淺析生物仿生學(xué)在產(chǎn)品設計中的應用與研究論文

　　摘要：在自然界中生物的進(jìn)化無(wú)不遵循著(zhù)優(yōu)勝劣汰、物盡天擇的自然法則，經(jīng)過(guò)數百萬(wàn)年的演化，存留至今的生物都已進(jìn)化出了一套完善的環(huán)境適應系統，人類(lèi)的科學(xué)技術(shù)雖然一直在突飛猛進(jìn)，但在很多方面依然遜色于自然生物，因此許多科學(xué)技術(shù)的發(fā)展還需要借鑒自然生物的生物結構及其原理。由此可見(jiàn)生物仿生學(xué)在其相關(guān)的應用領(lǐng)域有著(zhù)非常重要的作用，如今生活中許多應用生物仿生的產(chǎn)品已經(jīng)悄然進(jìn)入我們的生活，本文既是希望通過(guò)對生物仿生學(xué)的深入探究來(lái)探討其在產(chǎn)品設計領(lǐng)域的應用及其作用。

　　關(guān)鍵詞：生物仿生學(xué)；產(chǎn)品設計；仿生設計

　　一、生物仿生學(xué)概述

　　生物仿生學(xué)既是模仿生物的形態(tài)或功能結構以實(shí)現發(fā)明創(chuàng )造的一門(mén)科學(xué)，主要的目的是提煉自然生物百萬(wàn)年來(lái)進(jìn)化出的適應機制將其通過(guò)現代工業(yè)技術(shù)移植到所需的領(lǐng)域及產(chǎn)品中以達到預期的實(shí)用效果，通過(guò)這種方法能夠更好也更高效的實(shí)現技術(shù)革新。

　　事實(shí)上早在遠古時(shí)期的人類(lèi)就已經(jīng)發(fā)現了仿生的種種益處，早期的人類(lèi)就已開(kāi)始借鑒自然界中生物的形態(tài)用于工具的制造，例如古時(shí)候人類(lèi)通過(guò)模仿魚(yú)的形態(tài)來(lái)造船，也許當時(shí)的人們并不明晰這背后的原理，但通過(guò)生活中的實(shí)踐發(fā)現這是行之有效的。到了現代隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們已經(jīng)掌握了更多的科學(xué)方法來(lái)研究自然界中的各種生物，從而更好地掌握了生物結構的內在原理，這便為各個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展提供了有效的參照。

　　二、生物仿生學(xué)在產(chǎn)品設計中的應用

　　仿生是產(chǎn)品設計研發(fā)中極為常見(jiàn)的方法和手段，自然界總是給我們帶來(lái)驚喜和期待，通過(guò)研究自然、感受自然能夠有效地激發(fā)出我們無(wú)限的創(chuàng )想和靈感，再通過(guò)科學(xué)手段加以證明和驗偽，最終我們能夠得到科學(xué)有效的新型技術(shù)用于實(shí)現產(chǎn)品的各項功能。而如今對于生物仿生學(xué)的研究已涉及到生物表現的各個(gè)層面，從最為直觀(guān)的外在形態(tài)、色彩、肌理到生物精妙的內部結構我們都能以科學(xué)的方法加以研究提煉，從中我們汲取了大自然的智慧為我們的生活創(chuàng )造出了高效便利的產(chǎn)品。

　�。ㄒ唬┥�物形態(tài)層面的仿生設計

　　通過(guò)進(jìn)化論的觀(guān)點(diǎn)我們可以了解到對于美的感受很大程度上受到了我們的內在基因的影響，由于我們的審美這是在自然界中繁衍生息數百萬(wàn)年逐漸形成的，這促使我們會(huì )對自然界的許多事物都達成了美學(xué)上的認可。正因如此，自然界中總有著(zhù)無(wú)限的美意等待著(zhù)我們去發(fā)現，人類(lèi)文明發(fā)展至今已經(jīng)創(chuàng )造出了無(wú)計其數的人造物，經(jīng)過(guò)不斷地探索和嘗試我們力求找到匹配自然之美的設計法則，最為直接的方式就是參考自然物的外在形態(tài)，即基于自然生物形態(tài)層面的仿生設計，這種方法是以自然界中生物或植物的形態(tài)作為造型基礎，再根據產(chǎn)品的功能需要，使產(chǎn)品在功能和造型上能夠得到相應的統一。

　　而對于形態(tài)的提煉上根據設計師的設計意圖既可以是抽象的又或是具象的，這使得造型仿生呈現出兩種截然不同的視覺(jué)體驗，而對于設計過(guò)程中抽象到具象之間的度的拿捏就要看設計者的個(gè)人風(fēng)格及觀(guān)念了。世界上許多知名設計師通過(guò)這樣一種形式的設計創(chuàng )作出了許多經(jīng)典的設計作品（圖1）。

　�。ǘ�）生物色彩層面的仿生設計

　　再從生物色彩的層面來(lái)看，我們視覺(jué)器官對于色彩有著(zhù)極高的敏感度，我們對于環(huán)境的認知很大一部分是依靠視覺(jué)系統，因此我們往往賦予了色彩很多情感因素。色彩仿生既是提取自然界中的色彩并將其運用在產(chǎn)品設計中使產(chǎn)品達到一定的視覺(jué)體驗，甚至會(huì )產(chǎn)生相應的聯(lián)想，讓產(chǎn)品產(chǎn)生更深語(yǔ)義象征和功能屬性。這種手法在服裝中較為常見(jiàn)，如迷彩、豹紋、斑點(diǎn)等都是常被運用的自然界的生物色彩，這些色彩不僅具有時(shí)尚氣息還包含著(zhù)豐富的情感體驗。

　�。ㄈ�）生物肌理層面的仿生設計

　　生物肌理仿生與生物色彩仿生有類(lèi)似之處，很多時(shí)候它是建立在色彩仿生的基礎上對其表面質(zhì)感進(jìn)一步地深化處理的結果，它不單純考慮視覺(jué)上的仿生體驗，而是將自然動(dòng)植物的表面肌理質(zhì)感也考慮了進(jìn)來(lái)，這樣不僅在視覺(jué)上有所映射，還在觸覺(jué)上也能得到更為真實(shí)的觸感，這中效果讓人耳目一新，從側面也反應出現代加工技術(shù)的卓越成效。

　�。ㄋ模┥�物結構層面的仿生設計

　　生物結構仿生是伴隨著(zhù)仿生學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對于仿生不再局限在外形上對自然淺層次的模仿。而是從生物奇特的內外結構組織中得到啟發(fā)，人們根據生物的構建組織以及運行模式拓展了仿生的一個(gè)新的層面，結構仿生設計讓最終的產(chǎn)品具備更為有用的功能意義。

　　生物自身結構是非常奇特的，它們經(jīng)過(guò)數百萬(wàn)年的演化成功地經(jīng)受住了各個(gè)時(shí)期的災變，并且一直向著(zhù)更優(yōu)良的系統進(jìn)化著(zhù)，可以說(shuō)每個(gè)現代生物都有著(zhù)完美的生理機制，人們通過(guò)研究它們的結構能夠得到無(wú)數的啟發(fā)性的發(fā)現，很多方面不得不承認自然生物依舊領(lǐng)先于我們人類(lèi)目前的科學(xué)技術(shù)。因此通過(guò)對生物結構的仿生往往可以解決許多目前面臨的技術(shù)難點(diǎn)，這讓生物仿生學(xué)在產(chǎn)品設計的領(lǐng)域中再次得到了相當的重視。

　　結構仿生首先要依據一定的科學(xué)理論為研究基礎，簡(jiǎn)單地模仿未必能產(chǎn)生預期功效。因此在結構仿生前要對生物相應的結構進(jìn)行系統的研究，探明其工作原理證明其確實(shí)科學(xué)有效，再將其原理解構后以現代的工業(yè)技術(shù)和手段進(jìn)行重構，使生物結構通過(guò)一種新的形式移植到產(chǎn)品設計當中以發(fā)揮其原生物結構的功效。

　　在眾多現代產(chǎn)品設計中我們能夠看到很多已經(jīng)成熟應用了的結構仿生技術(shù)，這些技術(shù)里有可以分為外在結構仿生和內部結構仿生。

　　外在生物結構仿生是通過(guò)生物的外在結構作為參照，通過(guò)外在的仿生以達到生物該結構組織的相應功能。例如吸盤(pán)的設計就屬于外在結構仿生，它以章魚(yú)觸手結構為啟發(fā)的仿生應用，還有就是魔術(shù)貼的設計，也是外在結構仿生的一個(gè)極其經(jīng)典案例，它的靈感來(lái)源則是鬼針草的尾部細小倒鉤。這些結構仿生設計如今已經(jīng)隨處可見(jiàn)，大量應用在了人們的生活中，在潛移默化中給人們的生活平添了許多便利和幫助。

　　生物內部結構仿生則是通過(guò)對生物內部結構的研究，將生物內在的工作原理進(jìn)行分析，提煉出對于我們有用的結構并運用在設計當中，使我們的設計產(chǎn)生相應的效應。在高新的建筑、航天工業(yè)中就大量地充斥著(zhù)內部結構仿生的技術(shù)應用，例如蛋殼屋頂所運用的薄殼結構以及航天工業(yè)中的蜂窩結構等這些結構仿生成果都是極為成功的案例，這些新的技術(shù)不僅節約了材料并且讓局部的應力性得到顯著(zhù)的提高，使建筑的造型擁有了更加豐富的想象空間，而航天設備也變得更加輕質(zhì)，而這些都要歸功于結構仿生技術(shù)的發(fā)展，這都將為未來(lái)設計提供了有效的技術(shù)基墊。

　　目前結構仿生已經(jīng)廣泛應用在了各類(lèi)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)中，并收到了很大的成效，可以預見(jiàn)科學(xué)技術(shù)的不斷提高對于生物外在結構和內部結構的研究也會(huì )愈加深入，這將會(huì )為人們提供更多參考素材。結構仿生將在未來(lái)設計中占有相當的分量。

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　　通過(guò)以上的論文我們可以看到仿生設計是極為有效的，無(wú)論從造型審美還是功能的實(shí)現方面仿生都能發(fā)揮出很好的效果，這位我們產(chǎn)品的設計和研發(fā)提供了新的出路。正因如此，研究和探索生物仿生學(xué)是極有價(jià)值的，相信在今后的日常生活中還會(huì )有更多的仿生產(chǎn)品涌現出來(lái)，為我們的生活提供更多的便利。

　　三、總結

　　可以預見(jiàn)隨著(zhù)生物仿生學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展，仿生設計在未來(lái)蘊含著(zhù)極大的潛力和機遇，將會(huì )有更多的發(fā)現和創(chuàng )新來(lái)造福于我們的生活。自然界是無(wú)比神奇的，而仿生則讓自然與現代工業(yè)技術(shù)建立了聯(lián)系，這是一座工業(yè)通往自然的橋梁�？梢哉f(shuō)生物界就是工業(yè)創(chuàng )新的一個(gè)巨大知識庫，是待我們進(jìn)一步挖掘的寶藏，對此在研究的同時(shí)我們還應當提供相應的保護，這樣才能讓這筆財富可持續地發(fā)展下去并為人所用，這是新的機遇也是新的挑戰，如何權衡自然與工業(yè)的平衡，這需要所有人的努力，期待未來(lái)人與自然共存的美好景象。

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