在變化中提取設計元素—動物仿生設計的探索與實踐

夏寸草，瑞貝卡·威爾茲

（1.上海視覺藝術學院，上海 201620；2. 美國普瑞特藝術學院，紐約112051）

產品形態設計，是產品設計專業的一門必修類基礎課程。它在整體教學過程中，屬于前期發散性思維的教學環節。一個優秀的產品形態，不是突然形成的。獲得一個優美的形態有諸多方法，其中最重要的一種方法即為仿生的設計方法。這種設計方法，需要學生對萬事萬物的形態有所了解，通過感知世間的各種形態，提煉并再創新形態，并使用到將要設計的產品中去[1]。2019年2月，上海視覺藝術學院與美國普瑞特大學共同舉辦了為期2周的“從動物的運動到形態”國際工作坊。它提供了在產品設計形態上的新的教學體驗和實踐方式，通過研究動物的運動狀態，將動物的運動狀態提煉成形態，再用模型的方式將這種運動狀態表現出來，旨在增強設計的靈活性，開發新的觀察、解決問題和工作方式，通過動物的運動方式，研究與工業設計相關的概念，打破通常的思維模式，從廣泛的概念出發，再一步一步逐步推進過程中，實現作品的完成。

一、動物運動仿生設計的設計方法

（一）動物運動仿生設計的理論基礎

仿生學（Bionics）是一門既古老又年輕的學科，它研究生物體的結構與功能工作的原理，并根據這些原理發明出新的設備、工具和科技，創造出適用于生產，學習和生活的先進技術，某些生物具有的功能比任何人工制造的機械都優越得多，仿生學就是要在工程上實現并有效地應用生物功能的一門學科[2]。仿生設計學（Design Bionics）亦可稱之為設計仿生學，它是在仿生學和設計學的基礎上發展起來的一門新興邊緣學科，一方面具有仿生的概念，另一方面其原理又構成了設計學的基礎。通過對生物系統某些原理的實驗，依據仿生設計學的原理，設計新的產品形態。其研究領域有形態仿生、色彩仿生、肌理仿生、功能仿生、結構仿生、環境仿生等各方面[3][4]。

動物仿生設計，是基于仿生設計學為理論基礎的一種設計方法。它以動物為核心，通過研究動物的形態、運動等方式來創造產品設計的形態[5]。整體來說，可以從靜態和動態兩種方式來進行仿生設計。靜態的仿生，主要為觀察動物的形態，通過提煉動物的形態來產生產品的形態；而動態的仿生，主要為動物運動的仿生，并非提煉動物的外形，只關注動物的動態[6]。

（二）動物運動仿生設計的設計原則

動物運動的仿生設計，關注于動物的運動，即如何將運動可視化的方式，最終實現一種簡單的仿生運動，最終的結果可以表現為“用你的手可以非常簡單地移動物體的方式”。對設計師來說，這種設計方法不是在模仿自然的形態，而是從動物身上獲得靈感和方向，并形成設計師自己的形態。該課題研究的是動物世界中發生的一個過程，這個過程涉及到微妙的運動，以及從一種狀態到另一種狀態的轉換[7]。例如，一只開閉的眼睛；變色龍變色；一條從一個地方滑到另一個地方的蛇；海參在海底受到威脅時，把自己翻出來的防御機制；河豚魚會自爆，當它處于危險中時，它的刺就會突出；剪葉蟻是一種微小的昆蟲，它在一片葉子上鉆一個洞，然后落到下面的葉子上，用剛切下的一塊圓片蓋住自己等[8]。

這種設計方法的目標主要有以下幾點：

1) 開發一種將運動從自然轉化為設計對象的方法。

2) 設計師往往非常明確知道自己的目標是什么，而這種方式讓你暫停知道你所做的目標是什么。

3) 制造一種從一種狀態移動到另一種狀態的形式，即一種過程。

4) 使用最適合的形狀材料進行手工制作，考慮到線條、平面、體積、顏色、紋理的主要設計元素。盡量不要使用CNC加工成型或3D打印，如果有必要的話，可以使用激光切割。

5) 所選擇的材料和工藝盡可能是環保的，同時也是可持續性的。

6) 注意事物之間的聯系，設計的某些節點也許可以改變整個設計。

7) 接受新的思維方法論，接受一種新的解決設計問題的方法，需要超越當前的問題，進行全局的思考，并在意想不到的地方尋找答案。此時，先入為主的觀念被驅散了，問題的解決方案也許出乎意料。這是一種新的工作方式，可以使用你的整個生命周期，而不僅僅是與設計有關[9]。

8) 培養一種思維敏捷性，使設計思維可以從任何地方得到。

9) 增強這種靈活性，開發新的觀察、解決問題和工作方式。

10) 挑戰我們習慣的邏輯、垂直思維，用批判性思維取代傳統思維。

11) 研究與工業設計相關的概念，打破通常的思維模式。

12) 從廣泛的概念出發，接受這樣一個事實：即你可能不知道被設計對象的功能，直到它們部分完成或完全完成。

13) 盡情的玩、享受、實驗，頭腦風暴和伸展極限。

二、教學實踐

（一）工作坊介紹

美國普瑞特藝術學院成立于1887年，是一所極具特色的藝術類院校。作為美國著名的藝術類院校之一，其建筑設計系、工業設計系等享譽美國。在2015年的QS世界大學排行名中，藝術與設計類專業排名全球第五，北美地區第四。

2019 年2 月25日至3 月8日的這次工作坊課程，由美國Rebecca Welz教授和產品設計專業夏寸草副教授聯合教授。2017級產品專業31名學生參加了此次工作坊，最終產生了15組優秀的作品。Rebecca Welz教授目前是一位雕塑家，她就職于普瑞特藝術學院的基礎教育部和工業設計學院，教授本科生和研究生。她擅長可持續性和仿生學的研究，關注地球上的人、自然之間的關系，同時也在作品中融入了對自然界中生物和過程的多年研究和觀察。

（二）教學方法

1.教學內容

此次教學課題主要考察和研究一個發生在動物世界中的過程。通過對這種動物狀態變化的細微觀察，將這種動物的變化過程用設計的語言來表達出來，最終通過模型的方式將運動的方式呈現。在設計前期，不但沒有設計的終點，反而是弱化設計的終點。不明確地告訴自己最終想要什么東西，而是從自然界中提取靈感，一步一步進行推論和演繹，最終產生出一個奇妙的設計節點。這個設計節點可能會將在今后的設計中使用，而在這個階段，沒有人知道它是什么，它該怎么使用，我們只認為它是設計中的一個階段和一個步驟，但是這個設計方法可以給我們帶來更多的思考和靈感。

2.教學步驟

“從動物的運動到形態”的課題，首先通過簡明生動的語言向學生們傳授知識，其次安排學生以小組為單位各抒己見，考察和研究一個發生在動物世界中的過程，最終用材料體現運動形態。整體教學步驟要求打破通常的思維模式，讓同學們從廣泛的概念出發，再一步一步推進過程中實現作品的完成。

這個研究過程主要分為四步：

第一步，在字典里查“動物”，了解什么是動物。可以最多選擇三種你感興趣的動物和過程，在線查找顯示該動物運動過程的視頻，研究你發現的視頻中的動作，從而提取出你最感興趣的動作。從一個動物中選擇一個動作，然后選擇一個可以與全班分享的視頻。這將是項目的主要靈感（圖1）。

第二步，選擇其中一種動物的運動，分離出感興趣的過程，并畫出它所采用的形式，可以畫出它運動的三個或三個以上的階段。例如，如果你選擇的主體為一種動物的一個眼睛的打開和關閉，你可以將一個眼睛畫成打開的樣子，一個眼睛半開的樣子，第三個眼睛關閉的樣子。你可以將它視作攝影的變焦拍攝，繪制整個動物，并放大到一個特定的區域；再或者，你可能希望通過三或四個步驟從現實圖像中抽象出來，直到有一個簡化的圖解（圖2）。

第三步，從準備工作中，根據研究的過程創建一個流程圖（圖3）。這種形式將只作為一種運動發揮作用，從一種狀態轉變為另一種狀態，不是作為產品來設計。最終可以表現為制造一個可以用手移動的物體，把它從一種狀態改變到另一種狀態，例如我們可以展開和收縮，從里到外，沿著軌道抽拉等。

第四步，進行草模和最終模型的試驗。草模可以選擇手邊任意的材料，比如易拉罐、廢棄的報紙，任何可持續的材料都可以使用（圖4）。在草模完成的基礎上，進行最終模型的制作（圖5）①作品作者：2017級產品設計專業姜穎穎、戴智俊、魯浩天。。

圖1 第一步：“動物"的搜索（以長腕和尚蟹為例）

圖2 第二步：用草圖將動物的動作抽離成幾個步驟（以長腕和尚蟹為例）

圖3 第三步：用流程圖來分析動物的動作（以長腕和尚蟹為例）

圖4 第四步：草模模擬動物的動作（以長腕和尚蟹為例）

圖5 最終模型（以長腕和尚蟹為例）

三、教學成果案例

（一）長頸鹿的運動形態提取

該作品以長頸鹿的劈叉、低頭、喝水的動作為靈感，為了使其能夠穩定地站立，作者用粗木棍與寬木條做了一組裝置，運用各種連接方式與連接材料，實現了它“劈叉”與“低頭”的動作，脖子部分中間鏤空成一條長軌道，目的是為了使小球更容易滑落。長頸鹿下咽食物的動作也非常有趣，作者選擇了與長頸鹿本身相符的透明橘色發光塑料紙與泡沫板制作了彈球裝置。用風車模仿它的咀嚼，用軌道模仿它長長的脖子，用彈簧模仿它的胃部。為了使裝置更方便，作者還增加了可以旋轉的頂蓋，防止小球蹦出并且更方便的取出小球。該作品非常優秀地將長頸鹿捕食的狀態用物理的方式展現出來，并且在模型制作上下了大工夫，生動而又形象（圖6—圖9）②作品作者：2017級產品設計專業于鈺洋、藍凱悅。。

圖6 長頸鹿的運動形態展板

圖7 長頸鹿的運動形態展板

圖8 長頸鹿的運動形態模擬最終模型

（二）犰狳的運動形態提取

犰狳有一個很重要的自衛方式便是偽裝，它可以蜷縮成球狀，以自身骨質甲的顏色偽裝在環境中，用其堅固的骨質甲包裹住里面脆弱的身體，起到一定保護作用。犰狳的骨質甲覆蓋頭部、身體、尾巴和腿外側。頭部，前半部和后半部的骨質甲是分開的；身體中間的骨質甲成帶狀，可以靈活活動；最后頭部和尾部的骨質甲相互契合，使其更接近于一個完美的球形。作者將犰狳的骨質甲抽象成三個同樣的部分，它們分別由一個正六邊形和兩個直角三角形折疊組合而成。以層層疊加的方式組合成一個近似球體。內部用鐵絲、膠帶、彈簧連接，使其便于彈開和相叩。該組同學在設計時，草模的階段使用了紙張，將犰狳蜷縮的動態良好地表現出來，在最終模型的階段，使用了金屬材料，由于金屬與紙張材質的不同，該組同學巧妙地設計了很多連接鍵將它們展現出來，非常好地解構了犰狳的動態（圖10—圖13）③作品作者：2017級產品設計專業潘俁桐、許豐怡。。

圖10 犰狳的運動形態展板

圖12 犰狳的運動形態模擬最終模型

圖13 犰狳的運動形態模擬最終模型

（三）天堂鳥的運動形態提取

極樂鳥科（Paradisaeidae）又名天堂鳥、風鳥有著濃密的黑色的羽毛，同時有著特殊的求偶技巧。天堂鳥的求偶時，會形成半月型結構，并與獨特的舞蹈動作結合在一起。因此該組同學在研究了它們在求偶的時候獨特的運動軌跡后，抓住圓形、翅膀與腳的動態來重點深入。模型的材料使用廢紙，紙板，銅絲和線材來完成，最終成品由三個圍繞的圈組成，形態各不相同。作品的第一個圈，使用了銅絲和廢紙的結合，銅絲的錯落纏繞像鳥巢又像是天堂鳥的整體動態表現，又是一種情緒的表達，代表著雌性配偶的一種激動，狂熱，在這上面也有著一些長短不一的銅絲，代表鳥的腳，它會像舞蹈一樣的圍繞雌性轉圈；第二個圈，由波浪圍成一個圈，而這個圈會在旋轉的時候成為一個函數的弧度，這是對翅膀動態的具象化，使用弧度來表現它的上下擺動；第三個圈代表了翅膀的展開，當它展開翅膀，像一面扇面，而這個圈在旋轉的時候也會展開它的“翅膀”。該組同學很好地使用了三個圈，將三個圈在一個平面上對天堂鳥進行了重構，把動態用在一個平面上來表現，將天堂鳥的的軌跡由具象的方式來表現出來④作品作者：2017級產品設計專業盛佳佳、湯喻涵。。

圖14 天堂鳥的運動形態展板

圖15 天堂鳥的運動形態展板

圖16 天堂鳥的運動形態模擬草模

圖17 天堂鳥的運動形態模擬最終模型

四、思考與展望

（一）無終點的設計方式

此次國際工作坊的教學目的并不是最后要設計出一個產品，而是希望學生們能更多地關注大自然的魔力，關注動物的運動和特性，通過這種運動進行進一步步地推進，這是設計師所需要達到的一個要求。如果僅僅想著要去做產品，在前期思考的時候就會少了一些創新力。我們的目標是鍛煉創新思維，經常鍛煉創新思維便會有更多的想法。美國教授認為，中國學生的思維方式往往非常直接并帶有目的性，總是希望詢問老師最終想要什么設計，然后依據老師們的想法去實現這一設計。但是設計是多維的，是有創新性的，如果僅僅依從目的而設計，設計會變得無趣和沒有生命力。美國教授鼓勵中國的學生多做一些“無終點”的嘗試，“無終點”并不代表無目的，設計依舊有設計的目標，只是我們不清楚最終的設計結果是什么，或許這個結果是此次實踐的終點，但它也可能是下一次設計的起點。嘗試多樣化的探索方式，會給設計帶來更多的可能性。

（二）漸進式的教學推進

在課程中，大部分學生希望將設計選題轉移到平時并不常見的動物上，并非研究動物種類，而是研究動物的行為、狀態、動向，拋開現象尋求本質。而這些不熟悉的動物，往往是需要大量時間去探索和研究的。因此課程特別強調探索的過程：從起步的調研到草圖，從反復修改的草模到最終模型，每一個設計過程都非常重要，并且學生們均花費了大量的時間去研究實現這種動態的可能性。參與工作坊的學生們認為，每一步的進步都是有必要的，并且是循序漸進的，每一點進步都得到了導師地肯定，這是他們繼續設計下去的最大信心。

總之，此次“從動物的運動到形態”的仿生設計課程，臨界于基礎課程和設計課程之間，是介于基礎課與設計課之間的一門“橋梁性”課程，是大一基礎課程進入設計形態課程的最后階段的探索，可為學生們進行設計初步的階段作準備。工作坊中關于動物運動仿生的新設計思維方法是值得推薦的，我們往往在做設計時離目標太近了，想法會被限制住，在進行設計前應鼓勵學生們多思考“設計—人—物—環境—世界”之間關系[10]，找到一個和諧的平衡統一點，找到一些自身的興趣點，以此為出發點進行設計，同時完善從想法到產品的過程，不以最終目的為目的地去創造性思考，激發學生們的潛能，創造出更多更好的作品來。