基于仿生学的产品设计应用研究:什么是仿生学

基于仿生学的产品设计应用研究

【关键词】仿生学产品设计仿生设计趋势 一、仿生学与仿生设计 仿生学是模仿生物特殊本领的一门科学，仿生学一词来自于希腊语 “Bio”，代表“生命”，同时词尾“nic”代表“具有……的性质”。同时笔者认为“仿生 学学科领域是研究以具有生物系统特征的方式、以类似于生物系统方式或者是以 模仿生物系统的系统性科学”。仿生学是一门现代才兴起的跨领域科学，他最早 出现在20世纪60年代。但是在后面的极长的时间里，人类产生了大量出色的仿生 设计。本文将选取一些汽车设计与灯具设计的实际案例进行分析，它们都反映了 产品设计世界中富多彩的仿生设计产品。

同时仿生学界也有一种观点“自然系统已经产生大量的具有创意和实 用性的解决方案，而且可以给人类带来灵感，帮助人类在气候控制、食品科学领 域进行大量的社会性创新”。然而，回望过去的设计历史，从新艺术运动到流线 型运动，设计领域虽然有大量的模仿自然世界的系统论和产品，但是仍然紧紧是 在模仿自然世界对象的表面意象，对人类世界的产品和艺术形态进行美化和雕琢。

作为现代工业设计的代表性行业之一，汽车设计和灯具设计行业始终徘徊在炫目 的形态游戏与表象的仿生学边缘。

二、仿生学在产品设计中的应用实例和分析 （一）仿生学在汽车设计中的应用 在汽车设计中，仿生学是一种有历史意义的设计方法之一，它的应用 角度一直在企业界和学术界产生极大的讨论和关注。汽车设计在刚刚出现的时候， 以对汽车车身进行差异化的装饰和包装，追求商业上的眼前利益。然而随着汽车 产生的进一步发展，汽车给人类所在的生存环境带来很多消极的因素：能源危机、 大气污染、城市堵塞等。这些负面现象使得设计界对汽车仿生造型设计的设计方 法论进行研究和讨论。目前汽车设计依然在模仿自然界生命的意象形态。在修辞学方面，人 造产品是由特征、原理、情绪三种系统性科学论据组成的，在对象外部形态体现 了汽车产品的表面特征。作为“自然界的翻译者”的著名产品设计师路易吉·科拉 尼，参考自身对于自然世界的独到见解，运用曲线模拟自然界生命意象，设计出 历史性的生物意象形态，进一步将它用到汽车设计中。

在设计界，甲壳虫汽车在模拟自然系统生命对象的设计论中当属最典 型的案例。著名设计研究者帕帕奈克在情感化设计与仿生学理论的基础上对甲壳 虫汽车的造型设计进行了评论。他论述说：较小的生命形态特征让人觉得需要呗 保护和温暖，并且将这种造型特征在汽车设计中应用，可以让大家获得对这辆车 的情感化认知。甲壳虫的造型设计为汽车带来了独特的特征和味道，而且让设计 说话，带给大家充实而生动的情感体验。

仿生设计不仅在产品造型的角度发挥巨大价值，同时也关联产品和服 务构成强大的生态系统，能将全方位可持续的体验带给消费者。奔驰公司在进行 可持续未来汽车产品设计的时候，运用仿生设计的系统论保证了汽车在能耗、安 全性、低阻力等方面的优势，并且在汽车从设计、生产、驾驶、维护、废物销毁、 再循环使用的全生命周期都进行仿生设计研究，力图打造汽车生态系统。该公司 的所有设计师都从自然界生物的流体力学研究出发，不断从植物和动物身上获取 灵感，最后发觉出提升汽车整体架构强度、降低成本消耗、极大降低能耗和风阻 的系统性设计方法，而且使用计算机设计软件对整体形态造型进行计算，这样就 保证汽车在进行测试阶段非常安全，同时汽车也获得了极大的轻量化设计。最近 几年，奔驰汽车不断将自身的跨学科研究结晶向更高的领域推进，他们研发的 BIOME汽车现在可以从自然系统设计中脱离出来，研发人员在经过深入研究后， 使用最先进的能源技术将汽车减轻到不可思议的地步，而且在成为废品后可以自 动降解，形成极大的再循环，而且汽车还是用太阳能这一无限循环资源对传统能 源进行替代，在环境友好方面又迈进了一大步。

（二）仿生学在灯具设计中的应用 在灯具设计中，仿生学也可以产生巨大的作用，在结构仿生设计角度 看，我们可以发现力学机构可以模拟自然生物的身体全部分，包括植物的叶子、 茎部、根与动物的骨骼等部分。

设计师JohnWischhusen通过仿照人的骨骼设计的一个灯具，至今让人 回味无穷，感慨设计师强大的洞察力和勇气，让世人感受仿生设计带给大家生活的独特魅力和审美品位。

还有的灯具设计借鉴蜂巢的六角形排布结构设计，利用其稳定、节省 原料、高强度等特点。而且设计师使用蜂巢结构设计为产品带来很多优点，诸如 隔音隔热、重量轻等等，在各大交通器设计领域都经常运用。

在仿生形态趣味性方面，本身仿生的形态来自自然界，具有一定的趣 味性，将他们运用到产品设计中，带给大家可爱、温暖、自然的全方位感觉。比 如著名的蜜蜂台灯设计，他的反光板运营蜜蜂翅膀的形态，灯泡运用蜜蜂头部的 形态，支撑结构的造型来源于蜜蜂的脚形态，整个台灯的设计完全模拟了一只休 息的蜜蜂，非常传神和有趣。

三、仿生设计的未来展望 仿生设计强调跨领域、独创性、边缘化，不管仿生设计的理论、内容、 方法的发展，这些特征都是表现的很明显。

（一）技术与艺术的齐头并进 仿生设计用句古话说就是为了活着而设计，它是一种人类将科技和艺 术结合产生的造物方式。虽然这种生存理念被束缚在生命繁衍和延续的理性层面， 但是这种生活方式却是人类现代文明的基础。

近现代仿生设计在世界经济、文化、生产的大背景下，依靠现代先进 的技术和设计，在社会完成现代化的同时，依靠自身的思想的绽放和启蒙，会产 生出大量的造物和思想意识的变革。里面混杂了科技是一切的实用意识形态，也 有人本思想的人性化意识形态，而且他们总是各自在自身的领域发展着，不相互 合作、欣赏，让技术和艺术产生了巨大的分离，整个进程缺乏前进的动力和欲望， 降低了前进的脚步，最后仅仅是为商业服务做出自己的微弱贡献。

将来的仿生设计肯定会将技术与艺术齐头并进发展，会更多的追求先 进技术、情感化的全方位发展，在实用价值、情感价值等多角度发挥巨大的作用， 让设计们更多的探求这种技术与艺术结合的可行性方案。

（二）实践应用和科学研究并行系统化发展 仿生设计的科学研究与实践应用，不仅要依靠同仿生学相关的电子、信息、物理、化学等科学的系统性科学理论支持，而且也要获得感性工学、科学 艺术甚至到达哲学层面的学科支持。例如“基于蚁群算法的产品服务系统规划分 析”、“基于进化算法的仿生造型基因进化”、“进化算法在产品创新设计的应用”、 “簇群空间和新陈代谢仿生设计”等课题都是现代仿生设计中关于仿生过程算法、 仿生结构算法（神经网络）、仿生行为算法（群体智能）等仿生智能计算方法的 应用研究。

未来的科学研究与理论实践定会形成从理念、到数据、再到方法论、 最后到目标等方面的有机仿生系统，这个系统由大量的元素有机组成，而系统本 身也属于一个大的宏观思维下的系统。以后的仿生设计不会仅仅是关注几个单体 设计元素和理念，更加注重与系统性的整合。该系统通过进行基础性科学研究， 注重仿生设计元素和相关元素的系统性研究，必将仿生设计理论推动到更高的战 略发展层面。

（三）以持续发展和社会和谐为目标 仿生设计通常以研究自然生态为对象和目标，强调对自然世界整体趋 势和变化的把握，注重对自然生物与其关系的研究，从物质到非物质、复杂到简 单、高端到低端等不同层次的系统研究，同时也包含着在跨学科基础上的多样性 多层次研究，这样的目标是建立一个人和自然共同工作的系统。但是人和自然的 工作方式不是独立和封闭的，而是沟通顺畅、融合的、交叉的、开放的系统，这 样才能谋求在未来获得持续发展和社会整体和谐。人类在接近自然系统的同时， 给大自然提供一定的保护。未来的仿生设计必将是从以人为本的设计转化为以自 然为本的设计理念，进行可持续发展的设计，从战略层面保护大自然生态系统的 完整和健康，以人类和自然和谐共存为目标准则，造出一种更加自然和随性的选 择境界，挖掘出任何自然和谐共存，可持续发展的道路和方法。

综上所述，仿生设计以其特有的设计思想、理念和方法，把个体系统 的需要放到整体系统中衡量，用符合生态学的环境科学原理的观念去指导行动， 将不断去探索人与自然的关系， 寻求技术与自然、人类的协同一致，试图预见并创造更高层次的人 ——自然——社会环境系统，这是现代仿生设计发展的趋势和理想目标，也是整 个人类社会发展的追求。未来的仿生设计将渗透到人类社会生活的各个层面，对 人类现在及未来的生活方式、价值观念产生影响，参与到人和自然的共生与持续 发展这个哲学命题的认识和反思中去。