淺談仿生設計在工業設計中的應用

賈冰、張男

仿生學作為一門通過研究生物系統的結構、性狀、原理、行為為工程技術的發展創新提供新思路、新方案的技術學科。在與設計藝術思想的碰撞中，產生了一門邊緣學科——仿生設計學。仿生設計就是指設計師們在進行新產品開發設計時，研究自然有機體的“形”、“音”、“色”、“動”，和生物特征規律，進行模仿與提煉，來賦予產品生命與情感，使人們在消費時，產生心理的共鳴、情感的體驗。

一、中國古典哲學的仿生思想

遠古時期，人們的生活生產資料都來源于自然，器物形態也呈現著原始抽象的自然形態。在與大自然不斷的斗爭妥協中，中國先人們形成了樸素的自然哲學思想，如“天人合一”與“五行相生相克”的思想。“天人合一”是指人是自然的一部分，人的生存與發展建立在與自然共生互補的基礎上的。他們認為只有達到了“天”、“地”、“人”和諧統一的完美境界，才能產生完美的器物。在此思想基礎上發展起來的手工藝論著，如春秋時期的《考工記》、明代的《天工開物》，集成了原始的產品造型與材料應用法則，體現了古人們“外師造化”、“中得心源”的自然形態，概括抽象能力和利用改造自然材料，構造具有形式美感的器物形態能力。

二、仿生設計在中國古代器物造型中的應用

中國古代的日常生活用品，如陶器、家具、銅鏡、生產工具等取材于自然，造型也多是對動、植物形態的抽象再現。如新石器早期的瓜果和葫蘆形狀陶器，新石器晚期的豬形陶壺、獸形陶壺、水鳥形陶壺、龜形陶壺等，體現了人類對自然的敬畏和信仰，是古代先民仿生意識的流露。陶鬶是其中有代表性的一種溫酒斟酒器具。陶鬶中下部豐腴的獸腹和獸臀，可以加大儲酒的容量；鼎立的三足可以穩定容器；三足的中空部分可以點火烘燒加熱。陶鬶的尾部上翹，形成提梁；頸部上聳高昂，使整個器形具有挺拔的氣勢。陶鬶是形態仿生與功能仿生的完美結合，體現了古人高超的抽象造型能力。新石器時期的彩陶常裝飾水紋、漩渦紋、云雷紋、魚紋等圖案，體現了古人的視覺圖案仿生智慧。在漫長的封建社會，中國的仿生器物也得到了進一步的發展。三國兩晉時期的茶具、酒具、文具等模仿動物的造型，如雞頭壺、鷹形盤；唐宋時期仿生植物的瓜形壺、花形盤等。明清時期的仿生設計更加豐富，自然a生活的一切人、事、物、動植物等都可以進入器物的造型和圖案中，寄托美好的寓意，象征富足生活。

中國的古典家具中也常常能看到仿生設計的影子。人們常見的木墩，就是南瓜造型的仿生，逐漸演變而來。中國古典家具的某些功能構件，如案幾、椅凳的腳，常模仿獸足；柜的頂飾，沙發椅的扶手和靠背等常采用龍的變型。

三、仿生在西方工業設計史中的發展與應用

仿生設計在英國工業革命后得到了長足發展。19世紀末的新藝術運動就是運用海藻、草、昆蟲等自然元素和充滿活力、波浪形、流動的線條，以及充滿美感的女性形象和有機形態作為建筑造型、產品造型和平面設計的裝飾元素與創作靈感進行設計的。如愛米勒·加雷設計的玻璃制品，整體運用流暢和不對稱的有機造型，乳色肌理上裝飾以花朵、葉子、枝蔓、蝴蝶等圖案。他設計的家具也以異域植物和昆蟲作為裝飾題材，怒放的鮮花和花葉纏繞構成獨特的表面裝飾效果。著名的“睡蝶床”，就是使用的玻璃和珍珠傳達了蝴蝶身體和翅膀的輕盈感覺，黑白交替的木頭紋理則再現了蝶翅的斑紋。

仿生設計在當代西方呈蓬勃之勢，最具顛覆性的設計師路易吉·克拉尼提到: 自然界有幾千幾萬年的演變過程，它是逐漸按需求和必然存在的條件進化而來的，而人類最近一兩百年才有工業的發展和各種技術的實現。我們必須遵循大自然的規律，他將曲線構成的獨特生態形狀,運用于產品、時裝、汽車、建筑和工藝品等廣泛的設計中。他設計的佳能單反相機獨特的細節曲線給雙手帶來無以倫比的握感。他認為世界是圓的，他的靈感都來自于自然,他所做的無非是模仿自然界向人們揭示的種種真實。

四、仿生設計在工業設計中的具體應用方法

1. 形態仿生設計

產品的形態承載著設計師的設計理念，是與消費者溝通的橋梁。在當下回歸自然，綠色設計的理念下，形態仿生設計成為了設計師的主要設計手段。菲利浦?斯達克的外星人榨汁機，就是以昆蟲般的細長三足，仿佛來自外太空生物的怪異頭部，引起了人們的無限遐想和購買欲望。

形態仿生設計分為具象仿生和抽象仿生。具象仿生直接真實的再現和描繪自然生物形態，形式生動活潑，極富生命力和親和感，常用于兒童產品和家居用品的設計。抽象仿生是將自然形態簡化、提煉，通過聯想、夸張、變形的手法，使產品形態在“似”與“不似”之間，產生趣味性和探索性。抽象仿生具有簡化性、概括性、想象性的特點，極富個性和創造力，也更加符合生產工藝和運輸包裝的要求。

2. 功能結構仿生設計

功能結構仿生主要是研究生物體在自然界的特異生存本領或身體內部特殊結構，通過技術手段模仿其功能與構造，用于改進現有產品的使用方式或技術系統，實現產品的舒適性與便利性，完成產品的升級換代。如日本新干線高速列車采用仿生于貓頭鷹羽毛和翠鳥喙的降噪設計，行駛過程出奇地安靜。貓頭鷹的羽毛呈鋸齒狀排列，穿過夜空時，悄無聲息，高鐵與上方電線連接的裝置便采用這種鋸齒狀結構；翠鳥的喙使它從空中向水面俯沖時在最大程度上減少能量損失，列車的前部采用類似形狀可幫助列車在穿過隧道時不會產生低水平音爆。再如，蜂巢由排列整齊的六棱柱形小蜂房組成，科學家計算出是最節省材料的結構，且容量大、極堅固。人們仿其構造制成蜂巢式夾層結構板，強度大、重量輕、不易傳導聲和熱，是建筑及制造航天飛機、宇宙飛船、人造衛星等的理想材料。蜂窩結構頭盔的設計因其省料、容量大、強度高、透氣好的特點獲得了德國紅點設計大獎。美國佛羅里達州大學工程師里克·林德從海鷗身上得到啟發，研制出一種能在高層建筑周圍尋找出路，同時又可猛撲向林蔭大道的遠程遙控偵察機，很多現代戰場正是由高層建筑和林蔭大道構成。林德手拿的就是基于海鷗可在“肩部”和“肘部”彎曲翅膀的能力設計的飛機原型。筆直的“肘部”在最大程度上提高了穩定性，“肘部”以下部分則提高飛機在驟降、俯沖和翻滾時的靈活性。

3. 色彩圖案仿生設計

自然界存在著千變萬化的色彩和色彩組合圖案。優異的色彩和圖案可實現生物體一定的生存功能。模仿自然界優異的色彩組合與圖案形式，應用于產品的外觀色彩搭配與圖案裝飾中，就是色彩圖案的仿生設計。如在箱包和家具面料中使用的仿動物皮毛斑點、條紋的設計，家居飾品中仿植物色彩與脈絡的圖案裝飾，都是色彩圖案的仿生設計。再如蝴蝶等昆蟲的羽翼在陽光下呈現繽紛絢麗的熒光，應用于服裝面料的仿生設計中，會給人以美的享受。

4. 材料肌理仿生設計

研究自然生態的表面肌理和材料組織結構的排列形式，利用人造材料模仿自然肌理的構成，實現材料的功能價值，傳達表面的裝飾效果，被稱為材料肌理仿生。如Speedo公司出產的模仿鯊魚皮膚制作的高科技泳衣，使伊恩·索普在悉尼奧運會一舉奪得3枚金牌，創造了材料仿生的神話。荷葉是潔凈的象征，水珠和灰塵都無法在其光滑的防水表面停留，因為荷葉表面緊密排列的小突起，讓小水珠不具備堆積空間。科學家們已將這種肌理應用于服裝面料、窗戶以及高壓輸電線絕緣器等自清潔材料的研發上。隨著人類與自然矛盾的日益突出，與自然和諧相處，順應自然規律的呼聲，越來越響亮。工業設計作為改變人類生存狀態，設計人類生活方式的設計學科，必需要尊重自然、模仿自然、以自然為師。仿生設計作為工業設計的重要設計手段，必然會發揮越來越大的作用，甚至成為設計師們首要考慮的設計方法。