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淺析生物仿生學(xué)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用與研究論文
摘要：在自然界中生物的進(jìn)化無不遵循著優(yōu)勝劣汰、物盡天擇的自然法則，經(jīng)過數(shù)百萬年的演化，存留至今的生物都已進(jìn)化出了一套完善的環(huán)境適應(yīng)系統(tǒng)，人類的科學(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(jié)構(gòu)及其原理。由此可見生物仿生學(xué)在其相關(guān)的應(yīng)用領(lǐng)域有著非常重要的作用，如今生活中許多應(yīng)用生物仿生的產(chǎn)品已經(jīng)悄然進(jìn)入我們的生活，本文既是希望通過對(duì)生物仿生學(xué)的深入探究來探討其在產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用及其作用。
關(guān)鍵詞：生物仿生學(xué)；產(chǎn)品設(shè)計(jì)；仿生設(shè)計(jì)
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(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)發(fā)明創(chuàng)造的一門科學(xué)，主要的目的是提煉自然生物百萬年來進(jìn)化出的適應(yīng)機(jī)制將其通過現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)移植到所需的領(lǐng)域及產(chǎn)品中以達(dá)到預(yù)期的實(shí)用效果，通過這種方法能夠更好也更高效的實(shí)現(xiàn)技術(shù)革新。
事實(shí)上早在遠(yuǎn)古時(shí)期的人類就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了仿生的種種益處，早期的人類就已開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)候人類通過模仿魚的形態(tài)來造船，也許當(dāng)時(shí)的人們并不明晰這背后的原理，但通過生活中的實(shí)踐發(fā)現(xiàn)這是行之有效的。到了現(xiàn)代隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們已經(jīng)掌握了更多的科學(xué)方法來研究自然界中的各種生物，從而更好地掌握了生物結(jié)構(gòu)的內(nèi)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(shè)計(jì)中的應(yīng)用
仿生是產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)中極為常見的方法和手段，自然界總是給我們帶來驚喜和期待，通過研究自然、感受自然能夠有效地激發(fā)出我們無限的創(chuàng)想和靈感，再通過科學(xué)手段加以證明和驗(yàn)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(xiàn)產(chǎn)品的各項(xiàng)功能。而如今對(duì)于生物仿生學(xué)的研究已涉及到生物表現(xiàn)的各個(gè)層面，從最為直觀的外在形態(tài)、色彩、肌理到生物精妙的內(nèi)部結(jié)構(gòu)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。
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通過進(jìn)化論的觀點(diǎn)我們可以了解到對(duì)于美的感受很大程度上受到了我們的內(nèi)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(shù)百萬年逐漸形成的，這促使我們會(huì)對(duì)自然界的許多事物都達(dá)成了美學(xué)上的認(rèn)可。正因如此，自然界中總有著無限的美意等待著我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)，人類文明發(fā)展至今已經(jīng)創(chuàng)造出了無計(jì)其數(shù)的人造物，經(jīng)過不斷地探索和嘗試我們力求找到匹配自然之美的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)，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(chǔ)，再根據(jù)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(yīng)的統(tǒng)一。
而對(duì)于形態(tài)的提煉上根據(jù)設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)意圖既可以是抽象的又或是具象的，這使得造型仿生呈現(xiàn)出兩種截然不同的視覺體驗(yàn)，而對(duì)于設(shè)計(jì)過程中抽象到具象之間的度的拿捏就要看設(shè)計(jì)者的個(gè)人風(fēng)格及觀念了。世界上許多知名設(shè)計(jì)師通過這樣一種形式的設(shè)計(jì)創(chuàng)作出了許多經(jīng)典的設(shè)計(jì)作品（圖1）。
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再?gòu)纳锷实膶用鎭砜�，我們視覺器官對(duì)于色彩有著極高的敏感度，我們對(duì)于環(huán)境的認(rèn)知很大一部分是依靠視覺系統(tǒng)，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(yùn)用在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中使產(chǎn)品達(dá)到一定的視覺體驗(yàn)，甚至?xí)a(chǎn)生相應(yīng)的聯(lián)想，讓產(chǎn)品產(chǎn)生更深語義象征和功能屬性。這種手法在服裝中較為常見，如迷彩、豹紋、斑點(diǎn)等都是常被運(yùn)用的自然界的生物色彩，這些色彩不僅具有時(shí)尚氣息還包含著豐富的情感體驗(yàn)。
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生物肌理仿生與生物色彩仿生有類似之處，很多時(shí)候它是建立在色彩仿生的基礎(chǔ)上對(duì)其表面質(zhì)感進(jìn)一步地深化處理的結(jié)果，它不單純考慮視覺上的仿生體驗(yàn)，而是將自然動(dòng)植物的表面肌理質(zhì)感也考慮了進(jìn)來，這樣不僅在視覺上有所映射，還在觸覺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(cè)面也反應(yīng)出現(xiàn)代加工技術(shù)的卓越成效。
（四）生物結(jié)構(gòu)層面的仿生設(shè)計(jì)
生物結(jié)構(gòu)仿生是伴隨著仿生學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)于仿生不再局限在外形上對(duì)自然淺層次的模仿。而是從生物奇特的內(nèi)外結(jié)構(gòu)組織中得到啟發(fā)，人們根據(jù)生物的構(gòu)建組織以及運(yùn)行模式拓展了仿生的一個(gè)新的層面，結(jié)構(gòu)仿生設(shè)計(jì)讓最終的產(chǎn)品具備更為有用的功能意義。
生物自身結(jié)構(gòu)是非常奇特的，它們經(jīng)過數(shù)百萬年的演化成功地經(jīng)受住了各個(gè)時(shí)期的災(zāi)變，并且一直向著更優(yōu)良的系統(tǒng)進(jìn)化著，可以說每個(gè)現(xiàn)代生物都有著完美的生理機(jī)制，人們通過研究它們的結(jié)構(gòu)能夠得到無數(shù)的啟發(fā)性的發(fā)現(xiàn)，很多方面不得不承認(rèn)自然生物依舊領(lǐng)先于我們?nèi)祟惸壳暗目茖W(xué)技術(shù)。因此通過對(duì)生物結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)的領(lǐng)域中再次得到了相當(dāng)?shù)闹匾暋?/p>
結(jié)構(gòu)仿生首先要依據(jù)一定的科學(xué)理論為研究基礎(chǔ)，簡(jiǎn)單地模仿未必能產(chǎn)生預(yù)期功效。因此在結(jié)構(gòu)仿生前要對(duì)生物相應(yīng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)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(gòu)后以現(xiàn)代的工業(yè)技術(shù)和手段進(jìn)行重構(gòu)，使生物結(jié)構(gòu)通過一種新的形式移植到產(chǎn)品設(shè)計(jì)當(dāng)中以發(fā)揮其原生物結(jié)構(gòu)的功效。
在眾多現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中我們能夠看到很多已經(jīng)成熟應(yīng)用了的結(jié)構(gòu)仿生技術(shù)，這些技術(shù)里有可以分為外在結(jié)構(gòu)仿生和內(nèi)部結(jié)構(gòu)仿生。
外在生物結(jié)構(gòu)仿生是通過生物的外在結(jié)構(gòu)作為參照，通過外在的仿生以達(dá)到生物該結(jié)構(gòu)組織的相應(yīng)功能。例如吸盤的設(shè)計(jì)就屬于外在結(jié)構(gòu)仿生，它以章魚觸手結(jié)構(gòu)為啟發(fā)的仿生應(yīng)用，還有就是魔術(shù)貼的設(shè)計(jì)，也是外在結(jié)構(gòu)仿生的一個(gè)極其經(jīng)典案例，它的靈感來源則是鬼針草的尾部細(xì)小倒鉤。這些結(jié)構(gòu)仿生設(shè)計(jì)如今已經(jīng)隨處可見，大量應(yīng)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(nèi)部結(jié)構(gòu)仿生則是通過對(duì)生物內(nèi)部結(jié)構(gòu)的研究，將生物內(nèi)在的工作原理進(jìn)行分析，提煉出對(duì)于我們有用的結(jié)構(gòu)并運(yùn)用在設(shè)計(jì)當(dāng)中，使我們的設(shè)計(jì)產(chǎn)生相應(yīng)的效應(yīng)。在高新的建筑、航天工業(yè)中就大量地充斥著內(nèi)部結(jié)構(gòu)仿生的技術(shù)應(yīng)用，例如蛋殼屋頂所運(yùn)用的薄殼結(jié)構(gòu)以及航天工業(yè)中的蜂窩結(jié)構(gòu)等這些結(jié)構(gòu)仿生成果都是極為成功的案例，這些新的技術(shù)不僅節(jié)約了材料并且讓局部的應(yīng)力性得到顯著的提高，使建筑的造型擁有了更加豐富的想象空間，而航天設(shè)備也變得更加輕質(zhì)，而這些都要?dú)w功于結(jié)構(gòu)仿生技術(shù)的發(fā)展，這都將為未來設(shè)計(jì)提供了有效的技術(shù)基墊。
目前結(jié)構(gòu)仿生已經(jīng)廣泛應(yīng)用在了各類產(chǎn)品的開發(fā)中，并收到了很大的成效，可以預(yù)見科學(xué)技術(shù)的不斷提高對(duì)于生物外在結(jié)構(gòu)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)仿生將在未來設(shè)計(jì)中占有相當(dāng)?shù)姆至俊?/p>
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通過以上的論文我們可以看到仿生設(shè)計(jì)是極為有效的，無論從造型審美還是功能的實(shí)現(xiàn)方面仿生都能發(fā)揮出很好的效果，這位我們產(chǎn)品的設(shè)計(jì)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(xiàn)出來，為我們的生活提供更多的便利。
三、總結(jié)
可以預(yù)見隨著生物仿生學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展，仿生設(shè)計(jì)在未來蘊(yùn)含著極大的潛力和機(jī)遇，將會(huì)有更多的發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新來造福于我們的生活。自然界是無比神奇的，而仿生則讓自然與現(xiàn)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生物界就是工業(yè)創(chuàng)新的一個(gè)巨大知識(shí)庫(kù)，是待我們進(jìn)一步挖掘的寶藏，對(duì)此在研究的同時(shí)我們還應(yīng)當(dāng)提供相應(yīng)的保護(hù)，這樣才能讓這筆財(cái)富可持續(xù)地發(fā)展下去并為人所用，這是新的機(jī)遇也是新的挑戰(zhàn)，如何權(quán)衡自然與工業(yè)的平衡，這需要所有人的努力，期待未來人與自然共存的美好景象。
【參考文獻(xiàn)】
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