【儿童平衡车形态仿生设计应用的基础理论综述6000字】

儿童平衡车形态仿生设计应用的基础理论综述1.1仿生学这一专业名词由美国的斯蒂尔博士在其1958年公开发表的文章中首次提出。直到1960年9月，在美国俄亥俄州的一座空军基地召开了世界上首次关于仿生学领域的会议，该次会议的顺利召开标志着仿生学作为一门独立学科的正式诞生。仿生学作为工业产品造型的基础理论，主要指的是通过模仿大自然中目标生物的形态及生活习性等具有代表性的元素，将其提取并应用到人类社会的产品中去，以此来突显出仿生产品中的形态及功能等方面的特征要素。仿生学是促进人类社会发展进步的一门重要学科，同时也表明了人类希望与自然和谐共处的美好意愿。仿生学是当代产品创新重要的灵感来源，将仿生学应用于产品研发时，它能够让产品回归自然，回归本性，让研发人员不忘初心。在工业产品的研发中，仿生学主要研究的是目标生物结构、形态、功能等方面的特性，并将这些特性和工业生产的相关技术进行有机的结合。目前，仿生学已经广泛运用到了世界工业的生产之中，并对世界工业化的快速发展起到了理论指导的作用。1.21988年，德国召开了首届关于仿生设计的国际型会议，该次会议的成功召开标志着仿生设计的正式崛起，仿生设计在现代化工业社会的普及使用，让仿生设计逐渐得到了世界的认可。在该次会议中，仿生设计的研究学者们主要提出了两大重要论题：“生命与形态”和“功能与形态”，并由此开始了对自然界的仿生摸索工作。会议的顺利开展不仅保证了仿生设计的稳定发展，而且对仿生设计应用的工业领域也产生了深远的影响。工业设计这门学科更多的注重点在于产品的造型及功能方面，而这两点恰好与仿生学的基本理论相吻合。仿生设计是以仿生学的研究理论为基础，以模仿自然界中仿生物的形态、功能、结构等方面的特性，并通过工业设计的创新思维方法，将这些特性合理运用到产品研发中的一种全新设计模式。例如人们通过模仿水中游动的鱼，并依照鱼的形态结构仿造出了船；通过模仿快速奔跑的猎豹，找到其阻力最小的流线型身形结构，从而运用到汽车造型的研发之中；通过模仿空中飞翔的鸟，研究鸟类翅膀的结构原理，发明出了飞机。由此可见，人们可以通过仿生设计来找到人类与自然界和谐共处的正确方式，并通过仿生类的工业产品来推动人类文明的发展进步。由于仿生设计涉及众多专业领域，所以其内容可以从不同的研究方向依次展开，以便于研究学者合理有针对性的进行学术探究。现将仿生设计的主要内容概括为以下五个不同的研究方向：产品形态的研究与仿生、产品结构的研究与仿生、产品功能的研究与仿生、产品色彩的研究与仿生、产品肌理的研究与仿生。（1）产品形态的研究与仿生设计师通过对仿生物形态方面的基本认知，提取出需要的外部形态特征，由此得到产品形态方面的相关设计灵感，从而打破产品常规的认知形态，赋予产品全新的设计造型。产品形态方面的仿生作为仿生设计中的主要内容，它注重的是对仿生目标外部形态的提取再设计。如图1.1所示，该款座椅是仿照蝴蝶翅膀的造型进行延展设计而成的，设计师通过合理把握蝴蝶翅膀的形态特征，用产品设计的思维方式进行座椅的造型制作，打破了日常座椅的造型，从而在座椅的形态上实现了突破与创新。图1.1蝴蝶式座椅图1.2蜂巢式夹层结构板（2）产品结构的研究与仿生生物的结构是决定该生物生命形式与种类的重要特征，通过模仿该生物内部的结构，分析其内部构造原理，并结合工业设计的理念对产品的结构部分进行仿生创新，使设计出来的产品具有该仿生物的结构特性。例如鸡蛋内部的拱形空间与蛋壳表面的弹性薄膜共同形成的支撑结构，该结构具有承压大、恢复力强的特点，现已广泛应用于建筑工程上；蜜蜂所搭建的蜂巢结构是由众多排列整齐的六棱柱形组成，人们仿其构造制成了蜂巢式夹层结构板，如图1.2所示，该结构板具有强度高、质量轻、用料省等优点，已普遍应用于人类的航空航天事业上。（3）产品功能的研究与仿生产品的功能仿生设计主要研究的是仿生物在自然环境中固有的功能原理，通过观察并记录分析出该仿生物存在的功能特性，从而得到相关产品在功能设计方面的启发。例如：科学家通过研究蝙蝠发出的超声波定位原理，设计出蝙蝠形状的飞行器，如图1.3所示，进而发明出了飞机上的雷达，从而保证了飞机在高空飞行期间的安全；通过仿生海洋中水母的耳朵，制造出了水母耳形状的海上风暴预测仪，它能够对即将到来的风暴进行及时的预警；通过模仿蛇的眼睛和舌头的红外线感应功能，研制出了现代化具有追踪功能的导弹武器；苍蝇的眼睛几乎可以看清三百六十度范围内的所有事物，通过对苍蝇眼睛的研究，科学家研制出了可以拍出高分辨率的全景摄像机。图1.3“蝙蝠”飞行器（4）产品色彩的研究与仿生生物的色彩是生物存在的重要特征，设计师可以根据自然生物本身的色彩个性，在产品的色彩搭配上得到灵感，打破以往产品较为普通的色彩配色。生物色彩的仿生设计也可以使产品通过色彩语言来传达某些特定的信息，以满足用户的个性需要。如图1.4所示，这三款不同配色的路亚鱼饵，俗称“假饵”，是通过仿生不同颜色的小鱼设计而成的。鱼类也具有分辨颜色的能力，对鲜艳色彩的事物也具有较强的好奇心，会出于捕食本能的攻击鱼饵，该类型的鱼饵给广大的钓鱼用户提供了多样的选择性。图1.4配色多样的路亚鱼饵图1.5花瓣式沙发（5）产品肌理的研究与仿生肌理的仿生设计主要是指从木材、石材、动物表皮等自然材质表面的肌理特征中提取可作用于产品材质及纹理方面的特征元素，并将这些元素与产品的表面结构进行充分的融合设计。产品表面的肌理特征可以是光滑细腻的，也可以是暗淡粗糙的，用户从视觉和触觉上都可以很直观的感受到该产品表面肌理的特性，从而让该产品更具感染表现力。如图1.5所示，该款花瓣式的小沙发，给人们的第一感觉是柔软感和细腻感。将松软的海绵融入到花瓣的造型之中，除了可以带给人们视觉的享受之外，还可以让他们感受到充分的舒适放松感。1.1.1形态仿生设计的内容“形”指的是产品的整体造型、“态”指的是产品的精神态势，“形态”二字则是将产品的造型与态势进行了相互统一。早在我国的南北朝时期，对形态的寓意就有了相关的词句表述，例如“形存则神存，形谢则神灭”，在这简单的两句诗词中，不仅说明了“形”与“神”两字之间不可分割的重要关系，还表达出了这两字相辅相成的促进作用。形体和精神不是两个毫不相干的事物，而是同一个物体所具有的两面性，两者缺一不可。由此可见，产品的形态要想获得充足的美感，除了要有抓人眼球的外形特征，还必须具有相应的精神态势，这样才能使产品达到真正的“形神合一”境界。大自然是人类赖以生存的环境，人类通过对各类生物形态及习性的观察模仿，从中得到了众多设计的灵感，进而对工业产品中的形态实现了突破与创新，从而发明出了许多形态仿生类产品。如图1.6所示，该款背包由意大利的创意品牌CyclusPangolin设计，它的设计灵感来源于穿山甲，该款背包不仅融入了穿山甲的外形特征，而且用户在使用该款背包时还带有鳞片本身的动态效果，它是一款具有代表性的形态结合的工业产品。值得一提的是，该款背包所使用的部分材质来自于回收的汽车内胎，同时背包的内部空间设计也是十分充足的。图1.6“穿山甲”背包1.1.2形态仿生设计需要遵循的原则形态仿生设计作为仿生设计的主要内容，应遵循以下的产品设计原则：（1）创新性：产品形态方面的概念设计及表现形式应有所创新。（2）艺术性：在产品设计过程中应注重科学技术与艺术设计的正确结合。（3）功能性：对产品的操作安全性及功能便利性等方面需要着重考虑。（4）成本性：该产品应具有制造成本低，使用寿命长等特点。（5）环保性：可使用绿色环保可降解的材质，保证其可回收利用性。（6）需求性：能满足不同用户年龄、身高、体重等方面的需求。1.3据当代幼儿教育理论表明，幼年的儿童对陪伴他们成长的人物、儿童产品、环境事物等都有着深刻的记忆，其中儿童产品对于孩子的影响力是毋容置疑的，优秀的儿童产品更加有益于儿童身心的健康发展。因此在进行儿童产品的设计时，首先应对该产品进行相应的自检。例如应检查该产品是否有益于儿童身心的健康发展；是否符合儿童认知心理的需要；是否符合儿童的人机工程学理论等。儿童由于所处年龄段偏小，对于生活中事物的认知能力相对较弱，不能及时对可能发生的危险做出正确的反应，因此在进行儿童产品的研发时，应对产品的安全性部分做着重的设计考虑。例如：产品的结构是否足够稳定坚固；产品使用的材料是否安全环保；产品的是够有尖锐部分可能会伤害到儿童等。现将儿童产品设计的基本原则总结如下：（1）成长发育性原则。儿童的成长发育是非常迅速的，家长在为孩子购买一款儿童产品后，往往孩子使用不了多久就会逐渐地被搁置，此时的家长会为了孩子的成长需求，再去购买其他类似的适龄产品，这就造成了不必要的资源浪费。由此可见，儿童产品的陪伴成长性功能是十分重要的，它能有效满足不同年龄段孩子的使用需求。如图1.7所示，该款儿童座椅采用了较为简单的木质结构进行设计，它可以通过调整座位以及脚踏板的高度，来满足不同年龄、不同身高儿童的日常使用，该产品主要通过改变自身的结构来实现它的陪伴成长作用。图1.7儿童成长型座椅图1.8益智类玩具（2）安全启发性原则。儿童产品的安全使用是设计师需要重点考虑的问题，儿童通过正确方式使用相关产品，可以得到切身的操作体验感，得到对该产品新的理解，从而达到满足他们好奇心及成就感的目的。在注重孩子快乐成长的同时，孩子智力的良好开发也一直是当代家长们所重视的。儿童玩具作为儿童日常主要的娱乐项目，对他们智力的启蒙是有直接影响的，因此家长大多会为孩子挑选益智类的玩具，该种类的玩具有助于从小培养孩子的创造能力及思考能力。如图1.8所示，该款昆虫形态的益智类玩具，主要通过使用一种安全无毒且可分解再生的高分子聚合材料制成。简洁可爱的造型能够更好地吸引儿童的注意力，搭配上使用电池驱动的马达，可以让儿童在实际操作中感受到该产品独特的魅力。（3）个体差异性原则。儿童之间的差异主要体现在生理构造、身体肌能、情感特征等方面，并且儿童在语言能力、思考能力、运动能力等能力方面的差异会随着家庭教育环境以及个人喜好的不同而产生较大的差异性。例如女孩从小的语言组织能力，会比男孩更加缜密，情感情绪的表达也更好，因为女孩普遍发育的比男孩要早；男孩在户外运动方面会比女孩表现的更加优秀，而在细致的手工活上，男孩会比女孩上手慢，这是因为大脑发育具有差异性的原因；男孩喜欢硬朗的汽车类玩具，而女孩更加喜欢柔软的洋娃娃类玩具。1.4形态仿生在儿童平衡车设计中的应用儿童平衡车在日常使用中具有多种功能，除了可以作为儿童户外锻炼平衡能力时的重要辅助工具之外，还可以作为增加儿童之间沟通交流的有效桥梁，该产品具备的功能有助于孩子运动能力及语言能力的培养。形态仿生式的儿童平衡车主要是从人性化的角度出发，切实站在了儿童的角度思考相关问题，并对儿童自身的需求方面进行了着重考虑。该产品在满足儿童日常骑行的同时，还满足了儿童对于新奇事物的好奇心理。由于该产品形态仿生设计的原型来自于儿童熟知的大自然生物，所以形态仿生的儿童平衡车与儿童之间更显亲密，孩子在骑行中能够更加直观的感受到生物原型的真实存在，从而加深他们对该仿生物的了解。形态仿生方法能在儿童平衡车造型设计中的合理使用，不仅因为它是贴合儿童的生长特点和认知需求设计而成的，而且它还满足了家长对于儿童产品的期望与诉求，使儿童平衡车更加具有安全教育、趣味益智、绿色环保等特性，促使形态仿生方法在儿童产品的设计研发中占据更加重要的位置。现对上述儿童平衡车所具有的特性做出相应的分析：（1）趣味性。运用形态仿生方法设计的儿童平衡车，不仅能够凭借新颖的外观造型吸引到儿童的视线，而且可以带给儿童丰富的感官体验，让孩子可以近距离的感受到该仿生物的神奇与奥妙。如图1.9所示，这款可爱有趣虎鲸造型的儿童救生圈，它的设计灵感来源于海洋中的虎鲸，通过模仿虎鲸的形态特征，并加以适当夸张的造型表现手法，从而让儿童在水中嬉戏玩耍时得到充分的快乐体验感。图1.9虎鲸造型的救生圈图1.10榫卯式积木（2）益智性。儿童从小的智力开发一直是家长们关注的焦点。形态仿生设计的儿童平衡车可以更好地启蒙开发儿童的大脑，提高儿童的智商水平。儿童从小就喜欢玩各种互动游戏，形态仿生造型的儿童平衡车可以在儿童脑海中赋予该仿生物的大致形象，让儿童在户外进行骑行锻炼时，更加有效的培养他们空间想象、思维跳跃以及互动交流的能力。儿童通过使用该类产品，不仅加深了对该仿生物的认识了解，而且从中积极主动的思考，这样更加有益于他们从小智力的发育。如图1.10所示，该款积木玩具采用榫卯式的结构加以设计，在锻炼儿童动手能力的同时，也对他们大脑的思维方式进行了一定的智力启发，这样更有助于培养儿童手脑结合的能力。（3）教育性。从家长教育孩子认知学习的角度来看，具有教育功能的产品，更容易受到家长的青睐。家长可以通过形态仿生式的儿童平衡车合理适当的教育孩子，将该仿生物的生活习性及形态特征等用小故事的形式讲解给孩子听，在满足他们的求知欲望的同时，还可以教会他们更多的生物知识。如图1.11所示，这款昆虫形态的玩具，是通过仿生七星瓢虫设计而成的，家长可以通过对该产品的实际操作，将瓢虫的形态特征、功能特性及生活环境的生物知识讲解给自己的孩子听，这样不仅丰富了自己孩子的常识，而且有效提高了他们的认知水平。图1.11“瓢虫”玩