淺談仿生設計

張濤

[摘 要]隨著時代的發(fā)展和人們生活水平的提高，設計在人們的日常生活中扮演的角色越來越重要，特別是設計競爭愈演愈烈的今天，設計是否合理，能否為人們所認可接受，變成了一個亟待解決的問題。仿生學主要研究生物的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)以及其語言的傳遞原理，以此來改進當代機械構(gòu)造、建筑結(jié)構(gòu)等缺陷。將仿生學應用于設計領域的重要因素在于人們不僅可以吸收其造型的合理特點，也可以擺脫日益不前的設計進步，進而實現(xiàn)物質(zhì)生活與自然環(huán)境的相互交融。仿生學提供了一個人與自然的共存方式，而且仿生學也展現(xiàn)了自然的美學原理的合理性，為更好的設計人造物品提供了借鑒和參考。

[關鍵詞]設計 仿生學 生命進化 人造物品 設計過程

[中圖分類號] TB47 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2015）10-0121-02

在設計歷史的長河中，人類的設計從誕生那天起就和自然形態(tài)緊密相連。古人類原始時期的彩陶的圖案就是最原始的生態(tài)形態(tài)，古代原始人類設計的弓箭的箭頭和矛頭就是仿照食肉猛獸的利齒。近代的“甲殼蟲”汽車到現(xiàn)代的美國蝙蝠型戰(zhàn)斗機都是仿生學在設計中的巧妙應用。

一、生物進化規(guī)律中的思考

在工業(yè)產(chǎn)品設計發(fā)展的過程中，有一種不斷增長的趨勢，那就是把設計和自然界在一個更深的層次上結(jié)合起來。就是把自然界的結(jié)構(gòu)、功能、造型利用起來作為一種設計方法，比如在設計中對動物的結(jié)構(gòu)組成進行簡單的復制。例如潛水艇就是模仿了海生生物的流線的外形，而實際上這種合理的外形能夠減少潛水艇在前進時水的阻力。仿生學作為一種文化觀念誕生于20世紀50年代，是為工業(yè)社會提供新的思想觀念及工作原理的一門學科。仿生學研究的基本觀念是通過研究生物的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和性能。事實上人造物體（產(chǎn)品和建筑）和自然物體（植物和動物）的“進化”是根本不同的。人類習慣于機械的處理對象，簡單的處理問題，例如手提電腦的外殼的耐壓力不夠就簡單的加厚了，重量上的增加就不會考慮。而自然的進化都是通過動態(tài)的轉(zhuǎn)變性的適應（這是生物長時間適應自然界的結(jié)果），在這個過程中生物獲得自身系統(tǒng)與功能的演進與完善。例如鯨魚，鯨魚的陸生祖先是步行鯨，它們是四肢著地行走的動物，類似今天的犬科動物，但是每個腳上有蹼，起到劃水的作用。1000萬年之后，步行鯨魚進化成了15米長的古蜥鯨，它的四條腿幾乎沒有了，后腿退化了變成了尾鰭。其實自然創(chuàng)造生物就是一個不斷進化的過程，仿生學就是要發(fā)現(xiàn)生物進化中潛在的動態(tài)的進化規(guī)律，并在人類產(chǎn)品設計中注入 “生物”演進的元素。這種仿生的設計方法本身不僅可以影響設計的整個過程，而且能使我們從各種流行的時尚風格中或者從以往的設計流派中解脫出來，避免重蹈覆轍的設計抄襲，從而能夠探尋更新穎的、豐富的，并與人工產(chǎn)品功能相適應的形式。

二、擺脫人為造型的羈絆

人造物體基本上功能性很強，現(xiàn)實使用的需要往往大于一切，因此現(xiàn)代人類生產(chǎn)的物品都是以方體等直線造型的樣式表現(xiàn)出來，這樣的結(jié)果不僅因為在生產(chǎn)加工的時候比較方便節(jié)約成本，而且也是因為要避免曲線造型在制造上的過于繁瑣，比如福特生產(chǎn)的t型車的設計，基本上就是個英文字母的“t”。而要使設計進一步的提高必須擺脫人造物品的固定樣式，比如英國特工公司最近研究出了一種蜜蜂飛行攝像機長度僅1厘米，重量僅為一克。蜜蜂飛行攝像機的翅膀長度大約是兩厘米，它的飛行不像傳統(tǒng)飛機那樣用螺旋槳，而是以每秒扇動翅膀400次的高速頻率，完成空中懸?；蛘咿D(zhuǎn)彎、高速飛行等等。蜜蜂飛行攝像機可以以15公里每小時的速度飛行，它利用昆蟲的飛行方式，即在每一次扇動翅膀的同時既能提供上升升力，還能提供前進的動力。所以，和正常的蜜蜂的飛行速度一樣，這種設計不僅顛覆了以往設計外形的局限，而且還將使用功能和外形很好的結(jié)合起來，同時也改寫了飛行動力傳統(tǒng)模式。限于當前的科學技術，這種蜜蜂的材料和功能還可以有改進的空間，因此它的飛行速度和電池的帶電量還有很多極限沒有開發(fā)出來。

三、自然界的比例帶來的啟示

自然界也顯現(xiàn)了我們?nèi)祟愰L期以來一直追尋的理想的外在形式即美的外表，也就是說在沒有人類之前自然界已經(jīng)存在美的比例了。人類的審美是在自然界中找尋、選擇并制定標準的。而動植物的美的標準如身體結(jié)構(gòu)，皮膚和毛發(fā)是在演化過程中逐漸進化形成的，動物植物的美就是它們外在樣貌的表現(xiàn)。例如，黃金分割又稱黃金律，還叫黃金分割率，就是動物植物的身體比例和各部分結(jié)構(gòu)之間的數(shù)字比例關系。美國生物學家懷特歐文說：“植物的高和寬的比例一定是固定的比例關系，比如再高的樹也不會非常細，那是因為只有正確的比例才會讓樹在對抗地心引力的過程中存活?！痹诋敶F(xiàn)實生活中，黃金分割定律應用得也非常廣泛，比如打印紙長寬比例就是黃金比例，節(jié)目主持人站立的地方不是整個舞臺的中央，而是在舞臺的偏右一側(cè)。從觀眾的角度看節(jié)目主持人的位置是在黃金分割點那個位置最美，主持人的聲音的傳播也會好很多。黃金分割在建筑、文藝、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學實驗中有著廣泛而重要的應用，而黃金分割在動植物中是早已經(jīng)存在的法則。仿生學的任務就是在自然界已有的法則中不斷追尋和探討，使得人類的設計更加自然的符合道理。

四、仿生的形式借鑒

仿生學就是如何在現(xiàn)實中找到類似的生物形式，也就是說要考慮仿生學的形態(tài)來源是什么，進一步的來怎么解決人造產(chǎn)品的形式，這是一種思考設計解決方案的新方法。根據(jù)美國《每日郵報》消息，最近美國當局公布了關于機械犬開發(fā)項目的報道，這種機械犬能夠在崎嶇不平的地面上自如的行走，沒有頭部但是有類似真實犬類動物的四條腿，由波士頓動力學工程公司（BostonDynamics）專門為美國特種部隊設計使用的。該機械犬和真的犬類大小差不多，這種機械犬能夠在實戰(zhàn)中冒著槍林彈雨為士兵運送彈藥、食物和其他物品。實際上它的原理很簡單，就是發(fā)動機連接液壓系統(tǒng)從而傳遞給機械犬四肢以動力。而機械犬每一步的運動的幅度大小和角度是由機械腿下面的傳感器傳輸?shù)缴眢w計算機，然后通過計算機計算后傳遞指令到傳感器來實現(xiàn)的。機械犬靠身體中央的陀螺裝置感覺平衡，假若機械犬受力向身體側(cè)方傾倒，陀螺也會由于地心引力而向一方傾倒從而觸發(fā)平衡感應器，相應的感應器就會傳達平衡指令到四肢以調(diào)整身體平衡。波士頓動力公司主席兼項目經(jīng)理馬可·雷波特說：“平衡傳感器可探測到地勢變化，可根據(jù)地面的坡度四肢進行相應的調(diào)整。機械犬的每個關節(jié)都有緩沖裝置，而且每個關節(jié)的傳感器都與中央電腦相連，以便及時處理來自地面的變化。”從這一事例中我們可以得到一個結(jié)論，就是仿生學為設計的發(fā)展提供了形式借鑒和審美引導。

其次，仿生學是設計系統(tǒng)的一個重要工具，身處信息時代，人們對設計的理解已經(jīng)不再僅僅停留于形式、功能與實用，而是將產(chǎn)品的物質(zhì)屬性和精神內(nèi)涵的融合模式作為探究的核心。例如，北京2008年奧運火炬的設計其實可以說是物質(zhì)屬性和精神內(nèi)涵融合的典型例子。這個設計的形態(tài)靈感來源于中國古代的書卷，而構(gòu)成書的材料是紙，在一定程度上預示了中國人發(fā)明的精神，這一內(nèi)涵與火炬設計的精神內(nèi)涵是相吻合的?；鹁嫔系募y飾設計的形態(tài)來源是中國古代的“祥云”紋樣，這一紋樣有對人的美好的祝愿的含義，這個內(nèi)涵又與奧林匹克競技精神很好的吻合。

仿生學是設計方法的重要工具，有關這一理論的研究正在接受來自各學科領域的熱切關注，仿生設計的新方法、新產(chǎn)品正吸引著世界各地的人們的眼球。人們對于設計的理解已經(jīng)不再停留在外觀和功能的羈絆上，設計人員因而將產(chǎn)品的物質(zhì)屬性和功能屬性以及其精神內(nèi)涵巧妙的融合在一起，并作為其探究的核心。提倡仿生設計，不僅從功能、結(jié)構(gòu)、材料上滿足了使用者的需求，同時賦予產(chǎn)品形態(tài)以生命的象征，令設計回歸自然，從而達到人與自然更為深層次的交流與共存。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 陳為.工業(yè)設計中仿生設計的應用[J].機械研究與應用，2003（4）.

[2] 陳嬿，于帆.仿生造型設計[M].武漢：華中科技大學出版社，2005.

[3] 朱麗芳.基于HBM的仿生學在游艇造型設計的研究與應用[D].長沙：湖南大學，2011.

[責任編輯：鐘 嵐]