淺談仿生技術在機電產品設計中的應用

傅彩虹

摘要：仿生設計正是一種創新型的設計理念，通過回歸自然的方式，進行產品仿生創新設計，這對追求個性化的現代社會具有重要意義。在工業化社會中，機電產品作為必不可少的元件、設備，將仿生技術應用于機電產品設計活動具有必要性和可行性。對此下文通過對仿生技術以及機電產品設計行業的發展現狀入手，分析仿生技術在機電產品設計中應用的重要意義，展開仿生技術的應用途徑分析，旨在能夠為機電產品設計提供新的活力。

關鍵詞：仿生技術;機電產品設計;意義;應用渠道

0? 引言

在日常的生活和生產過程中，都離不開機電產品，與此同時隨著社會發展的日新月異，市場需求的不斷變化，機電生產設計行業得到了迅猛發展，但是同時機電產品生產所面臨著的挑戰增加，機電產品需要具有更高智能化、柔性化和個性化才行。傳統的機電產品在性能、結構和特點上無法滿足人們的這一需求，對此實現機電產品設計理念的優化創新，導入新的技術手段至關重要。

1? 仿生技術與機電產品設計分析

1.1 仿生技術

仿生學是近年來發展起來的新的學科，是工程技術同生物科學相結合的交叉學科，仿生形態是常見的機能形態，其根據大自然中動植物的特點，對于常見的產品結構功能要素進行重新模擬和設計。這種對產品設計與制造必不可少的語言形態下所生產出來的產品就是仿生技術。利用仿生技術展開產品的生產設計其需要遵照兩個方面的原則。

第一，要求仿生技術要能夠把握住事物的正確的規律和本質方法、方式。如，汽車設計中采用同鳥兒近似的外觀，就是參考模仿鳥的外形所具有的減少空氣阻力的功能作用;

第二，要求仿生設計人員具有豐富的生活實踐經驗，能夠從大自然中挖掘到各種創新的設計理念。如，在老鷹能夠從高空中毫無障礙的看到地面上移動的小動物，這一生理特點可以應用到攝影攝像領域產品設計中。

1.2 新時期下機電產品設計的特點

機電產品是指使用機械、電器、電子設備所生產的各類農具機械、電器等生產設備和生活用機具。機電產品作為工業社會中不可或缺的元件，隨著人類社會的發展，機電產品設計生產上面臨著資源、環境、創新這三座大山，當前只有促進機電產品設計理念實現轉型升級，尋求更加科學的設計理念和設計策略，才能夠更好地發揮機電產品社會應用價值。才能夠確保機電產品設計技術成為人類共同的價值取向，對此新的形勢下，要求機電產品設計要具有更加豐富的性能。

第一，機電產品的形式設計要求具有較高性價比。

市場經濟體制下，機電產品設計不僅僅需要擁有較高的創新性，其還需要在滿足技術條件的同時擁有較高的經濟效益。

第二，機電產品的形象設計要求具有創新性。

隨著機電產品設計行業的迅猛發展，行業內競爭越發激烈，只有提供創新性的產品設計概念，主張形成不同的產品形象和產品特征，才能夠確保產機電產品市場形成積極的競爭關系，為機電產品設計發展提供動力。

第三，機電產品的需求層面要求實現多元化驅動發展。

傳統的機電產品需求層次的產品設計主要是資源能源驅動，當前需要能夠導入技術驅動、設計驅動等新的設計理念，不斷地推出新的產品，滿足用戶的需求。

第四，機電產品的體驗層面要求實現人性化發展。

機電產品是應用于各種機械、電子電器設備中的元件零件產品。隨著人本理念的發展，當今要求機電產品能夠給予消費者、使用者更多的人性化的體驗。如，在汽車的機電產品設計中，需要能夠符合互動參與性的特點，通過機電產品來提升整個汽車設計的人性化，柔性化等特點，提高汽車的市場消費能力。

總之，機電產品設計作為一個系統性的行業，按照機電產品的結構特點可以分為整體和局部兩個部分，因此仿生技術在機電產品設計中的應用也可以分為微觀應用和宏觀應用。

2? 仿生技術在機電產品設計中的應用

2.1 微觀仿生技術在機電產品設計中的應用分析

微觀仿生主要是指通過借鑒動植物的微觀結構形態展開機電產品設計活動。

第一，功能機理的仿生設計。功能機理是指自然界中的動植物體所具有的獨特的功能機理。當前對于自然界中的動植物特有的功能的挖掘，基于現有的設計技術和設計理念，實現機電產品的仿生設計。例如變色龍所具有的變色的功能特點，對于當代機電產品設計具有巨大的參考價值，設計中可以導入變色龍所具有的變色的功能特點，由此設計出能夠根據周邊環境溫度變化而變化的機電產品，由此大大提升機電產品的使用范圍。

如，將動植物隨著環境變化而變化的性能應用到機電產品中，有的機電產品在環境溫度異常的情況下，可以實現變色，從而起到故障排查的效果。

第二，材料的仿生設計。材料是機電產品設計的基礎所在，機電產品的各種性能都是基于相應的材料所實現的。隨著機電產品行業的發展，當前要求應用具有強度高、韌性好和實用性強的新型材料，由此提高機電產品的性能作用。對此可以借助仿生設計理念，從動植物身上挖掘到新型的材料。例如，荷葉上的水不會進入到荷葉的肌理中，這是因為荷葉具有疏水性。而科研人員經過科學分析，發現荷葉之所以擁有疏水性能，是因為荷葉表面上具有納米結構。根據納米結構這一仿生形態特點，材料科學家們由此開發設計出新型的納米疏水材料，廣泛地應用到機電產品生產設計中。

另外，仿生技術還為新型材料理念產生、生產提供創新源泉。在上世紀末所出現的一些合型智能材料，通常都是由兩種或是兩種以上的材料按照一定的工藝技術合成的。而這些復合材料的理念、材料的結構性能以及各種機械物理性能都是基于仿生設計理念所展開的。例如，具有高比剛度、比強度的多孔金屬材料就是從動物骨骼結構中仿生設計出來的。可以說，正是仿生技術的應用，才使得機電產品設計所采用的材料的性能越來越豐富，從而才能夠設計出更加美觀、耐用、性價比較高的機電產品。

第三，柔性形態的仿生設計。動植物具有柔性化的特點，其能夠對自然環境發揮其自我調節的作用，從而感知、決策、指令和反饋自身的功能器官結構，使得自身更好地在生態系統中生存。這是一種柔性生物特征。機電產品設計的根本目標也是為人類的生產生活提供更加柔性化、智能化的幫助。因此提升機電產品設計的柔性仿生設計具有可行性。

例如，根據土壤動物柔性非光滑體表的防粘性特性提供仿生信息，從而設計出能夠廣泛應用于粘濕物料的挖掘、生產和運輸環節中的機電產品，提高機電產品的生產效率。還可以將這一減粘脫附柔性化特點應用到機械制造加工中，基于此來研究數控機床切削加工的曲面粘附問題。

2.2 宏觀仿生技術在機電產品設計中的應用分析

宏觀仿生技術主要是指對于自然的動植物的外形、外在結構形態等的仿生學應用。對于機電產品設計而言，優良的外形結構能夠提高機電產品的加工制造工藝效率，提高對原材料的節約應用。

第一，宏觀外形結構的仿生設計。自然屆中的動植物所具有的獨特的外部結構，是動植物經過進化所形成的成熟的生存特點。當前在機電產品設計中應用仿生技術展開外形結構的設計，不僅僅可以達到吸引外界注意力的效果，推動機電產品的市場需求發展，其更可以優化機電產品的性能作用。最經典的外形結構的仿生設計理念應用就是對于蜜蜂蜂巢結構的應用。例如，蜜蜂蜂巢所具有的六邊形結構，強度較高，質量較強、穩定性較強，在汽車的車輪設計中，正是借助這種六邊形的結構特點，設計出質量輕、強度高、防御性強和減震能力好的輪胎。

例如，汽車魚型車的設計，該設計正是通過仿生魚在高速游行中較低水渦流產生的外形特點，通過改善傳統船型車子外部形狀，從而減少汽車高速運行中的空氣渦流的產生，提高汽車的運行速度。還有借助啄木鳥頭部結構中所具有的外形抗震性強的特點，設計出新型的頭盔產品。

第二，形態概念的仿生設計。自然中的生物體的形態呈現出各異發展，蝴蝶需要歷經蟲子形態、繭形態等。生物不同的生物形態特點，在機電產品設計中也具有仿生設計的應用價值。當前可以將生物形態的仿生設計應用分為具象的表現形式和抽象的表現形式兩種。前者主要是將生物的形態“寫實”地應用到機電產品設計領域中。例如，在汽車外形結構設計中，1933年德國所稱生產出來的甲殼蟲汽車，充分地發揮甲殼蟲外形的特點，將甲殼蟲外形所具有的動態、精致等特點應用到汽車設計中，從而使的甲殼蟲汽車成為汽車造型中的經典之作。而后者抽象形態的仿生設計，主要實現形態仿生的神似設計，在這一過程中，通過整合其他的設計理念，不斷地調整機電產品的形態、性能等，做到產品的形神俱備設計。

3? 結束語

綜上所述，自然社會中所擁有的生物自有自己的一套功能形態和結構特點，其所擁有的奇妙結構讓設計者受益匪淺。對于機電產品制造加工行業而言，在節能減排理念下，更要求能夠從設計領域入手，提高機電產品設計的結構優良性、綠色環保性，對此設計人員要能夠從仿生學入手，借助仿生技術展開對機電產品設計活動的創新，推動機電產品設計進入到新的階段。現如今仿生技術在設計行業中具有廣泛的應用空間，對于機電產品而言，仿生技術實現對機電產品的微觀功能、材料等方面的應用，實現機電產品設計的優良性的同時，仿生技術還在機電產品的結構外形方面實現優化應用，改變機電產品的外部特點。在未來的發現中，還要求能夠不斷地借助仿生學形態語言，不斷地從自然界中汲取創新創意點，實現對機電產品的優化升級設計。

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