仿生設(shè)計(jì)新解

曹培峰

摘 要：本文主要從仿生設(shè)計(jì)的理念結(jié)合人類生活方式進(jìn)行闡述，在仿生設(shè)計(jì)的思路上提出新的理念，將仿生設(shè)計(jì)分為三個(gè)層次，這樣就豐富了仿生設(shè)計(jì)的方法，并對(duì)仿生設(shè)計(jì)及仿生再設(shè)計(jì)起到了一定的推動(dòng)作用。文中就不同的仿生設(shè)計(jì)層次上分別論述了仿生設(shè)計(jì)的新方法，從而為指導(dǎo)設(shè)計(jì)的發(fā)展提供了一定的思路。

關(guān)鍵詞：仿生設(shè)計(jì)；新思路；設(shè)計(jì)方法

自從人類進(jìn)化成為現(xiàn)代人類以來(lái)，人們就學(xué)會(huì)了制作工具并使用工具參與生產(chǎn)生活中的各項(xiàng)活動(dòng)。伴隨著人類生活活動(dòng)的快速發(fā)展，人們?yōu)闈M足更加高效、更加完善的生活模式，在前人通過(guò)經(jīng)驗(yàn)的積累與總結(jié)的基礎(chǔ)上，形成了一套完善的學(xué)習(xí)方法和學(xué)習(xí)程序。其中有一種學(xué)習(xí)方法就是向自然界的其它物種學(xué)習(xí)，通過(guò)觀察并研究自然界生物各種各樣的特殊本領(lǐng)，分析它們的特殊結(jié)構(gòu)或行為模式并展開(kāi)模擬練習(xí)，形成人類熟知的原理、機(jī)構(gòu)等方案。這些再通過(guò)人類的設(shè)計(jì)、制造等手段加以利用，形成更加完善的、供人類使用的工具，并為人類的生產(chǎn)生活方式提供了更好的解決方案，制造出更為豐富的物質(zhì)文明。這樣的設(shè)計(jì)手段的運(yùn)用就是仿生設(shè)計(jì)的開(kāi)端。

與此同時(shí)，人類也會(huì)跟自然展開(kāi)不懈的斗爭(zhēng)，從其它生物的抵抗方式中研究新的工具，用于人類抵御自然的侵害，這樣的工具設(shè)計(jì)及制造也是從模仿自然界的生物開(kāi)始的，也是一種仿生設(shè)計(jì)的形式。

以上兩種解決問(wèn)題的思路其實(shí)就是人與自然的交互，這種交互就是一種信息的傳遞，使得人類從自然界其它生物幾百年進(jìn)化的種種優(yōu)勢(shì)現(xiàn)象中獲得了靈感，啟迪了思路，設(shè)計(jì)出人們生產(chǎn)生活中使用到的各類東西，進(jìn)而滿足了人們切身的生產(chǎn)生活需求。例如房屋的瓦楞模仿動(dòng)物的鱗甲、雨傘支撐的結(jié)構(gòu)模仿荷葉的脈絡(luò)、水壺的大肚子造型模仿野獸形態(tài)等等。

當(dāng)下的我們更是善于經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，將仿生設(shè)計(jì)歸納為一種設(shè)計(jì)思路，歸為一定的知識(shí)類別，引導(dǎo)當(dāng)下生活中的各種產(chǎn)品設(shè)計(jì)。一個(gè)個(gè)鮮活生動(dòng)的仿生設(shè)計(jì)的例子就圍繞在我們的日常生活周?chē)幪庴w現(xiàn)著各種仿生設(shè)計(jì)的思路。

就仿生概念來(lái)說(shuō)，人類借助于一定的方法和手段進(jìn)行研究，將其它物種的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、功能、色彩等加以分析、總結(jié)、歸納，運(yùn)用到人類的現(xiàn)代設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)出具有明顯的物種特征的新工具、新產(chǎn)品。另外除了以上特征的模仿，還有很多方向可用于仿生設(shè)計(jì)的開(kāi)拓，比如自然界其它物種的肌理、材料、質(zhì)感、工作原理、行為方式等等方向。在現(xiàn)代的仿生設(shè)計(jì)中，大多都會(huì)綜合采用多種方向的仿生設(shè)計(jì)形式，其中重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)從自然、和諧、共生等方面展開(kāi)，提倡可持續(xù)的、綠色的仿生設(shè)計(jì)。

當(dāng)下的設(shè)計(jì)中，有時(shí)候人們會(huì)將初級(jí)的仿生設(shè)計(jì)進(jìn)行再設(shè)計(jì)，在此我們可以定義為二次仿生設(shè)計(jì)。二次仿生設(shè)計(jì)要充分利用到更加先進(jìn)的現(xiàn)代科技手段，對(duì)初級(jí)仿生設(shè)計(jì)的內(nèi)容加以鞏固或能力更大化，從而強(qiáng)化設(shè)計(jì)效果，達(dá)到新的設(shè)計(jì)目標(biāo)。例如火箭的起源來(lái)源于古代射箭與火藥炮竹的結(jié)合，如果火藥和箭柄的結(jié)合是初級(jí)仿生設(shè)計(jì)的話，現(xiàn)代火箭就是二次仿生設(shè)計(jì)的結(jié)果。它通過(guò)了技術(shù)化的精密設(shè)計(jì)，將導(dǎo)引與控制系統(tǒng)運(yùn)用到火箭中，實(shí)現(xiàn)了功能的延伸與能力的擴(kuò)大，達(dá)到了新的設(shè)計(jì)目標(biāo)。再例如，雨傘的設(shè)計(jì)從最初的仿照荷葉結(jié)構(gòu)與亭子的形態(tài)進(jìn)行的初級(jí)仿生設(shè)計(jì)，到后來(lái)的雨傘的設(shè)計(jì)，不再使用布料或是塑料作為物理面擋雨，而是運(yùn)用把手的中空結(jié)構(gòu)噴射氣流，讓氣流形成擋雨的面，從而起到防止雨水濺落的作用，這就是二次仿生設(shè)計(jì)，這樣的事例很多。由此，我們可以總結(jié)一下，仿生設(shè)計(jì)的概念及內(nèi)涵是多方面的，運(yùn)用仿生設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行的設(shè)計(jì)所涉及的領(lǐng)域也是多方向的，與之相匹配的科學(xué)技術(shù)也是“五花八門(mén)”。例如觀察豬的行為，它會(huì)將鼻子插入土中，從而引發(fā)人們?cè)O(shè)計(jì)出了防毒面具；觀察蝙蝠在飛翔過(guò)程中的行為，人們發(fā)現(xiàn)了超聲波的存在，并設(shè)計(jì)出了雷達(dá)，進(jìn)而人們又利用雷達(dá)的超聲定位的原理，設(shè)計(jì)出了盲人用的“探路儀”等等事例。

總結(jié)起來(lái)說(shuō)，我們將仿生設(shè)計(jì)的層次重新梳理一下，可以分為以下三個(gè)層次：第一層次的仿生設(shè)計(jì)是鑒于技術(shù)條件的限制或是不需要更高級(jí)的技術(shù)支持的情況下，只是將形、色、質(zhì)進(jìn)行了歸納，并初步運(yùn)用到生活產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，例如魚(yú)鰭的形態(tài)之于船槳的設(shè)計(jì)，鋸齒草葉的形態(tài)之于鋸子的設(shè)計(jì)等等，這些都不需要更高層次的技術(shù)支撐，簡(jiǎn)單有效的提高了生活品質(zhì)；第二層次的仿生設(shè)計(jì)是在第一層次仿生設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，通過(guò)現(xiàn)代科技手段加以技術(shù)強(qiáng)化，實(shí)現(xiàn)使用效果的突破，例如：人類模仿鳥(niǎo)的飛翔，從原始的翅膀到木質(zhì)的飛機(jī)，再到現(xiàn)代的超音速飛機(jī)，使人類自由翱翔于天空成為了現(xiàn)實(shí)，這是在第一階段仿生設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，結(jié)合科技進(jìn)步研發(fā)出新的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了功能的突破。反過(guò)來(lái)，通過(guò)深入地研究自然界生物的各種工作原理，這種仿生設(shè)計(jì)又促進(jìn)了科技技術(shù)的發(fā)展，并為科技的發(fā)展開(kāi)創(chuàng)了新的研究方向；第三層次的仿生設(shè)計(jì)就是在第一層次和第二層次的基礎(chǔ)上進(jìn)行更高層階的仿生設(shè)計(jì)，它會(huì)通過(guò)未來(lái)設(shè)計(jì)手段引領(lǐng)人類科技的突破，開(kāi)創(chuàng)新的生活模式。例如：仿生手杖設(shè)計(jì)之于多點(diǎn)觸控機(jī)械臂的設(shè)計(jì)，它將第二層次的設(shè)計(jì)引導(dǎo)成更高層次的設(shè)計(jì)，打造出了輔助運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的新型模式。

仿生設(shè)計(jì)的開(kāi)展其實(shí)就是人與自然物在精神和技術(shù)層面的交互與層疊，人對(duì)物的研究促進(jìn)了人類的科技進(jìn)步；物對(duì)人的啟發(fā)改善了人與自然的和諧相處。伴隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們將自然生物的優(yōu)勢(shì)結(jié)合人類現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)進(jìn)行了高度的交叉、滲透及融合。即：將其它動(dòng)植物具有的特殊技能，但人類一般不具有的技能，進(jìn)行擴(kuò)大化及系統(tǒng)的應(yīng)用。其結(jié)果就是人類掌握的技術(shù)等級(jí)越來(lái)越高，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的手段越來(lái)越復(fù)雜，轉(zhuǎn)化方式越來(lái)越優(yōu)化，使用效果的表述更精細(xì)，達(dá)到的成果更加令人期待。例如：人們利用蒼蠅的平衡棒原理設(shè)計(jì)出了振動(dòng)螺旋儀，而這種振動(dòng)螺旋儀又可以在更廣泛的領(lǐng)域得到應(yīng)用。

仿生設(shè)計(jì)對(duì)豐富人類的生活起到了巨大的推動(dòng)作用，這是人類向自然學(xué)習(xí)，征服自然的重要手段，是人們有意識(shí)的將自然界中某些原理加以模擬并拓展運(yùn)用的方式方法。如果我們說(shuō)把這種方式方法歸納為一種人類學(xué)習(xí)的思路，那么，這種思路就為我們今后的發(fā)展提供新的模式。為此，追溯人類的學(xué)習(xí)思路，仿生設(shè)計(jì)依靠的就是不斷對(duì)自然事物的重新認(rèn)知，從而指導(dǎo)科技的發(fā)展，為人與自然的和諧統(tǒng)一奠定了思維基礎(chǔ)。例如：SpaceX的團(tuán)隊(duì)在全世界率先實(shí)現(xiàn)了火箭“回收”的技術(shù)，其可以回收第一級(jí)火箭，實(shí)現(xiàn)重復(fù)利用，其原理也離不開(kāi)第二層次的仿生設(shè)計(jì)。

盡管人類創(chuàng)造了大量的仿生設(shè)計(jì)作品，但自然界的生物千萬(wàn)種，其中許多生物具有的高超技能或是奇妙的生理結(jié)構(gòu)是人們尚未知道和掌握的，但是伴隨著仿生設(shè)計(jì)新思路的發(fā)展，以及科學(xué)技術(shù)的全面提升，各種仿生設(shè)計(jì)會(huì)源源不斷地被應(yīng)用到人類的生活中來(lái)，為人類的生活提供各種便利，為人們開(kāi)創(chuàng)新的生活方式提供了條件。可以預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展是持續(xù)性的，我們對(duì)仿生設(shè)計(jì)新思路的探索也是持續(xù)的，運(yùn)用新的思路去指導(dǎo)仿生設(shè)計(jì)，去指導(dǎo)人們的設(shè)計(jì)思維，為設(shè)計(jì)回歸自然，為人與自然的和諧統(tǒng)一提供思路和貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：山東工藝美術(shù)學(xué)院）