浅析生物仿生学在产品设计中的应用与研究

　　摘要：在自然界中生物的进化无不遵循着优胜劣汰、物尽天择的自然法则，经过数百万年的演化，存留至今的生物都已进化出了一套完善的环境适应系统，人类的科学技术虽然一直在突飞猛进，但在很多方面依然逊色于自然生物，因此许多科学技术的发展还需要借鉴自然生物的生物结构及其原理。由此可见生物仿生学在其相关的应用领域有着非常重要的作用，如今生活中许多应用生物仿生的产品已经悄然进入我们的生活，本文既是希望通过对生物仿生学的深入探究来探讨其在产品设计领域的应用及其作用。

　　关键词：生物仿生学；产品设计；仿生设计

　　一、生物仿生学概述

　　生物仿生学既是模仿生物的形态或功能结构以实现发明创造的一门科学，主要的目的是提炼自然生物百万年来进化出的适应机制将其通过现代工业技术移植到所需的领域及产品中以达到预期的实用效果，通过这种方法能够更好也更高效的实现技术革新。

　　事实上早在远古时期的人类就已经发现了仿生的种种益处，早期的人类就已开始借鉴自然界中生物的形态用于工具的制造，例如古时候人类通过模仿鱼的形态来造船，也许当时的人们并不明晰这背后的原理，但通过生活中的实践发现这是行之有效的。到了现代随着科学技术的发展，人们已经掌握了更多的科学方法来研究自然界中的各种生物，从而更好地掌握了生物结构的内在原理，这便为各个领域的技术发展提供了有效的参照。

　　二、生物仿生学在产品设计中的应用

　　仿生是产品设计研发中极为常见的方法和手段，自然界总是给我们带来惊喜和期待，通过研究自然、感受自然能够有效地激发出我们无限的创想和灵感，再通过科学手段加以证明和验伪，最终我们能够得到科学有效的新型技术用于实现产品的各项功能。而如今对于生物仿生学的研究已涉及到生物表现的各个层面，从最为直观的外在形态、色彩、肌理到生物精妙的内部结构我们都能以科学的方法加以研究提炼，从中我们汲取了大自然的智慧为我们的生活创造出了高效便利的产品。

　　（一）生物形态层面的仿生设计

　　通过进化论的观点我们可以了解到对于美的感受很大程度上受到了我们的内在基因的影响，由于我们的审美这是在自然界中繁衍生息数百万年逐渐形成的，这促使我们会对自然界的许多事物都达成了美学上的认可。正因如此，自然界中总有着无限的美意等待着我们去发现，人类文明发展至今已经创造出了无计其数的人造物，经过不断地探索和尝试我们力求找到匹配自然之美的设计法则，最为直接的方式就是参考自然物的外在形态，即基于自然生物形态层面的仿生设计，这种方法是以自然界中生物或植物的形态作为造型基础，再根据产品的功能需要，使产品在功能和造型上能够得到相应的统一。

　　而对于形态的提炼上根据设计师的设计意图既可以是抽象的又或是具象的，这使得造型仿生呈现出两种截然不同的视觉体验，而对于设计过程中抽象到具象之间的度的拿捏就要看设计者的个人风格及观念了。世界上许多知名设计师通过这样一种形式的设计创作出了许多经典的设计作品（图1）。

　　（图1）

　　（二）生物色彩层面的仿生设计

　　再从生物色彩的层面来看，我们视觉器官对于色彩有着极高的敏感度，我们对于环境的认知很大一部分是依靠视觉系统，因此我们往往赋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将其运用在产品设计中使产品达到一定的视觉体验，甚至会产生相应的联想，让产品产生更深语义象征和功能属性。这种手法在服装中较为常见，如迷彩（图2）、豹纹、斑点等都是常被运用的自然界的生物色彩，这些色彩不仅具有时尚气息还包含着丰富的情感体验。

　　（图2）

　　（三）生物肌理层面的仿生设计

　　生物肌理仿生（图3）与生物色彩仿生有类似之处，很多时候它是建立在色彩仿生的基础上对其表面质感进一步地深化处理的结果，它不单纯考虑视觉上的仿生体验，而是将自然动植物的表面肌理质感也考虑了进来，这样不仅在视觉上有所映射，还在触觉上也能得到更为真实的触感，这中效果让人耳目一新，从侧面也反应出现代加工技术的卓越成效。

　　（图3）

　　（四）生物结构层面的仿生设计

　　生物结构仿生是伴随着仿生学技术的不断发展，人们对于仿生不再局限在外形上对自然浅层次的模仿。而是从生物奇特的内外结构组织中得到启发，人们根据生物的构建组织以及运行模式拓展了仿生的一个新的层面，结构仿生设计让最终的产品具备更为有用的功能意义。

　　生物自身结构是非常奇特的，它们经过数百万年的演化成功地经受住了各个时期的灾变，并且一直向着更优良的系统进化着，可以说每个现代生物都有着完美的生理机制，人们通过研究它们的结构能够得到无数的启发性的发现，很多方面不得不承认自然生物依旧领先于我们人类目前的科学技术。因此通过对生物结构的仿生往往可以解决许多目前面临的技术难点，这让生物仿生学在产品设计的领域中再次得到了相当的重视。

　　结构仿生首先要依据一定的科学理论为研究基础，简单地模仿未必能产生预期功效。因此在结构仿生前要对生物相应的结构进行系统的研究，探明其工作原理证明其确实科学有效，再将其原理解构后以现代的工业技术和手段进行重构，使生物结构通过一种新的形式移植到产品设计当中以发挥其原生物结构的功效。

　　在众多现代产品设计中我们能够看到很多已经成熟应用了的结构仿生技术，这些技术里有可以分为外在结构仿生和内部结构仿生。

　　外在生物结构仿生是通过生物的外在结构作为参照，通过外在的仿生以达到生物该结构组织的相应功能。例如吸盘的设计就属于外在结构仿生，它以章鱼触手结构为启发的仿生应用，还有就是魔术贴的设计，也是外在结构仿生的一个极其经典案例，它的灵感来源则是鬼针草的尾部细小倒钩。这些结构仿生设计如今已经随处可见，大量应用在了人们的生活中，在潜移默化中给人们的生活平添了许多便利和帮助。

　　生物内部结构仿生则是通过对生物内部结构的研究，将生物内在的工作原理进行分析，提炼出对于我们有用的结构并运用在设计当中，使我们的设计产生相应的效应。在高新的建筑、航天工业中就大量地充斥着内部结构仿生的技术应用，例如蛋壳屋顶所运用的薄壳结构以及航天工业中的蜂窝结构等这些结构仿生成果都是极为成功的案例，这些新的技术不仅节约了材料并且让局部的应力性得到显著的提高，使建筑的造型拥有了更加丰富的想象空间，而航天设备也变得更加轻质，而这些都要归功于结构仿生技术的发展，这都将为未来设计提供了有效的技术基垫。

　　目前结构仿生已经广泛应用在了各类产品的开发中，并收到了很大的成效，可以预见科学技术的不断提高对于生物外在结构和内部结构的研究也会愈加深入，这将会为人们提供更多参考素材。结构仿生将在未来设计中占有相当的分量。

　　（五）小结

　　通过以上的论文我们可以看到仿生设计是极为有效的，无论从造型审美还是功能的实现方面仿生都能发挥出很好的效果，这位我们产品的设计和研发提供了新的出路。正因如此，研究和探索生物仿生学是极有价值的，相信在今后的日常生活中还会有更多的仿生产品涌现出来，为我们的生活提供更多的便利。

　　三、总结

　　可以预见随着生物仿生学的进一步发展，仿生设计在未来蕴含着极大的潜力和机遇，将会有更多的发现和创新来造福于我们的生活。自然界是无比神奇的，而仿生则让自然与现代工业技术建立了联系，这是一座工业通往自然的桥梁。可以说生物界就是工业创新的一个巨大知识库，是待我们进一步挖掘的宝藏，对此在研究的同时我们还应当提供相应的保护，这样才能让这笔财富可持续地发展下去并为人所用，这是新的机遇也是新的挑战，如何权衡自然与工业的平衡，这需要所有人的努力，期待未来人与自然共存的美好景象。

　　作者：俞小龙

　　【参考文献】 

　　[1]原研哉.设计中的设计[M].朱锷译.济南：山东人民出版社，2006 

　　[2][芬兰]Koskinen等.移情设计—产品设计中的用户体验[M].孙远波等译.北京：中国建筑工业出版社，2011 

　　[3][美]唐纳德·A·诺曼（Donald ）.情感化设计[M].付秋芳.程进三译.北京：电子工业出版社，2005