仿生学在工业设计中的运用

仿生学在工业设计中的运用摘要：随着社会的发展与进步，我们越来越重视工业设计，于此同时仿生学在工业设计中的运用对于现实生活中具有重要的意义。本文主要介绍仿生学在工业设计中的运用的有关内容。关键词仿生学；工业；设计；科学；技术；运用；中图分类号：S611文献标识码：A文章编号：引言工业设计是一门综合性的交叉学科。它研究的核心是工业时代的象征产品，是针对产品的功能、材料、形态、色彩、表面处理、装饰等诸多因素，从社会的、经济的、技术的角度进行综合处理。它所涵盖的知识体系包括自然科学、社会科学、人文科学等众多学科，各学科的内容及理论体系均对工业设计具有一定的指导作用与影响。当今信息时代，人们对产品设计的要求不同于过去，不只是注意功能的完善，还要追求清新、淳朴，返璞归真的个性设计。从大自然的生存哲学即和谐与艺术的角度进行综合形态、功能、结构、材料等更深意义和层次上的仿生设计，才应该是这个时代的设计师们所追求的目标。一、仿生学的概念仿生学以研究生物系统的结构和性质来为工程技术提供新的设计思想及工作原理。“仿生学”一词由美国J.E.斯蒂尔提出，1960年全美第一届仿生学讨论会正式建立了仿生学学科。40多年来，其研究范围主要包括：力学仿生、能量仿生、分子仿生和信息与控制仿生。形成了数学、物理学、化学、技术科学与生物学相融合的边缘交叉学科。仿生学所研究的方向和内容为工业设计在设计思想、设计理念及技术原理等方面提供了理论与科学的物质支持。仿生学由此而成为指导与辅助工业设计工作的一个重要学科，对于工业设计的理论与实践均具有深远的建设性意义。二、仿生学与工业设计仿生学是近几十年来发展起来的属于生物学与技术科学之间的一门边缘学科。其英文为bionics,来自于希腊文bion,意指生命。JE斯蒂尔博士提出仿生学定义仿生学是模仿生物系统的原理来建造技术系统,或者使人造技术系统具有或类似于生物系统特征。其研究范围为机械仿生、物理仿生、化学仿生、人体仿生、智能仿生等。在机械仿生中还分为结构仿生、功能仿生和形态仿生。工业设计是一门综合性的边缘交叉学科,虽然其核心是产品设计,是构成产品的功能、结构、形态、色彩、材质等要素,但围绕这些核心要素的工业设计活动却涉及到社会经济、科学技术、文化艺术等人类生活的各个层面,并需要综合社会科学和自然科学中众多学科知识来完成。随着人们对生物的进一步研究,仿生学获得了迅速的发展。利用仿生学原理来指导工业设计成为工业设计中的一个重要分支仿生设计。作为工业设计创新设计方法之一的仿生设计学的概念和研究成果,以工业设计的专业知识和技能为基础,以工业设计创新思想和观念为指导,是工业设计创建人与自然和谐关系,改进人类生活方式的一个重要途径和研究方向。例如，美洲虎给予人的认知是速度与野性，模仿其生态特点设计而成的美洲虎汽车也自然会让人联想到该车的高速与驾驶的刺激。这种仿生设计便是恰当的，也是合乎情理的。日本GK工业设计事务所为山叶公司设计的模仿“奔牛”形态的摩托车，菲利普斯塔克设计的模仿“章鱼”形态的榨汁机等，这些设计成功地把握了设计对象与仿生对象间的相关性与互动性因素，符合人们的认知心理，从而使设计被大众所理解、接受，成为优秀设计的代表。三、现代工业设计中的仿生德国著名设计大师路易吉科拉尼曾说：“设计的基础应来自诞生于大自然的生命所呈现的真理之中”。这话道出了自然界是蕴含着无尽设计宝藏的天机。归纳现代工业设计中的仿生，其主要表现在以下几个方面：（一）形态的仿生形态从其再现事物的逼真程度和特征来看，可分为具象形态、抽象形态和意象形态。（二）功能的仿生在工业设计上，功能仿生多用于外形模拟。如计算机模仿大脑的存储功能，控制机器人，来完成各种恶劣环境下的工作。减轻了人的劳动强度，提高了生产率，改善了劳动条件。（三）结构和材料的仿生一般工业设计师积极地关注仿生发明中精巧的结构和奇特的材料，并且巧妙地应用这些结构和材料，结合市场的需求创造出人们需求的产品，从而创造更有价值的仿生成果，为人类创造更加精美更加丰富的产品。四、综合仿生设计4.1在现代工业产品设计中，单纯地从形态、功能、结构或材料的某一个方面来仿生是很少见的，更多的是综合形态、功能、结构和材料的多个方面来进行仿生设计，而且还从大自然的生存哲学即和谐与共生的角度进行仿生设计。如梅塞德斯-奔驰在纽约现代艺术博物馆名为“弹性的设计”的展览会上展出的一款仿生概念车，它就是形态仿生、功能仿生、结构仿生与色彩仿生的综合运用。下面以Aibo机器狗为案例，对综合仿生进行案例分析。Aibo机器狗是由日本sony公司推出的一款娱乐性家用机器人。能够与使用者进行实际交流，根据用户的命令和其自身在实际使用场景中对经验的学习作出相应的动作。在Aibo的设计中，很明显它的创意来源于人类对狗的亲睐，其造型就是狗的造型，生动的运用了形态仿生。在实际生活中，人类少不了宠物，但是宠物有很多缺点，比如卫生问题、在不适当的时候打搅我们，甚至有时候会违背我们的愿望做坏事等等。为了调和这一矛盾，sony的设计师试图通过高科技手段造一个人造宠物，这样，既能作为一种宠物陪人类解闷，又能克服宠物自身的缺点，因此，产生了该产品的总功能定义:娱乐。为了实现这一总功能，设计师为Aibo定义了许多种分功能，比如说跳舞、打磕睡、陪人玩游戏、自动拍照等等许许多多的分功能。为了实现娱乐这一功能，设计师从自然界中寻找对应物时，考虑从人类宠物的范围中去寻找，因为从心理学角度讲正是为了某种心理寄托才会去养宠物，比如解闷。狗是宠物中最受人类所亲睐的动物，自古以来，狗都是人类最亲近的朋友，他可以为人类看家、打猎、甚至还能干一些简单的家务。4.2设计师的灵感往往源于自然界。达芬奇在16世纪时写道:人类的灵性将会创造出多样的发明来，但是并不能使得这些发明更美妙、更简洁、更明朗;因为自然的物产都是恰到好处的。但是，仿生学对设计的意义并非仅仅是对自然的模仿，而是透过自然的现象探究自然系统背后的机制，即生物工程技术与工作原理，然后为设计的构想敞开一片广阔的领域，为设计的实施提供理论与技术的支持，最终达到造福人类这一根本目的。例如，飞机高速飞行时，机翼受气流的冲击常发生颤振，从而导致机翼断裂，机毁人亡。仿生学家从蜻蜓翅膀上的黑色翅痣想到了配重，于是给飞机机翼上装了配重。从此，飞机的此类事故大大减少，完善了航空空气动力学，对飞机的设计具有重大意义。再如，对响尾蛇的研究，形成了红外传感技术，对军工产品的设计更具指导意义，成为许多武器设计构思的理论基石。仿生学研究形成的生物工程技术激发了设计师的设计灵感，而设计的物化过程更需要技术的铺垫与支持。可以说，没有技术支持的设计只能使设计停留于概念与设想，不具有现实意义。4.3对于仿生学的运用，小到模仿生物的形态，大到生物的生理机制，这种模仿的前提来自人们对于某种生物的认知。人类的认知往往带有一种惯性。对于某种事物的认知常会形成一种意识或概念，进而将这种意识或概念转移到与之相关的事物上，潜意识里以先前形成的“认知概念”理解、判断、接受与之相关的新事物（第一次接触到）。把仿生学运用于工业设计，设计师必须理解、关注人类的这种认知规律，慎重地、有选择性地面对仿生对象，把握、处理好设计对象与仿生对象之间的关系，师法有据，师法有理，避免使设计产生歧义。同时，就学科间的关系而言，打破学科间的界限，互为补充、互为所用是现代科学走向学科系统化、体系化的一个重要方面。但学科间的借鉴、补充是以学科的相关性与互动性为前提的，二者之间需具备一定的“共性”、“共识”，仿生学与工业设计学科间的关系也不例外。例如，美洲虎给予人的认知是速度与野性，模仿其生态特点设计而成的美洲虎汽车也自然会让人联想到该车的高速与驾驶的刺激。这种仿生设计便是恰当的，也是合乎情理的。日本GK工业设计事务所为山叶公司设计的模仿“奔牛”形态的摩托车，菲利普斯塔克设计的模仿“章鱼”形态的榨汁机等，这些设计成功地把握了设计对象与仿生对象间的相关性与互动性因素，符合人们的认知心理，从而使设计被大众所理解、接受，成为优秀设计的代表。结束语因此，工业设计师将仿生学运用于设计，决不能也不应该将这种运用单纯化、理想化，不能仅从设计师本人的设计理念出发，要因地制宜、因人而异，充分了解设计服务人群所处的地域和对象的心理等因素，了解因这些因素而导致的对于事物认识上的差异性，恰当、合理地选择仿生对象。设计不是设计师简单的个人行为，设计中的创造性、创新性应有针对性、目的性，这既是使设计得以接受的重要因素，也是设计师的职责之一，是设计工作复杂性的体现。参考文献l左铁锋.仿生学在工业设