仿生理念在设计创新中的应用

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1、仿生理念在设计创新中的应用　　摘要　由于自然界存在着残酷的优胜劣汰，生物体为了顺应这种变化和选择，发展出了不同的特点和优势，他们大多有独特的外形，特殊的功能和合理的结构。科学家也通过仿生的思维方式，将这些特点和优势，移植到了人类的科学研究，工程技术中去。本文通过一些仿生案例，以阐明仿生思维在形态、结构、肌理、功能，意象等方面的应用，从而更好地理解仿生元素在设计中运用的方法和内涵，为将来进一步的设计创新提供参考。　　关键词　仿生；仿生设计；设计创新　　中图分类号U442文献标识码A文章编号　1674-6708（2013）82-0091-02　　0　引言　　仿生学（Bionics）是基于对自然

2、界生物体特性的研究，从生物体不同层面（宏观，微观）出发，着重于模仿生物特殊结构，功能，材料等的一门科学。仿生学这个名词来源于希腊文“Bio”，意思是“生命”，字尾“nic”有“具有……的性质”的意思。其最初是在1960年全美第一届仿生学讨论会上，由科学家J.E.Steele提出。伴随着人们对自然界生物体认识的深入和工程科学的进步，仿生学也为机械结构，材料科学，控制科学，信息科学和空气动力学等工程领域的研究提供了一条全新的思路。　　1　仿生学的出现及其发展7　　早期仿生学的应用，主要体现在对生物形态和功能的模仿。据《杜阳杂编》记载，唐朝有个韩志和，“善雕木作鸾、鹤、鸦、鹊之状，饮啄动静与真无

3、异，以关戾置于腹内，发之则凌云奋飞，可高达三丈至一二百步外，始却下。”]这也说明我国古代劳动人民对飞鸟的飞行动作和姿态，进行了细致的观察和研究，同时这也是最早的仿生设计活动之一。进入近现代，人们对飞行器的仿生进行了更加深入的研究。19世纪初期，英国空气动力学的奠基人之一凯利，在研究了山鹬的身体纺锤形态后，得出了一种阻力更小的流线型结构，同时其根据鸟类翅膀外形，设计出一种流线型的机翼断面曲线，对早期航空技术的诞生做出了巨大的贡献。　　进入20世纪，仿生学概念大规模的出现在了结构，材料，航空航海等领域的研究中。例如，在1936年，英国动物学家James　Gray通过对海豚游速，肌肉，皮肤构造等

4、方面的研究，发现海豚之所以能在海洋中快速巡游，灵活转弯，不仅得益于其仿梭状的流线型体型，更重要的是他的弹性皮肤的特殊构造，这种特殊构造可以在海豚巡游时产生一层“自适应表面”7，可有效防止湍流或紊流的产生，帮助海豚降低游动时的阻力[1]。苏联也在20世纪60年代，重点研究了水生动物（如海豚）皮肤形态，为舰艇设计提供了一条新的仿生思路[2]。灯泡最早出现于19世纪初，早期的灯泡是由电池和各种发光材料（铂丝，碳棒，碳丝）构成的，但是在人们使用的过程中，能量中只有很小的一部分转变成为光，其余大部分的都以热能的形式浪费掉，而且在一些极端环境下，传统的照明光源会带来极大的危险，例如矿井，排爆现场。科学

5、家发现自然界中许多发光生物，如细菌、真菌、蠕虫、软体动物、甲壳动物、昆虫和鱼类等，发光但不产生热，所以这种光被称为“生物冷光”。通过研究后，科学家利用某些化学方法得到了类似于生物光的冷光，解决了极端环境下照明的难题。　　2　设计元素中的仿生理念　　仿生设计学，是基于传统仿生学和设计学基础之上新兴的一门学科，其主要服务于设计创意，主要研究能够给设计活动带来重要启示或实际意义的生物体，以生物体的“形”、“结构”、“功能”、“行为方式”等为主要研究对象，提取出能够指导设计活动的元素来进行创新设计。目前，主要设计类型中，如工业设计，建筑设计，服装设计中都有仿生元素的体现。　　2.1　形态和结构中的

6、仿生　　建筑的形态和结构往往是千变万化的，如何能够有机组织各种形态、结构、功能成为一种综合的整体，自然界中生物已经给了我们很多启示与范例。建筑中的形态仿生是最为常见的，这种设计创新手法不仅仅体现在对建筑造型的创新，更可以借助造型创造出新的结构体系或者反映特殊的文化寓意。西班牙近代建筑大师安东尼奥?高迪（Antonio　Gaudi　i　Cornet，1852-1926），在其众多代表作中，包括米拉公寓，古埃尔公园，圣家族大教堂，都有明显生物流线型有机形态。如位于巴塞罗那的米拉公寓，基本造型就是提取了海洋波浪的形态，同时在一些建筑细节中，例如阳台的护栏就模仿了海藻的蜿蜒变化形态，使得整体建筑富

7、有海洋般的动感，充分体现了地中海气候下，巴塞罗那这座海滨城市独特的浪漫气息。7　　建筑中的有机形态并不是意味着要牺牲合理的结构，相反，只要运用得当，仿生的有机形态与合理的结构是互利共生的。纽约环球航空公司航站楼不仅是外形仿生的著名作品，而且埃罗?q萨里宁还和威廉?q加德纳（William　Gardner）在结构上建造四瓣组合式薄壳，中间有缝隙采光，四瓣薄壳则由下部的Y形柱支撑，这与人的头盖骨的拼合极为相似。航站楼应用这种