淺析生物仿生學在產品設計中的應用與研究

俞小龍

摘要：在自然界中生物的進化無不遵循著優勝劣汰、物盡天擇的自然法則，經過數百萬年的演化，存留至今的生物都已進化出了一套完善的環境適應系統，人類的科學技術雖然一直在突飛猛進，但在很多方面依然遜色于自然生物，因此許多科學技術的發展還需要借鑒自然生物的生物結構及其原理。由此可見生物仿生學在其相關的應用領域有著非常重要的作用，如今生活中許多應用生物仿生的產品已經悄然進入我們的生活，本文既是希望通過對生物仿生學的深入探究來探討其在產品設計領域的應用及其作用。

關鍵詞：生物仿生學;產品設計;仿生設計

一、生物仿生學概述

生物仿生學既是模仿生物的形態或功能結構以實現發明創造的一門科學，主要的目的是提煉自然生物百萬年來進化出的適應機制將其通過現代工業技術移植到所需的領域及產品中以達到預期的實用效果，通過這種方法能夠更好也更高效的實現技術革新。

事實上早在遠古時期的人類就已經發現了仿生的種種益處，早期的人類就已開始借鑒自然界中生物的形態用于工具的制造，例如古時候人類通過模仿魚的形態來造船，也許當時的人們并不明晰這背后的原理，但通過生活中的實踐發現這是行之有效的。到了現代隨著科學技術的發展，人們已經掌握了更多的科學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構的內在原理，這便為各個領域的技術發展提供了有效的參照。

二、生物仿生學在產品設計中的應用

仿生是產品設計研發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出我們無限的創想和靈感，再通過科學手段加以證明和驗偽，最終我們能夠得到科學有效的新型技術用于實現產品的各項功能。而如今對于生物仿生學的研究已涉及到生物表現的各個層面，從最為直觀的外在形態、色彩、肌理到生物精妙的內部結構我們都能以科學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造出了高效便利的產品。

（一）生物形態層面的仿生設計

通過進化論的觀點我們可以了解到對于美的感受很大程度上受到了我們的內在基因的影響，由于我們的審美這是在自然界中繁衍生息數百萬年逐漸形成的，這促使我們會對自然界的許多事物都達成了美學上的認可。正因如此，自然界中總有著無限的美意等待著我們去發現，人類文明發展至今已經創造出了無計其數的人造物，經過不斷地探索和嘗試我們力求找到匹配自然之美的設計法則，最為直接的方式就是參考自然物的外在形態，即基于自然生物形態層面的仿生設計，這種方法是以自然界中生物或植物的形態作為造型基礎，再根據產品的功能需要，使產品在功能和造型上能夠得到相應的統一。

而對于形態的提煉上根據設計師的設計意圖既可以是抽象的又或是具象的，這使得造型仿生呈現出兩種截然不同的視覺體驗，而對于設計過程中抽象到具象之間的度的拿捏就要看設計者的個人風格及觀念了。世界上許多知名設計師通過這樣一種形式的設計創作出了許多經典的設計作品（圖1）。

（圖1）

（二）生物色彩層面的仿生設計

再從生物色彩的層面來看，我們視覺器官對于色彩有著極高的敏感度，我們對于環境的認知很大一部分是依靠視覺系統，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用在產品設計中使產品達到一定的視覺體驗，甚至會產生相應的聯想，讓產品產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（圖2）、豹紋、斑點等都是常被運用的自然界的生物色彩，這些色彩不僅具有時尚氣息還包含著豐富的情感體驗。

（圖2）

（三）生物肌理層面的仿生設計

生物肌理仿生（圖3）與生物色彩仿生有類似之處，很多時候它是建立在色彩仿生的基礎上對其表面質感進一步地深化處理的結果，它不單純考慮視覺上的仿生體驗，而是將自然動植物的表面肌理質感也考慮了進來，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的觸感，這中效果讓人耳目一新，從側面也反應出現代加工技術的卓越成效。

（圖3）

（四）生物結構層面的仿生設計

生物結構仿生是伴隨著仿生學技術的不斷發展，人們對于仿生不再局限在外形上對自然淺層次的模仿。而是從生物奇特的內外結構組織中得到啟發，人們根據生物的構建組織以及運行模式拓展了仿生的一個新的層面，結構仿生設計讓最終的產品具備更為有用的功能意義。

生物自身結構是非常奇特的，它們經過數百萬年的演化成功地經受住了各個時期的災變，并且一直向著更優良的系統進化著，可以說每個現代生物都有著完美的生理機制，人們通過研究它們的結構能夠得到無數的啟發性的發現，很多方面不得不承認自然生物依舊領先于我們人類目前的科學技術。因此通過對生物結構的仿生往往可以解決許多目前面臨的技術難點，這讓生物仿生學在產品設計的領域中再次得到了相當的重視。

結構仿生首先要依據一定的科學理論為研究基礎，簡單地模仿未必能產生預期功效。因此在結構仿生前要對生物相應的結構進行系統的研究，探明其工作原理證明其確實科學有效，再將其原理解構后以現代的工業技術和手段進行重構，使生物結構通過一種新的形式移植到產品設計當中以發揮其原生物結構的功效。

在眾多現代產品設計中我們能夠看到很多已經成熟應用了的結構仿生技術，這些技術里有可以分為外在結構仿生和內部結構仿生。

外在生物結構仿生是通過生物的外在結構作為參照，通過外在的仿生以達到生物該結構組織的相應功能。例如吸盤的設計就屬于外在結構仿生，它以章魚觸手結構為啟發的仿生應用，還有就是魔術貼的設計，也是外在結構仿生的一個極其經典案例，它的靈感來源則是鬼針草的尾部細小倒鉤。這些結構仿生設計如今已經隨處可見，大量應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。

生物內部結構仿生則是通過對生物內部結構的研究，將生物內在的工作原理進行分析，提煉出對于我們有用的結構并運用在設計當中，使我們的設計產生相應的效應。在高新的建筑、航天工業中就大量地充斥著內部結構仿生的技術應用，例如蛋殼屋頂所運用的薄殼結構以及航天工業中的蜂窩結構等這些結構仿生成果都是極為成功的案例，這些新的技術不僅節約了材料并且讓局部的應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，而航天設備也變得更加輕質，而這些都要歸功于結構仿生技術的發展，這都將為未來設計提供了有效的技術基墊。

目前結構仿生已經廣泛應用在了各類產品的開發中，并收到了很大的成效，可以預見科學技術的不斷提高對于生物外在結構和內部結構的研究也會愈加深入，這將會為人們提供更多參考素材。結構仿生將在未來設計中占有相當的分量。

（五）小結

通過以上的論文我們可以看到仿生設計是極為有效的，無論從造型審美還是功能的實現方面仿生都能發揮出很好的效果，這位我們產品的設計和研發提供了新的出路。正因如此，研究和探索生物仿生學是極有價值的，相信在今后的日常生活中還會有更多的仿生產品涌現出來，為我們的生活提供更多的便利。

三、總結

可以預見隨著生物仿生學的進一步發展，仿生設計在未來蘊含著極大的潛力和機遇，將會有更多的發現和創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代工業技術建立了聯系，這是一座工業通往自然的橋梁。可以說生物界就是工業創新的一個巨大知識庫，是待我們進一步挖掘的寶藏，對此在研究的同時我們還應當提供相應的保護，這樣才能讓這筆財富可持續地發展下去并為人所用，這是新的機遇也是新的挑戰，如何權衡自然與工業的平衡，這需要所有人的努力，期待未來人與自然共存的美好景象。

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