浅谈仿生设计

张涛

[摘 要]随着时代的发展和人们生活水平的提高，设计在人们的日常生活中扮演的角色越来越重要，特别是设计竞争愈演愈烈的今天，设计是否合理，能否为人们所认可接受，变成了一个亟待解决的问题。仿生学主要研究生物的结构、性质以及其语言的传递原理，以此来改进当代机械构造、建筑结构等缺陷。将仿生学应用于设计领域的重要因素在于人们不仅可以吸收其造型的合理特点，也可以摆脱日益不前的设计进步，进而实现物质生活与自然环境的相互交融。仿生学提供了一个人与自然的共存方式，而且仿生学也展现了自然的美学原理的合理性，为更好的设计人造物品提供了借鉴和参考。

[关键词]设计 仿生学 生命进化 人造物品 设计过程

[中图分类号] TB47 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2015）10-0121-02

在设计历史的长河中，人类的设计从诞生那天起就和自然形态紧密相连。古人类原始时期的彩陶的图案就是最原始的生态形态，古代原始人类设计的弓箭的箭头和矛头就是仿照食肉猛兽的利齿。近代的“甲壳虫”汽车到现代的美国蝙蝠型战斗机都是仿生学在设计中的巧妙应用。

一、生物进化规律中的思考

在工业产品设计发展的过程中，有一种不断增长的趋势，那就是把设计和自然界在一个更深的层次上结合起来。就是把自然界的结构、功能、造型利用起来作为一种设计方法，比如在设计中对动物的结构组成进行简单的复制。例如潜水艇就是模仿了海生生物的流线的外形，而实际上这种合理的外形能够减少潜水艇在前进时水的阻力。仿生学作为一种文化观念诞生于20世纪50年代，是为工业社会提供新的思想观念及工作原理的一门学科。仿生学研究的基本观念是通过研究生物的系统的结构和性能。事实上人造物体（产品和建筑）和自然物体（植物和动物）的“进化”是根本不同的。人类习惯于机械的处理对象，简单的处理问题，例如手提电脑的外壳的耐压力不够就简单的加厚了，重量上的增加就不会考虑。而自然的进化都是通过动态的转变性的适应（这是生物长时间适应自然界的结果），在这个过程中生物获得自身系统与功能的演进与完善。例如鲸鱼，鲸鱼的陆生祖先是步行鲸，它们是四肢着地行走的动物，类似今天的犬科动物，但是每个脚上有蹼，起到划水的作用。1000万年之后，步行鲸鱼进化成了15米长的古蜥鲸，它的四条腿几乎没有了，后腿退化了变成了尾鳍。其实自然创造生物就是一个不断进化的过程，仿生学就是要发现生物进化中潜在的动态的进化规律，并在人类产品设计中注入 “生物”演进的元素。这种仿生的设计方法本身不仅可以影响设计的整个过程，而且能使我们从各种流行的时尚风格中或者从以往的设计流派中解脱出来，避免重蹈覆辙的设计抄袭，从而能够探寻更新颖的、丰富的，并与人工产品功能相适应的形式。

二、摆脱人为造型的羁绊

人造物体基本上功能性很强，现实使用的需要往往大于一切，因此现代人类生产的物品都是以方体等直线造型的样式表现出来，这样的结果不仅因为在生产加工的时候比较方便节约成本，而且也是因为要避免曲线造型在制造上的过于繁琐，比如福特生产的t型车的设计，基本上就是个英文字母的“t”。而要使设计进一步的提高必须摆脱人造物品的固定样式，比如英国特工公司最近研究出了一种蜜蜂飞行摄像机长度仅1厘米，重量仅为一克。蜜蜂飞行摄像机的翅膀长度大约是两厘米，它的飞行不像传统飞机那样用螺旋桨，而是以每秒扇动翅膀400次的高速频率，完成空中悬停或者转弯、高速飞行等等。蜜蜂飞行摄像机可以以15公里每小时的速度飞行，它利用昆虫的飞行方式，即在每一次扇动翅膀的同时既能提供上升升力，还能提供前进的动力。所以，和正常的蜜蜂的飞行速度一样，这种设计不仅颠覆了以往设计外形的局限，而且还将使用功能和外形很好的结合起来，同时也改写了飞行动力传统模式。限于当前的科学技术，这种蜜蜂的材料和功能还可以有改进的空间，因此它的飞行速度和电池的带电量还有很多极限没有开发出来。

三、自然界的比例带来的启示

自然界也显现了我们人类长期以来一直追寻的理想的外在形式即美的外表，也就是说在没有人类之前自然界已经存在美的比例了。人类的审美是在自然界中找寻、选择并制定标准的。而动植物的美的标准如身体结构，皮肤和毛发是在演化过程中逐渐进化形成的，动物植物的美就是它们外在样貌的表现。例如，黄金分割又称黄金律，还叫黄金分割率，就是动物植物的身体比例和各部分结构之间的数字比例关系。美国生物学家怀特欧文说：“植物的高和宽的比例一定是固定的比例关系，比如再高的树也不会非常细，那是因为只有正确的比例才会让树在对抗地心引力的过程中存活。”在当代现实生活中，黄金分割定律应用得也非常广泛，比如打印纸长宽比例就是黄金比例，节目主持人站立的地方不是整个舞台的中央，而是在舞台的偏右一侧。从观众的角度看节目主持人的位置是在黄金分割点那个位置最美，主持人的声音的传播也会好很多。黄金分割在建筑、文艺、工农业生产和科学实验中有着广泛而重要的应用，而黄金分割在动植物中是早已经存在的法则。仿生学的任务就是在自然界已有的法则中不断追寻和探讨，使得人类的设计更加自然的符合道理。

四、仿生的形式借鉴

仿生学就是如何在现实中找到类似的生物形式，也就是说要考虑仿生学的形态来源是什么，进一步的来怎么解决人造产品的形式，这是一种思考设计解决方案的新方法。根据美国《每日邮报》消息，最近美国当局公布了关于机械犬开发项目的报道，这种机械犬能够在崎岖不平的地面上自如的行走，没有头部但是有类似真实犬类动物的四条腿，由波士顿动力学工程公司（BostonDynamics）专门为美国特种部队设计使用的。该机械犬和真的犬类大小差不多，这种机械犬能够在实战中冒着枪林弹雨为士兵运送弹药、食物和其他物品。实际上它的原理很简单，就是发动机连接液压系统从而传递给机械犬四肢以动力。而机械犬每一步的运动的幅度大小和角度是由机械腿下面的传感器传输到身体计算机，然后通过计算机计算后传递指令到传感器来实现的。机械犬靠身体中央的陀螺装置感觉平衡，假若机械犬受力向身体侧方倾倒，陀螺也会由于地心引力而向一方倾倒从而触发平衡感应器，相应的感应器就会传达平衡指令到四肢以调整身体平衡。波士顿动力公司主席兼项目经理马可·雷波特说：“平衡传感器可探测到地势变化，可根据地面的坡度四肢进行相应的调整。机械犬的每个关节都有缓冲装置，而且每个关节的传感器都与中央电脑相连，以便及时处理来自地面的变化。”从这一事例中我们可以得到一个结论，就是仿生学为设计的发展提供了形式借鉴和审美引导。

其次，仿生学是设计系统的一个重要工具，身处信息时代，人们对设计的理解已经不再仅仅停留于形式、功能与实用，而是将产品的物质属性和精神内涵的融合模式作为探究的核心。例如，北京2008年奥运火炬的设计其实可以说是物质属性和精神内涵融合的典型例子。这个设计的形态灵感来源于中国古代的书卷，而构成书的材料是纸，在一定程度上预示了中国人发明的精神，这一内涵与火炬设计的精神内涵是相吻合的。火炬上的纹饰设计的形态来源是中国古代的“祥云”纹样，这一纹样有对人的美好的祝愿的含义，这个内涵又与奥林匹克竞技精神很好的吻合。

仿生学是设计方法的重要工具，有关这一理论的研究正在接受来自各学科领域的热切关注，仿生设计的新方法、新产品正吸引着世界各地的人们的眼球。人们对于设计的理解已经不再停留在外观和功能的羁绊上，设计人员因而将产品的物质属性和功能属性以及其精神内涵巧妙的融合在一起，并作为其探究的核心。提倡仿生设计，不仅从功能、结构、材料上满足了使用者的需求，同时赋予产品形态以生命的象征，令设计回归自然，从而达到人与自然更为深层次的交流与共存。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 陈为.工业设计中仿生设计的应用[J].机械研究与应用，2003（4）.

[2] 陈嬿，于帆.仿生造型设计[M].武汉：华中科技大学出版社，2005.

[3] 朱丽芳.基于HBM的仿生学在游艇造型设计的研究与应用[D].长沙：湖南大学，2011.

[责任编辑：钟 岚]