產品仿生設計方法研究

摘要：介紹了仿生設計的概念；指出了仿生設計在產品設計中的重要作用；提出了仿生設計詳細的方法流程；通過研究仿生設計的具體方法流程，為產品設計提供了新的思路和借鑒手法，幫助設計師從大自然中尋求靈感，快速地開發出創新的、實用的和具有差異化的產品，有效的提高產品的趣味性、內在價值及其市場競爭力。

關鍵詞：自然；仿生方法；產品設計

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：A 文章編號：1671-864X（2014）09-0129-02

大自然中有著極為豐富的生物形態、結構、生理反應以及各種生物生命活動現象，人類在漫長的生活實踐中，從這些生物中受到了極大的啟發，獲得了極為寶貴的經驗，創造出許多驚人的設計[1]。設計師不斷從大自然中尋找靈感來幫助自己設計出更優秀的產品已經成為了產品設計的一個重要方向──仿生設計。

一、仿生設計

仿生設計是在仿生學和設計學的基礎上發展起來的新興邊緣學科。仿生設計是人們基于自然生命的外在形態與內在功能的基礎上進行的創新性模仿過程。仿生并非是完全的模仿自然生物特征，而是運用仿生學的原理對自然生物及其他物質形態進行分析、研究，參照目標形態的特征，啟發自我的創新力從而進行再創造的造型方法。以自然界的生物特征為創意原點，通過研究發現它們好的功能、色彩、形態及結構等特征，從而借用其好的特征以應用于產品設計的活動。

二、產品設計中運用仿生設計的重要性

科學家和設計師總是從自然界獲得靈感和智慧。不同世紀的兩位大師達芬奇和路易吉科拉尼曾說：“人類的靈性將會創設出多樣的發明來， 但是它并不能使得這些發明更美妙、更簡潔、更明朗， 因為自然的物產都是恰到好處的”。“設計的基礎應來自誕生于大自然的生命所呈現的真理之中[2]。”

現在科學技術日新月異的發展正在逐漸改變人類生活的方方面面。在高科技的社會里，人們開始追尋傳統的、自然的產品元素，設計師也開始將目光投向自然，從自然中汲取靈感，從自然中尋求設計素材。在眾多高科技產品充斥著人們生活的同時，更需要自然的元素來平衡人們對產品的情感。

仿生設計作為產品設計中最新鮮、最具活力的設計創新方法，是設計回歸自然、追求人性化的表現。仿生設計已經成為了連接設計與自然的橋梁和紐帶，是產品設計發展的一個重要方向。在產品設計過程中，利用仿生學的相關方法去研究自然，為設計提供新的方法和途徑，同時也豐富了產品設計的創意空間，更好地踐行了“崇尚自然”的設計理念。

三、仿生設計的具體方法

仿生設計法， 是在設計方法學研究的基礎上結合仿生學原理而形成的一種設計方法， 是仿生學在設計方法學方面的延續和發展。仿生設計法， 是指在設計過程中，有選擇地應用自然界萬事萬物的“形”、“色”、“音”、“功能”、“結構”等特征原理進行設計的方法，同時結合仿生學的研究成果， 為設計提供新課題、新原理和解決問題的新途徑[3]。

在仿生設計過程中，設計師必須采用一系列正確的方式和方法來解決不同的復雜生物形式向產品設計轉換的問題。自然界的有機生物有著多種復雜的結構形式，如何對其結構進行合理的簡化，并轉化為產品結構形式，是仿生設計的一個關鍵性的問題。另外，設計人員在獲得可用于設計的生物特征之前，他們需要從一大堆有機形式和結構中分析提取出關鍵的生物特征，同時需要將復雜的有機結構簡化成產品特征，使之能夠滿足現有的人造材料和制造工藝[4]。這一個過程的轉化是非常復雜的，但是設計師可以依據科學的仿生設計方法來幫助自己洞悉前期的轉化過程，使自己更迅速準確的從自然中發掘靈感，設計出創新性產品。

仿生設計研究方法：

1.樣本選擇。

對研究樣本的選擇從研究所存在的問題開始，當發現現有產品所存在的形態、功能或結構等問題不能滿足于使用者時，設計師有必要對此存在的問題進行深入研究。在設計之初就應該意識到所有可能潛在的問題。通過對問題進行充分的細化分析（可能導致偏差的各種因素以及解決方案存在的必要性）能夠使我們很好地理解實際情況，之后我們就可以設立解決問題方案并完成計劃。通過這一系列操作，仿生學可以作為我們完成新產品的工具。

從本質上解決問題的方法可以分為兩種：一種是篩選已知問題的最佳方案，另一種是通過對未知解決方案的觀察來相關性地找到解決問題的辦法。顯然我們的研究需采取第二種方法。

問題的準備：解決問題首先要做的就是列舉出所有的可能性的解決方案，也就是說當問題被簡明地細化后，設計師們事實上可以通過找到樣本來滿足自己的創意的。

樣本：要選擇并強調樣品的相關特性。

信息源：為研究提供必要性基礎（樣本的深入性研究）。信息的獲取一般通過文獻檢索或通過相關領域專業人員進行技術支持。

2.收集樣本。

實地工作：研究中的實際操作階段，本質上就是尋找樣本。研究者必須對樣本習性有較為良好地認知，需要收集樣本的設備：包括不同尺寸的帶蓋瓶，鑷子等。如果工作涉及昆蟲還需要有80%的酒精以避免真菌和污染物。如果涉及植物收集，需要干燥處理。在收集過程中，我們要盡所能保持樣本的完整性以避免損害樣本對研究產生負面影響。

樣本認證：在收集最后，進行樣品認證是很必要的步驟。我們可從專業人員那里獲取幫助并標記好所收集的樣品。

3.制備樣本。

樣本切片：樣本認證后需要用手術刀對樣本進行切片處理。精度要盡可能高，尤其當處理小型樣本時，這一過程需要耐心謹慎。處理樣本時要戴手套，照明充足也是一項必要條件。

草圖：樣本分析后要對選擇部分進行草圖繪制。

準備斷株：用掃描型電子顯微鏡來分析支撐樣本的斷株，其表面要保持清潔，可以用400規格砂紙輕度打磨來避免毛刺對樣本表面的損害。樣本用銀漆和無機碳膠帶固定，并同時標注位置編號防止混淆。SEM觀察是一項很耗時的工作，首先要對樣本進行鍍金處理使樣品導電以便進行觀察。金屬處理后要將樣品與容器挨緊處理以免灰塵污染。

4. 觀察樣本。

在這一階段，對生態系統的調查將會被看做是對原型樣本的研究。

需要觀察的類目：結構，球顆粒，細胞，器官，物理部件。

結構和微觀形態：組織的組成部分，同物種和不同物種個體的社會組織。生態系統內不同植物體的結構和功能關系。

功能和進程：系統生理學，包括不同水平下的調節機理。

時間分配：包括物種和個體間的改變

空間分配：動物地理學，植物地理學

環境相關聯系：樣本與環境的相互影響

分類：分類學，生態系統分類

為了完成對生態系統進行詳盡的描述，觀察可以分為以下階段：裸眼觀察，放大鏡觀察，光學顯微鏡觀察，掃描電鏡分析

5.參數化。

所獲得圖像通過計算機處理可以獲得相關數據。主要元素的結構草圖可能會通過數據使得設計者根據已有的信息萌生創意。在此階段，所得信息通過參數化方法被轉化成另一種技術語言。

6.自然系統和產品間的類比。

人們通過對自然界進行研究發現了解決問題的特點從本質上就是仿生學，比如阻抗，穩定性，粘附等等。人們通過對功能，形態學以及結構方面的研究為項目的進行提供了指導性的幫助，而不僅僅是簡單的復制這種方式。由于具有足夠數量的樣本我們便可以對研究樣本和所設計的產品和創意構思進行類比性研究。然而在此之前很有必要去深入理解其功能性，形態和結構來分析自然元素以評估它的應用可行性。

7.項目應用。

當項目分析可行后，生物的功能，形態和結構可以被應用到產品中去。這時，我們要進一步研究如何讓生物的功能，形態和結構與產品的需求完美適配。在這一階段，可采用反饋分析來實現功能性分析。采用仿生方法學研究產品概念時，會體現出高效實用的優勢，眾所周知的已經市場化的Velcro（魔術貼）就是通過仿生學研究的最好例證[5]。

8.流程圖。

圖2 基于仿生學研究的產品開發方法

仿生設計的研究方法為產品設計提供了新的思想、新的原理、新的途經和新的方法，特別是現代仿生設計學其研究范圍更廣泛，研究的內容更豐富[6]。該方法應用在產品開發過程中，有效的幫助設計師避免一些不必要的彎路，提高了設計效率，更為重要的是它有助于設計師順著一個正確的思路設計出功能性、情趣性和創新性的仿生產品。

四、結論

仿生設計作為產品設計的一種重要設計方法，其地位是不可替代的。仿生設計思維是設計師在設計過程中的創性設計意識，它能將設計師思維擴展開來，從更多層面上思考問題，無論人類社會發展到任何時期，自然生物始終是人類生存和發展的依附，生活環境中的仿生設計也會左右著人類生存的品質。這種設計思維可以幫助設計師充分發揮想象力，對產品設計開發研究有著積極的作用。

同時，仿生設計的研究方法建立在有利于產品開發生產的有序的工作邏輯之中，能夠為設計師提供一種準確的、便捷的、實用的，能直接應用于開展新產品仿生研究的方法。對于仿生產品越來越被追捧的今天，仿生設計的研究方法對于設計師而言無疑是另一個好的選擇。

參考文獻：

[1]Nina Louise Volstad and Casper Boks. On the use of Biomimicry as a Useful Tool for the Industrial Designer [J]Sustainable Development.Sust. Dev. 20， 189–199 （2012）。

[2]周伯軍.工業設計中的仿生設計與應用[J].佛山科學技術學院，2008。

[3]田保珍.仿生設計方法探析[J].太原科技大學，2008。

[4]Hsi-Chi Hsiao；Wen-Chih Chou.Using biomimetic design in a product design course [J] World Transactions on Engineering and Technology Education. Vol.6， No.1， 2007。

[5]Wilson Kindlein Junior， Andr_ea Seadi Guanabara.Methodology for product design based on the study of bionics [J] Materials and Design 26 （2005） 149–155。

[6]DENIS A. COELHO， CARLOS A. M. VERSOS. An approach to validation of technological industrial design concepts with a bionic character [J] Recent Researches in Business Administration， Finance and Product Management，2010。

[7]謝大康.仿生設計在產品開發中的應用[J].藝術設計，2003。

[8]陳為. 產品形態中的仿生設計及其應用[J].包裝工程PACKAGING ENGINEERING， Vol.31 No.8 2010.04。

[9]姜娜， 楊君順.仿生在產品造型設計中的應用[J].包裝工程PACKAGING ENGINEERING Vo.l27 No.6 2006.12。

作者簡介：

胡勇（1991.04-），男，籍貫：湖南，院校：北京服裝學院，學位：碩士，研究方向：產品設計。