浅谈仿生设计在工业设计中的应用

贾冰、张男

仿生学作为一门通过研究生物系统的结构、性状、原理、行为为工程技术的发展创新提供新思路、新方案的技术学科。在与设计艺术思想的碰撞中，产生了一门边缘学科——仿生设计学。仿生设计就是指设计师们在进行新产品开发设计时，研究自然有机体的“形”、“音”、“色”、“动”，和生物特征规律，进行模仿与提炼，来赋予产品生命与情感，使人们在消费时，产生心理的共鸣、情感的体验。

一、中国古典哲学的仿生思想

远古时期，人们的生活生产资料都来源于自然，器物形态也呈现着原始抽象的自然形态。在与大自然不断的斗争妥协中，中国先人们形成了朴素的自然哲学思想，如“天人合一”与“五行相生相克”的思想。“天人合一”是指人是自然的一部分，人的生存与发展建立在与自然共生互补的基础上的。他们认为只有达到了“天”、“地”、“人”和谐统一的完美境界，才能产生完美的器物。在此思想基础上发展起来的手工艺论著，如春秋时期的《考工记》、明代的《天工开物》，集成了原始的产品造型与材料应用法则，体现了古人们“外师造化”、“中得心源”的自然形态，概括抽象能力和利用改造自然材料，构造具有形式美感的器物形态能力。

二、仿生设计在中国古代器物造型中的应用

中国古代的日常生活用品，如陶器、家具、铜镜、生产工具等取材于自然，造型也多是对动、植物形态的抽象再现。如新石器早期的瓜果和葫芦形状陶器，新石器晚期的猪形陶壶、兽形陶壶、水鸟形陶壶、龟形陶壶等，体现了人类对自然的敬畏和信仰，是古代先民仿生意识的流露。陶鬶是其中有代表性的一种温酒斟酒器具。陶鬶中下部丰腴的兽腹和兽臀，可以加大储酒的容量；鼎立的三足可以稳定容器；三足的中空部分可以点火烘烧加热。陶鬶的尾部上翘，形成提梁；颈部上耸高昂，使整个器形具有挺拔的气势。陶鬶是形态仿生与功能仿生的完美结合，体现了古人高超的抽象造型能力。新石器时期的彩陶常装饰水纹、漩涡纹、云雷纹、鱼纹等图案，体现了古人的视觉图案仿生智慧。在漫长的封建社会，中国的仿生器物也得到了进一步的发展。三国两晋时期的茶具、酒具、文具等模仿动物的造型，如鸡头壶、鹰形盘；唐宋时期仿生植物的瓜形壶、花形盘等。明清时期的仿生设计更加丰富，自然a生活的一切人、事、物、动植物等都可以进入器物的造型和图案中，寄托美好的寓意，象征富足生活。

中国的古典家具中也常常能看到仿生设计的影子。人们常见的木墩，就是南瓜造型的仿生，逐渐演变而来。中国古典家具的某些功能构件，如案几、椅凳的脚，常模仿兽足；柜的顶饰，沙发椅的扶手和靠背等常采用龙的变型。

三、仿生在西方工业设计史中的发展与应用

仿生设计在英国工业革命后得到了长足发展。19世纪末的新艺术运动就是运用海藻、草、昆虫等自然元素和充满活力、波浪形、流动的线条，以及充满美感的女性形象和有机形态作为建筑造型、产品造型和平面设计的装饰元素与创作灵感进行设计的。如爱米勒·加雷设计的玻璃制品，整体运用流畅和不对称的有机造型，乳色肌理上装饰以花朵、叶子、枝蔓、蝴蝶等图案。他设计的家具也以异域植物和昆虫作为装饰题材，怒放的鲜花和花叶缠绕构成独特的表面装饰效果。著名的“睡蝶床”，就是使用的玻璃和珍珠传达了蝴蝶身体和翅膀的轻盈感觉，黑白交替的木头纹理则再现了蝶翅的斑纹。

仿生设计在当代西方呈蓬勃之势，最具颠覆性的设计师路易吉·克拉尼提到: 自然界有几千几万年的演变过程，它是逐渐按需求和必然存在的条件进化而来的，而人类最近一两百年才有工业的发展和各种技术的实现。我们必须遵循大自然的规律，他将曲线构成的独特生态形状,运用于产品、时装、汽车、建筑和工艺品等广泛的设计中。他设计的佳能单反相机独特的细节曲线给双手带来无以伦比的握感。他认为世界是圆的，他的灵感都来自于自然,他所做的无非是模仿自然界向人们揭示的种种真实。

四、仿生设计在工业设计中的具体应用方法

1. 形态仿生设计

产品的形态承载着设计师的设计理念，是与消费者沟通的桥梁。在当下回归自然，绿色设计的理念下，形态仿生设计成为了设计师的主要设计手段。菲利浦•斯达克的外星人榨汁机，就是以昆虫般的细长三足，仿佛来自外太空生物的怪异头部，引起了人们的无限遐想和购买欲望。

形态仿生设计分为具象仿生和抽象仿生。具象仿生直接真实的再现和描绘自然生物形态，形式生动活泼，极富生命力和亲和感，常用于儿童产品和家居用品的设计。抽象仿生是将自然形态简化、提炼，通过联想、夸张、变形的手法，使产品形态在“似”与“不似”之间，产生趣味性和探索性。抽象仿生具有简化性、概括性、想象性的特点，极富个性和创造力，也更加符合生产工艺和运输包装的要求。

2. 功能结构仿生设计

功能结构仿生主要是研究生物体在自然界的特异生存本领或身体内部特殊结构，通过技术手段模仿其功能与构造，用于改进现有产品的使用方式或技术系统，实现产品的舒适性与便利性，完成产品的升级换代。如日本新干线高速列车采用仿生于猫头鹰羽毛和翠鸟喙的降噪设计，行驶过程出奇地安静。猫头鹰的羽毛呈锯齿状排列，穿过夜空时，悄无声息，高铁与上方电线连接的装置便采用这种锯齿状结构；翠鸟的喙使它从空中向水面俯冲时在最大程度上减少能量损失，列车的前部采用类似形状可帮助列车在穿过隧道时不会产生低水平音爆。再如，蜂巢由排列整齐的六棱柱形小蜂房组成，科学家计算出是最节省材料的结构，且容量大、极坚固。人们仿其构造制成蜂巢式夹层结构板，强度大、重量轻、不易传导声和热，是建筑及制造航天飞机、宇宙飞船、人造卫星等的理想材料。蜂窝结构头盔的设计因其省料、容量大、强度高、透气好的特点获得了德国红点设计大奖。美国佛罗里达州大学工程师里克·林德从海鸥身上得到启发，研制出一种能在高层建筑周围寻找出路，同时又可猛扑向林荫大道的远程遥控侦察机，很多现代战场正是由高层建筑和林荫大道构成。林德手拿的就是基于海鸥可在“肩部”和“肘部”弯曲翅膀的能力设计的飞机原型。笔直的“肘部”在最大程度上提高了稳定性，“肘部”以下部分则提高飞机在骤降、俯冲和翻滚时的灵活性。

3. 色彩图案仿生设计

自然界存在着千变万化的色彩和色彩组合图案。优异的色彩和图案可实现生物体一定的生存功能。模仿自然界优异的色彩组合与图案形式，应用于产品的外观色彩搭配与图案装饰中，就是色彩图案的仿生设计。如在箱包和家具面料中使用的仿动物皮毛斑点、条纹的设计，家居饰品中仿植物色彩与脉络的图案装饰，都是色彩图案的仿生设计。再如蝴蝶等昆虫的羽翼在阳光下呈现缤纷绚丽的荧光，应用于服装面料的仿生设计中，会给人以美的享受。

4. 材料肌理仿生设计

研究自然生态的表面肌理和材料组织结构的排列形式，利用人造材料模仿自然肌理的构成，实现材料的功能价值，传达表面的装饰效果，被称为材料肌理仿生。如Speedo公司出产的模仿鲨鱼皮肤制作的高科技泳衣，使伊恩·索普在悉尼奥运会一举夺得3枚金牌，创造了材料仿生的神话。荷叶是洁净的象征，水珠和灰尘都无法在其光滑的防水表面停留，因为荷叶表面紧密排列的小突起，让小水珠不具备堆积空间。科学家们已将这种肌理应用于服装面料、窗户以及高压输电线绝缘器等自清洁材料的研发上。随着人类与自然矛盾的日益突出，与自然和谐相处，顺应自然规律的呼声，越来越响亮。工业设计作为改变人类生存状态，设计人类生活方式的设计学科，必需要尊重自然、模仿自然、以自然为师。仿生设计作为工业设计的重要设计手段，必然会发挥越来越大的作用，甚至成为设计师们首要考虑的设计方法。