生物结构仿生鞋类设计理念研究

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1、生物结构仿生鞋类设计理念研究摘要:从外观和功能2方面入手，结合设计学、仿生学、生物学及运动工程学等知识，在对具体实例的分析中，系统地总结了生物结构应用在仿生鞋类设计上的设计理念，即多元化设计与形式美法则的结合，以及专业化设计与人机工程学的结合，并从动态性、生命性、平衡性和环保性等角度出发，对其在鞋类设计上的应用前景进行了展望。通过探索生物结构的奇巧精致，由表及里，为鞋类设计找到一种新方法和新原理，并以生物学理念为指导，使鞋类设计与自然达到高度的和谐统一。关键词:仿生设计;生物结构;鞋类设计;外观;功能随着鞋

2、类设计的发展和设计理念的进步，越来越多的设计师不仅仅满足于外观仿生，而是把眼光转向生物内部，寻求更深更内在层次的发展，通过探索生物细胞、组织、器官等的形态、色彩、肌理、结构和功能，把它们应用于鞋类设计当中，为鞋子的观感和功能逻辑创造了新的可能。生物结构是自然选择与进化的重要内容，是决定生命形式与种类的因素，具有鲜明的生命特征和意义［1］。仿生设计可分为:仿生艺术造型设计和仿生工程设计［2］。仿生艺术造型设计以表现鞋子的造型美为目的，仿生工程设计的主要目的则是开发鞋子的功能。从造型设计角度看，生物结构仿生鞋类

3、设计的理念应为多元化设计与形式美法则的结合;从功能角度讲，则应是专业化设计与人机工程学的结合。1多元化设计与形式美法则的结合生物物种、遗传、生物系统有一个很重要的特性，那就是多样性。从鞋类设计来讲，不管是从设计取材、设计手法还是实现工艺等角度来看，都是朝着丰富多元的方向发展。1.1设计取材多元化生物结构鞋类仿生设计取材可来自于任何一种生物的任何一种结构，设计角度也不仅仅是这些结构的外形，也可以是各种功能机制。植物体的组织与功能、能量与物质转化、遗传、复制、发育、调控、修复、代偿、环境适应机制等，都是鞋类设计

4、和技术创新取之不竭的知识宝库。鞋类设计的取材可以来源于植物的肌理结构、疏水防粘结构、动力结构等，如叶脉交叉网状的支撑组织肌理，可用于鞋后跟的支撑结构，竹叶的疏水性防粘性肌理，可以用作防水、防粘功能鞋的表面肌理或涂层等。植物可以感知外界环境发生感应运动，周期性运动如花的开闭运动、叶的气孔运动等，通过研究这些运动的机理，也许可以制造出可以随外界气流和温度变化而开合的鞋面或大底材料，使得鞋子有一种感应活动的智能性，透气性和散热性可以得到很好的提升。1.2设计手法多元化多样的设计手法，比如概括法、夸张法等，可以使生

5、物结构鞋类仿生设计展现出十分丰富多变的设计效果，对仿生原型进行升华和艺术性加工，结合鞋的构造特点，将会设计出很多极富创新性又符合鞋子结构特点的鞋款。生物机体的完整性以及机体各部分之间相互联系的统一性，是构成美的形态特征之一［3］。因此，在设计过程中，也应遵循这种“完整性”和“统一性”。不能为了仿生去刻意拼凑和嫁接，在帮部件和跟底部件的设计中，尽量将仿生特征巧妙的融合起来，呈现出具有完整性和统一性的作品。1.3实现方式多元化从外观上来讲，如何实现仿生鞋类设计的某种形态、肌理或结构?一方面可以利用传统工艺，例如

6、，赫氏圆石藻是一种包覆着独特碳酸钙盘状外壳的单细胞海洋浮游植物，它们的外壳像是镶着花边的棋子，精致美丽，可以用编织手法来实现这种圆环周围镶边的形态。1.4仿生设计与形式美法则在设计灵感的捕捉多元化的同时，设计师应在材质肌理、帮部件造型、大底造型及配色方面，尽可能合理运用变化与统一、对称与均衡、对比与调和、节奏与韵律等形式美构成法则，以使仿生鞋达到形式与内容的高度统一。例如在确定某种仿生花纹在鞋面或大底上的比例时，应考虑使用黄金比例，给人美的感受;再比如在模仿有机形态时，应注重主次轻重、韵律起伏等。2专业化设

7、计与人机工程学的结合生物界在进化的自然选择中，整体功能渐趋完美，自然界生物高效低耗，其机体完整的保障系统使自身的结构和功能变得科学、合理、经济、高效，是人类设计创新的原型［4］。把生物结构的工程学原理及功能逻辑运用在鞋类设计中，可以设计出更加符合人体需求的产品。同时，鞋子的功用越来越专业化、功能化，根据穿着环境、场合的需要，鞋应具备某种特定的功能，而实现这种功能的最大效能，正是鞋类仿生设计的目标之一。2.1符合特定功能的专业化仿生设计专业化功能设计主要体现在运动鞋和功能鞋上，随着现代竞技体育、户外体育等的细

8、分，不同的项目和场合分别需要配备相应功能的鞋子。例如，登山鞋的大底需要有超耐磨性能及卓越的抓地防滑性，这点可以借鉴山地上擅长爬山的动物，比如山羊。山羊有着惊人的攀爬能力，在险峻的山峰上比猴子还灵活。山羊能攀岩的原因主要有以下3点:(1)山羊的脚趾非常奇特，趾与趾之间的缝隙宽度超过其他任何分蹄动物，适合插进岩壁缝隙;(2)山羊蹄子上长有一层坚固的外壁，可以抓住陡峭山石;(3)山羊蹄内部结构柔软而富有弹性，在身体前倾