jì)分析

陳曉燕

摘 要：本論文首先從DNA基因結(jié)構(gòu)符合形式美法則入手，將該結(jié)構(gòu)融入仿生造型設(shè)計(jì)，并對曲線結(jié)構(gòu)與現(xiàn)代設(shè)計(jì)的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行了分析，以期將微觀結(jié)構(gòu)與仿生造型設(shè)計(jì)有效的結(jié)合。

關(guān)鍵詞：DNA;曲線;仿生設(shè)計(jì)

隨著生物學(xué)的不斷深入，作為所有自然生物形態(tài)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)——DNA基因結(jié)構(gòu)，越來越受到人們的關(guān)注，如何運(yùn)用DNA結(jié)構(gòu)形態(tài)來創(chuàng)造設(shè)計(jì)，改良生活，是人們追本溯源，回歸自然的夢想。

1 DNA基因結(jié)構(gòu)的形式美

1.1 比例

在設(shè)計(jì)中，圖形比例是部分與部分或部分與全體之間的數(shù)量關(guān)系。古希臘發(fā)現(xiàn)的黃金分割比1：1.618，是世界公認(rèn)的產(chǎn)生協(xié)調(diào)美感的基準(zhǔn)，也是形式美法則的重要內(nèi)容。美的比例是平面設(shè)計(jì)中一切視覺單位的大小，以及各單位間編排組合的重要因素。

DNA是基因的載體，也是生物最初的形態(tài)之一。人類以及很多生命的奧妙都來源于DNA的神秘代碼。人們印象中的DNA或許只是盤延上升的螺旋、各種不同的拓?fù)洚悩?gòu)態(tài)等，但DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)富于數(shù)學(xué)之美，更符合平面設(shè)計(jì)的形式美法則，最有趣的是DNA基因鏈的比例還包含著“黃金分割比”，這或許是很多人所不知道的。因?yàn)镈NA的每個(gè)雙螺旋結(jié)構(gòu)中都是由長 34個(gè)埃與寬21個(gè)埃之比組成的，當(dāng)然34和21是斐波那契系列中的數(shù)字，它們的比率為1.6190476，非常接近黃金分割的1.6180339。

1.2 和諧與對稱

對稱的形態(tài)往往會給人以和諧的感覺，這是一個(gè)自然的規(guī)律。而一對DNA基因恰好具有反向的對稱性。DNA的復(fù)制是按照基因配對原則來進(jìn)行的，利用細(xì)胞中游離的四種脫氧核苷酸為原料A（腺嘌呤）T（胸腺嘧啶）G（鳥嘌呤）C（胞嘧啶），各自合成與母鏈互補(bǔ)的一段子鏈，隨著母鏈解旋過程得進(jìn)行，新合成得子鏈延伸，同時(shí)與每條配對得母鏈繞成雙螺旋結(jié)構(gòu)。[3]例如：

某一段母鏈基因?yàn)椋篈TGCATGA

則合成的子鏈為：TACGTACT

圖1 DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)圖

這樣的對稱形態(tài)稱為反轉(zhuǎn)對稱，雖同形、同量，但方向相反，例如中國的太極八卦，對稱均衡的形態(tài)兩相逆轉(zhuǎn)，均衡互移產(chǎn)生的圖形，這種對稱對比強(qiáng)烈，有靜中含動(dòng)之勢，富有張力，完美的將人的審美心理與DNA基因結(jié)構(gòu)規(guī)律統(tǒng)一，無論從生物學(xué)，還是美學(xué)角度，這都是一種美態(tài)法則。

1.3 節(jié)奏與韻律

節(jié)奏在設(shè)計(jì)中是指以基本型要素連續(xù)重復(fù)時(shí)產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)感。然而基本型的單元組合重復(fù)比較單調(diào)，因此，我們將基本型進(jìn)行有規(guī)則的數(shù)比、等比處理排列，使之產(chǎn)生音符般的旋律感，稱為韻律。

仔細(xì)觀察我們會發(fā)現(xiàn)，DNA基因結(jié)構(gòu)隨著對稱基本型組合以不斷連續(xù)的方式向上下或左右重復(fù)延伸時(shí)，變化的結(jié)構(gòu)連貫而有序?；蚪Y(jié)構(gòu)產(chǎn)生的節(jié)奏和韻律的構(gòu)成好像一股蓬勃向上的動(dòng)力，在時(shí)空中匯聚能量，穿針引線。

因此，DNA結(jié)構(gòu)可以說是生物最初的美好事物之一，作為工業(yè)設(shè)計(jì)人，應(yīng)尊重并懂得如何運(yùn)用DNA結(jié)構(gòu)來創(chuàng)造更加美好的生活。

2 仿生設(shè)計(jì)與DNA曲線美學(xué)形態(tài)的結(jié)合

2.1 科技發(fā)展對微觀形態(tài)設(shè)計(jì)的影響

隨著生物科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，數(shù)學(xué)和科技提供了精密的方法論，物理學(xué)家在不斷探究物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的同時(shí)，還欲竭力揭示宇宙起源的奧秘，人們對生物形態(tài)的認(rèn)識也逐步由宏觀發(fā)展到微觀，這也引起了設(shè)計(jì)師們的強(qiáng)烈好奇心。

加之設(shè)計(jì)行業(yè)與一些相關(guān)邊緣學(xué)科的相互滲透，又緊密關(guān)聯(lián)，設(shè)計(jì)師們逐漸學(xué)會將各學(xué)科綜合開發(fā)利用，使得設(shè)計(jì)視野、思維能力、想象力和創(chuàng)造力有了廣闊的發(fā)展空間，設(shè)計(jì)靈感角度也從大到宇宙范圍的無限領(lǐng)域，小到和人類活動(dòng)密不可分的微觀世界領(lǐng)域。

2.2 DNA基因結(jié)構(gòu)的曲線美學(xué)形態(tài)特征

曲線形態(tài)已逐漸成為現(xiàn)代設(shè)計(jì)的時(shí)尚潮流。DNA作為最神秘的基因結(jié)構(gòu)，最顯著的特點(diǎn)就是呈現(xiàn)一種曲線之態(tài)，富于變化，符合人們對曲線美的向往，無疑受到了設(shè)計(jì)師們的追捧。DNA的曲線美隨之被設(shè)計(jì)師的各類創(chuàng)新型作品展現(xiàn)得淋漓盡致，曲線形態(tài)的特色與各行業(yè)相結(jié)合，以達(dá)到獨(dú)特的視覺沖擊力。它的神秘與另類科技之美也逐漸被大眾接受。

解構(gòu)主義大師哈迪德曾經(jīng)說過“沒有曲線就沒有未來”。曲線是具有動(dòng)態(tài)和感染力的形態(tài)要素，也是充滿人性化的視覺元素，曲線造型可以為產(chǎn)品帶入靈性，同時(shí)也是高科技設(shè)計(jì)的表象。DNA的分子結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)的曲線結(jié)構(gòu)恰恰是生物最初的最美形態(tài)。

德國著名設(shè)計(jì)師科拉尼說：“世界任何東西都是以曲線形態(tài)存在的，無論從本質(zhì)上還是表象來看，都沒有直線形態(tài)的物體?！鼻€的魅力在于它奔放自由，變化萬千，具有極強(qiáng)的張力，對人的心理起到一種延續(xù)作用。直線型為主的造型剛直、嚴(yán)謹(jǐn)，久之容易形成單板的感受，而多變的曲線柔和、親切、優(yōu)雅的美態(tài)，能控制人的視線在曲線上做視覺來回的行程，刺激視覺興奮，產(chǎn)生快感，使產(chǎn)品與人與環(huán)境更和諧統(tǒng)一的關(guān)系。

一切生物都有著極為精到的功能結(jié)構(gòu)與形態(tài)關(guān)系法則，這是我們進(jìn)行物質(zhì)創(chuàng)造最廣闊而豐厚的知識源泉?？吕釀?chuàng)立的“生命設(shè)計(jì)”，結(jié)合在DNA基因結(jié)構(gòu)形態(tài)放生設(shè)計(jì)上，也能準(zhǔn)確的傳達(dá)對微觀形態(tài)的設(shè)計(jì)才是符合生物結(jié)構(gòu)規(guī)律的，設(shè)計(jì)師必須具有來自生物世界的豐富知識和設(shè)計(jì)世界特有的洞察力，才能成為優(yōu)秀的“生命設(shè)計(jì)”者。

例如，2010年完工的新加坡雙螺旋橋就是設(shè)計(jì)師受DNA結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，將生命與延續(xù)、更新與成長作為該橋的設(shè)計(jì)創(chuàng)意，采用不銹鋼鋼管建造的兩條螺旋曲線相互纏繞，它的雙螺旋結(jié)構(gòu)讓整座大橋使用的鋼材只有傳統(tǒng)箱梁橋的1/5;為突出它的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，橋體上還運(yùn)用了LED照明系統(tǒng)，橋上還裝有帶顏色的字母燈：“C”，“G”，“A”和“T”，分別代表DNA的胞核嘧啶，鳥嘌呤，腺嘌呤和胸腺嘧啶，毫無疑問，它成為了新加坡的又一地標(biāo)性建筑。

2.3 DNA基因結(jié)構(gòu)的曲線形態(tài)設(shè)計(jì)的可行性

DNA結(jié)構(gòu)的曲線形態(tài)具有感性因素，但要實(shí)現(xiàn)曲線的設(shè)計(jì)又必須依托飛速發(fā)展的電子技術(shù)為基礎(chǔ)。目前，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和輔助制造（CAD）、（CAM）已經(jīng)足以使復(fù)雜的曲線形成的曲面成為現(xiàn)實(shí)。

隨著機(jī)電技術(shù)的進(jìn)步，大規(guī)模集成電路的使用，使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)逐漸精密，例如筆記本電腦的體積的日益縮小，功能卻逐漸強(qiáng)大，電子產(chǎn)品逐步向小型化、微型化、智能化發(fā)展。

新型材料的不斷誕生，曲線形態(tài)的造型在計(jì)算機(jī)輔助軟件和數(shù)控成型技術(shù)支持下，更容易實(shí)現(xiàn)。

2.4 流線型設(shè)計(jì)和現(xiàn)代曲線形態(tài)設(shè)計(jì)的區(qū)別

流線型設(shè)計(jì)的成因是飛機(jī)誕生時(shí)，為了減少飛機(jī)機(jī)身對空氣的阻力，而運(yùn)用流線型對其機(jī)體內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行的簡陋的掩飾和包裝;它的實(shí)現(xiàn)目的主要是在機(jī)械工業(yè)支持下減少空氣阻力，追求質(zhì)感和速度。

而現(xiàn)代曲線形態(tài)設(shè)計(jì)的成因是數(shù)字化時(shí)代的消費(fèi)者對人性化設(shè)計(jì)的追求更堅(jiān)定，他們需要的是多變而富有趣味的產(chǎn)品;它實(shí)現(xiàn)的目的主要是在高新科技支持下，生產(chǎn)精細(xì)化的數(shù)字產(chǎn)品和其他高科技產(chǎn)品。

設(shè)計(jì)師在選擇曲線形態(tài)時(shí)，微觀科學(xué)的象征圖形DNA基因結(jié)構(gòu)就成為了重要的仿生形態(tài)之一。因?yàn)镈NA基因結(jié)構(gòu)的曲線形態(tài)，不僅是生命的起源，同時(shí)具有生命力和感召力的形態(tài)要素，作為一種充滿人性化的視覺“語言”，為產(chǎn)品設(shè)計(jì)注入靈性，使得現(xiàn)代設(shè)計(jì)文化與自然形態(tài)和諧共存。例如DNA造型結(jié)構(gòu)在家具、燈具、公共設(shè)施等方面都曾經(jīng)被巧妙運(yùn)用。

然而截止目前，對于DNA結(jié)構(gòu)在仿生設(shè)計(jì)中的運(yùn)用幾乎還局限于對其結(jié)構(gòu)的有限模仿，僅僅創(chuàng)造出了形態(tài)美的結(jié)構(gòu)，對于其功能、結(jié)構(gòu)的仿生還很少，這說明人們對于微觀結(jié)構(gòu)的仿生設(shè)計(jì)還探究得比較淺。

有報(bào)道稱加州大學(xué)Santa Barbara分校的科學(xué)家通過基因工程和分子進(jìn)化對一種半導(dǎo)體進(jìn)行了酶合成，研究人員通過建立含有各種硅蛋白遺傳物質(zhì)組合的硅蛋白基因池，生成了大批硅蛋白，并能從中篩選所需性能。相信在不久的將來，我們可以借助科學(xué)家的幫助，了解更多的DNA奧秘，創(chuàng)造出更多的符合DNA基因結(jié)構(gòu)美學(xué)的形態(tài)、功能、結(jié)構(gòu)仿生設(shè)計(jì)，為人們生活和工作所用。

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