仿生設(shè)計(jì)要素在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

范豐源

摘要：伴隨著人類社會(huì)的進(jìn)步，設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、消費(fèi)、文化等領(lǐng)域都發(fā)生了日新月異的變化。在設(shè)計(jì)領(lǐng)域尤為突出，人們的生活觀念、時(shí)空觀念受設(shè)計(jì)的新思想、新形式的出現(xiàn)而不斷變化。仿生設(shè)計(jì)的本質(zhì)是通過對(duì)自然界生物進(jìn)行利用、加工與再創(chuàng)造。本文以仿生要素在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用為切入點(diǎn)，從形態(tài)要素、色彩要素、功能要素和結(jié)構(gòu)要素四方面的仿生加以論述，并結(jié)合大自然的生物哲學(xué)進(jìn)行仿生設(shè)計(jì)。以期為產(chǎn)品設(shè)計(jì)的思想、原理、方法和途徑提供新的方向。

關(guān)鍵詞：仿生設(shè)計(jì)要素;產(chǎn)品設(shè)計(jì);應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TB472 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編碼：1672-7053（2021）05-0072-02

仿生設(shè)計(jì)（又稱“設(shè)計(jì)仿生”）是指基于仿生學(xué)和設(shè)計(jì)理論開發(fā)的一個(gè)高新科技學(xué)科，主要涉及數(shù)學(xué)、生物學(xué)、電子學(xué)、物理學(xué)、控制論、信息論、人機(jī)學(xué)、心理學(xué)、材料學(xué)、機(jī)械學(xué)、動(dòng)力學(xué)、工程學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、色彩學(xué)、美學(xué)、傳播學(xué)、倫理學(xué)等相關(guān)學(xué)科。仿生設(shè)計(jì)的應(yīng)用不同于常規(guī)仿生學(xué)科成果，它把自然界中所有事物的“形狀”“顏色”“聲音”“功能”和“結(jié)構(gòu)”等當(dāng)作研究主題，并在設(shè)計(jì)過程中有選擇地將這些特征原理與生物技術(shù)成果相結(jié)合實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，同時(shí)結(jié)合仿生學(xué)理論，為設(shè)計(jì)的思想、原理、方法和途徑提供新的方向。換而言之，仿生設(shè)計(jì)學(xué)是仿生學(xué)的發(fā)展和拓新，是仿生學(xué)理論在人類現(xiàn)實(shí)生活中的具象應(yīng)用。仿生設(shè)計(jì)學(xué)把自然界與人類社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了人與自然的和諧統(tǒng)一。仿生設(shè)計(jì)要素結(jié)合當(dāng)下科學(xué)和技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中進(jìn)行應(yīng)用，構(gòu)建了新的應(yīng)用思路，為今后仿生設(shè)計(jì)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用提供了理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

1仿生設(shè)計(jì)要素分析

仿生設(shè)計(jì)應(yīng)以“原型定位分析的原則”為基礎(chǔ)設(shè)定要素，換而言之，根據(jù)仿生目標(biāo)的形態(tài)、色彩、功能、結(jié)構(gòu)等，將設(shè)計(jì)與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)相結(jié)合，并轉(zhuǎn)化為可在技術(shù)領(lǐng)域供設(shè)計(jì)人員研究的參考數(shù)據(jù)，從而應(yīng)用在具有創(chuàng)造性的產(chǎn)品生產(chǎn)上。

1.1形態(tài)要素

生物工程外部形態(tài)元素的提取既可以是特定的，也可以是抽象的。可從人物形態(tài)、動(dòng)物形態(tài)、植物形態(tài)等中提取想要的形態(tài)要素，并進(jìn)行再設(shè)計(jì)。

1.2色彩要素

色彩具有可仿生性。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該對(duì)仿生目標(biāo)的環(huán)境因素進(jìn)行多角度分析，根據(jù)色彩的特征和視知覺心理，基于相關(guān)的色彩理論，探究其環(huán)境、顏色的變化。

1.3功能要素

實(shí)現(xiàn)功能的仿生必須要對(duì)研究對(duì)象的物理和化學(xué)性質(zhì)有足夠的了解，利用人的判斷能力對(duì)其識(shí)別，以促進(jìn)產(chǎn)品的更新?lián)Q代或新產(chǎn)品的開發(fā)，并通過功能和位置分析獲得人們對(duì)研究對(duì)象的理解。進(jìn)而根據(jù)生物系統(tǒng)某些優(yōu)異的特點(diǎn)來捕捉設(shè)計(jì)靈感，使其具有更優(yōu)越的性能，滿足了人們對(duì)功利與實(shí)用的雙重需求。

1.4結(jié)構(gòu)要素

內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有可仿生性。了解事物形態(tài)可以使設(shè)計(jì)者通過生物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)、肌肉、組織等要素進(jìn)行分析，提取生物的內(nèi)部典型結(jié)構(gòu)元素，結(jié)合人類的認(rèn)知對(duì)其進(jìn)行簡化，符合人們的心理需求和認(rèn)知，并選擇適合的元素應(yīng)用到產(chǎn)品設(shè)計(jì)中。

2仿生設(shè)計(jì)要素在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用意義

從理論研究方面上看。產(chǎn)品仿生設(shè)計(jì)要素包括產(chǎn)品語義中表達(dá)的每個(gè)級(jí)別的內(nèi)容，是對(duì)產(chǎn)品語義理論的應(yīng)用和探究。仿生設(shè)計(jì)要素的研究能夠解決仿生設(shè)計(jì)的感性模糊問題，并提供理性量化的設(shè)計(jì)控制方法。

從實(shí)際應(yīng)用方面上看。分析仿生設(shè)計(jì)要素在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)感性認(rèn)知量化分析，解決形態(tài)仿生設(shè)計(jì)應(yīng)用的問題，為形態(tài)仿生設(shè)計(jì)更深層次的研究提供依據(jù)。同時(shí)，仿生設(shè)計(jì)要素與產(chǎn)品體驗(yàn)關(guān)系密切，隨著對(duì)產(chǎn)品“本體屬性”設(shè)計(jì)的了解逐漸加深，人們會(huì)識(shí)別產(chǎn)品的形態(tài)符號(hào)，并對(duì)其產(chǎn)生聯(lián)想。將自然的生物要素形式應(yīng)用于產(chǎn)品的“功能屬性”，激發(fā)人們的反應(yīng)，并使人們準(zhǔn)確地識(shí)別產(chǎn)品。

3仿生設(shè)計(jì)要素在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用思路

3.1形態(tài)仿生要素在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

形態(tài)仿生要素應(yīng)用于產(chǎn)品造型上主要體現(xiàn)在形態(tài)多樣性，使產(chǎn)品具有不同的形式。自然中具體形態(tài)仿生要素和抽象仿生形態(tài)要素的結(jié)合可以使產(chǎn)品具有形式美。形態(tài)仿生設(shè)計(jì)是人們向自然學(xué)習(xí)的一個(gè)長期過程，通過積累經(jīng)驗(yàn)，選擇和改進(jìn)其功能與形式，形成優(yōu)化的、多元的形態(tài)設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)人與自然的和諧統(tǒng)一。比如，在某些地域，家長習(xí)慣于給孩子制作虎鞋、虎帽，以表達(dá)他們對(duì)防災(zāi)避邪的美好愿望。這些實(shí)物模仿老虎的具體造型，不僅具有裝飾性，而且非常實(shí)用。然而，也有一些產(chǎn)品的形狀是依據(jù)自然事物的形狀、工藝和抽象形狀來提取主要因素，例如基于野豬鼻子設(shè)計(jì)的防毒面具、根據(jù)鴨頭形狀設(shè)計(jì)的高速列車等。

3.1.1具象形態(tài)仿生要素在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

具體形態(tài)是指人眼對(duì)自然界事物的客觀反映。具象形態(tài)仿生具有自然、有機(jī)和靈活的特征，隨著人們的主觀理性思維發(fā)生轉(zhuǎn)變，并真實(shí)地反映了事物的真實(shí)本質(zhì)。具體形態(tài)要素是通過自然事物的形態(tài)特征附著在具體產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中。如一些仿生產(chǎn)品是直接以混凝土形式結(jié)合復(fù)雜的工藝制成的，將仿生混凝土具象形態(tài)要素用于兒童玩具和工藝制品，會(huì)使它們更加精致。這恰恰說明，當(dāng)人們無法自己感受到一些真實(shí)的事物時(shí)候，仿生混凝土的形態(tài)要素可以滿足了人們對(duì)自然具象形態(tài)的審美需求。

3.1.2抽象形態(tài)仿生要素在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

抽象形態(tài)是指通過人的主觀感受和理性思維把握事物的本質(zhì)特征，可以將抽象形態(tài)仿生元素與產(chǎn)品進(jìn)行有效結(jié)合。當(dāng)使用者在欣賞抽象形態(tài)的圖像時(shí)，通常會(huì)被圖形中，例如轉(zhuǎn)角、風(fēng)格、細(xì)節(jié)等一些特征所吸引。由此可知，人們對(duì)形態(tài)的感知不單反映在整體上，還反映在具有明顯特征性的細(xì)節(jié)上。這種仿生形態(tài)要素是產(chǎn)品仿生形式中更高水平的體現(xiàn)。同一事物可以產(chǎn)生不同形式的抽象元素。在產(chǎn)品抽象形態(tài)仿生設(shè)計(jì)中，需要分析工業(yè)生產(chǎn)要素，運(yùn)用抽象形態(tài)要素的仿生方法，結(jié)合各自產(chǎn)品的特點(diǎn)，改變自然事物的具體形象。在對(duì)抽象形態(tài)的感知和理解中，人們往往對(duì)事物的重要線條元素進(jìn)行提取重構(gòu)。因此，在仿生的形態(tài)要素上，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要始終保持原有的整體形象，如牛、蛇、鱷魚、老鷹的整體形象有明顯的區(qū)別。要做到這一點(diǎn)需要很多的嘗試，不僅整體形態(tài)要和諧，每個(gè)部分的相對(duì)位置也應(yīng)該保持一致。例如，為了正確反映獅子的整個(gè)圖像，獅子的嘴、耳朵、頭和眼睛的相對(duì)位置必須具有正確的比例。這樣才能更好地表達(dá)出模仿生物的整體身體特征。

3.2色彩仿生要素在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

色彩作為首要的視覺審美要素，時(shí)刻地影響著人們的視覺感受和心理情緒。人類對(duì)色彩的感覺最強(qiáng)烈、最直接，印象也最深刻。在設(shè)計(jì)中色彩與具體的形態(tài)相結(jié)合，可以使產(chǎn)品更具生命力。色彩仿生是指通過研究自然界生物系統(tǒng)的優(yōu)異色彩功能和形式，并將其運(yùn)用到產(chǎn)品形態(tài)設(shè)計(jì)中。例如，自然界中有很多動(dòng)物如樹葉蝶能隨環(huán)境的變化迅速改變體色來保護(hù)自己的安全，色彩的這種保護(hù)、偽裝作用被人類借鑒于國防工業(yè)。軍用坦克就是很好的例子，綠色或黃褐色斑點(diǎn)與野戰(zhàn)中周圍的環(huán)境色近似，起到掩護(hù)主體對(duì)象不易被敵方發(fā)現(xiàn)，提高安全性的目的。

3.3功能仿生要素在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

功能仿生要素是對(duì)自然界事物的功能原理進(jìn)行剖析，探究其功能，提取適合的元素應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)。例如，科學(xué)家遵循蛙眼的特性發(fā)明了電子蛙眼，它對(duì)特定形態(tài)的物體具有精準(zhǔn)地識(shí)別的功能。在雷達(dá)系統(tǒng)中安裝電子蛙眼可大大提高抗干擾能力并且具有快速、精準(zhǔn)識(shí)別某些類型的飛機(jī)、輪船和導(dǎo)彈的能力。電子蛙眼也廣泛用于機(jī)場和交通干線，它可以監(jiān)控飛機(jī)在機(jī)場的起降，在飛機(jī)發(fā)生碰撞前示警，也可以在主要交通道路上引導(dǎo)車輛，避免發(fā)生事故。

3.4結(jié)構(gòu)仿生要素在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

結(jié)構(gòu)仿生要素主要通過仿生目標(biāo)結(jié)構(gòu)與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)潛在的相似性進(jìn)行模擬，使產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)。人們主要研究植物的葉子與莖、動(dòng)物的骨骼與肌肉進(jìn)行仿生。在結(jié)構(gòu)要素仿生的初級(jí)階段，通常以學(xué)習(xí)生物的形狀為基礎(chǔ)，例如學(xué)習(xí)魚的形狀來設(shè)計(jì)船、鳥的外形來建造飛機(jī)。產(chǎn)品設(shè)計(jì)和建筑設(shè)計(jì)中廣泛應(yīng)用結(jié)構(gòu)要素仿生，經(jīng)典案例就是模仿蜂巢結(jié)構(gòu)的材料，其重量輕、強(qiáng)度高、剛度高，并且具有出色的隔熱、隔音效果。人們依據(jù)蜂巢設(shè)計(jì)書架，提升空間利用率，不僅能節(jié)約材料，而且美觀實(shí)用。還有人們基于啄木鳥頭骨結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了生活中經(jīng)常使用的安全帽。為了適應(yīng)啄木鳥頭部與堅(jiān)硬物體的長期碰撞，啄木鳥的頭骨已經(jīng)進(jìn)化成非常堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)，大腦周圍有一層充滿液體的海綿狀骨，可以起到減速的作用。因此，人們以此為參考進(jìn)行安全帽設(shè)計(jì)。

4結(jié)語

仿生設(shè)計(jì)的本質(zhì)是指對(duì)自然界事物的提取、融合與創(chuàng)新，并非簡單粗暴的仿照，比起“形式相似”，更側(cè)重“精神相似”。從宏觀角度來看，設(shè)計(jì)師需要掌握設(shè)計(jì)的各方面要素，并將其與自然生物學(xué)原理相結(jié)合以形成仿生設(shè)計(jì)。我們能夠從隨處可見的生物現(xiàn)象中學(xué)習(xí)其本質(zhì)原理，并將其形態(tài)要素、色彩要素、功能要素、結(jié)構(gòu)要素等融入仿生設(shè)計(jì)中，通過合適的方式將科技與藝術(shù)相結(jié)合設(shè)計(jì)產(chǎn)品。因許多自然界事物的特性是人類沒有的，將這些因素與人類社會(huì)的現(xiàn)狀結(jié)合起來，可以促進(jìn)人類社會(huì)的發(fā)展。人們持續(xù)地設(shè)計(jì)和開發(fā)新產(chǎn)品，但設(shè)計(jì)的根本目標(biāo)并非產(chǎn)品本身，而是滿足人們逐漸豐富的物質(zhì)層面與精神層面的需求。產(chǎn)品的功能滿足了使用者的物質(zhì)需求，而產(chǎn)品形式則滿足了使用者的精神需求。自然物體的結(jié)構(gòu)會(huì)隨著時(shí)間而變化，為了滿足更全面的使用需求，設(shè)計(jì)師在原生產(chǎn)品中融入了越來越多的仿生內(nèi)設(shè)計(jì)要素，以更好地體現(xiàn)人與自然的和諧，適應(yīng)和改進(jìn)現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)。