仿生设计的历史

一、仿生设计的历史

自古以来，自然界就是人类各种科学技术原理及重大发明的源泉。

生物界有着种类繁多的动植物及物质存在，它们在漫长的进化过程中，为了求得生存与发展，逐渐具备了适应自然界变化的本领。人类生活在自然界中，与周围的生物作“邻居”，这些生物各种各样的奇异本领，吸引着人们去想象和模仿。

人类运用其观察、思维和设计能力，开始了对生物的模仿，并通过创造性的劳动，制造出简单的工具，增强了自己与自然界斗争的本领和能力。

在我国，早就有着模仿生物的事例。相传在公元前三千多年，我们的祖先有巢氏模仿鸟类在树上营巢，以防御猛兽的伤害。

我国古代劳动人民对于绚丽的天空、翱翔的苍鹰早就有着各种美妙的幻想。根据秦汉时期史书记载，两千多年前，我国人民就发明了风筝，并且应用于军事联络。

春秋战国时代，鲁国匠人鲁班，首先开始研制能飞的木鸟；并且他从一种能划破皮肤的带齿的草叶得到启示而发明了锯子。

我国古代劳动人民对水生动物——鱼类的模仿也卓有成效。通过对水中生活的鱼类的模仿，古人伐木凿船，用木材做成鱼形的船体，仿照鱼的胸鳍和尾鳍制成双桨和单橹，由此取得水上运输的自由。后来随制作水平提高而出现的龙船，多少受到了不少动物外形的影响。

外国的文明史上，大致也经历了相似的过程。在包含了丰富生产知识的古希腊神话中，有人用羽毛和蜡做成翅膀，逃出迷宫；还有泰尔发明了锯子，传说这是从鱼背骨和蛇的腭骨的形状受到启示而创造出来的。

一八ОΟ年左右，英国科学家、空气动力学的创始人之一—凯利，模仿鳟鱼和山鹬的纺锤形，找到阻力小的流线型结构。

在一战期间，人们从毒气战幸存的野猪身上中获得启示，模仿野猪的鼻子设计出了防毒面具。

青蛙是水陆两栖动物，体育工作者就是认真研究了青蛙在水中的运动姿势，总结出一套既省力、又快速的游泳动作——蛙泳。

为潜水员制作的蹼，几乎完全按照青蛙的后肢形状做成，这就大大提高了潜水员在水中的活动能力。

二、仿生设计学的研究内容

1、形态仿生设计学

研究的是生物体（包括动物、植物、微生物、人类）和自然界物质存在（如日、月、风、云、山、川、雷、电等）的外部形态，如何通过相应的艺术处理手法将之应用与设计之中。

2、功能仿生设计学

主要研究生物体和自然界物质存在的功能原理，并用这些原理去改进现有的或建造新的技术系统，以促进产品的更新换代或新产品的开发。

荷叶出污泥而不染，历来为世人所称赞，人们利用这种“荷叶效应”，研制出各种自洁净、防污渍材料和涂料，如自洁净玻璃，还有利用自洁净技术生产出的涂层涂覆在水龙头、门窗等不会沾上手印及污渍等。

（在自然界中，有许多生物都能发光，如细菌、真菌、蠕虫、软体动物、甲壳动物、昆虫和鱼类等，而且这些动物发出的光都不产生热，所以又被称为“冷光”。在众多的发光动物中，萤火虫是其中的一类。萤火虫发出冷光不仅具有很高的发光效率，而且发出的冷光一般都很柔和，很适合人类的眼睛，光的强度也比较高。因此，生物光是一种人类理想的光。）

3、视觉仿生设计学

研究生物体的视觉器官对图象的识别、对视觉信号的分析与处理，以及相应的视觉流程

4、结构仿生设计学

主要研究生物体和自然界物质存在的内部结构原理在设计中的应用问题，适用与产品设计和建筑设计。研究最多的是植物的茎、叶以及动物形体、肌肉、骨骼的结构。

如：建筑上模仿贝壳修造的大跨度薄壳建筑

三、在立体形态设计中运用仿生学的必要性

1、自然界中无数的有机生命，在其进化的过程中逐渐形成了符合形式美法则的结构、形态、色彩与图形，在它们的生长与活动的过程当中的某些瞬间也呈现出了令人叹为观止的优美造型。

2、仿生形态所具有的特定内涵满足了现代人类对产品的各种心理与精神方面的高级需求，这主要表现在以下几点：

①源于自然、取于自然的仿生形态的产品在某种程度上迎合了人类向往自然的渴望。

②通过模仿生物形态而创造出的产品具有真实的亲和力，能够满足现代人追求轻松、幽默、愉悦的心理与精神需求。

③通过模仿生物生长或活动瞬间的形态，使产品充满着生命的活力，从而激发人们积极向上的生活态度，唤起人们热爱生活、珍惜生命的情感。

四、运用仿生设计学的具体方法

在设计领域中，仿生学的具体运用方法有其自身的特点，按不同的角度或不同的目的划分，会获得不同类型的仿生方法。

1、按生物所属种类来划分，有5种仿生方法：

A 动物仿生，即通过模仿动物的各种特征来设计产品。

B 植物仿生，即通过模仿植物的特征来设计产品。

C 人类仿生，即通过模仿人类自身的肢体语言进行产品设计。

D 微生物仿生，与前4种相比，该仿生方法在工业设计中用得非常少。实际上自然界存在着大量的微生物，其中也不乏完美的微观形态，因此，模仿微观形态也是工业设计仿生学的一个具有现实意义的研究方向。

2、按生物系统特征来划分，有3种仿生方法

A 形态仿生，即通过模仿生物的形态来设计产品，这是工业设计最主要的一种仿生方法。

B 装饰仿生，即把生物系统天然的色彩、纹理、图案直接或打碎重组后间接应用到产品的色彩计划和表面装饰中。

C 结构仿生，自然界中的许多生物具有非常精致、巧妙、合理的结构，设计师通过对这些结构的模仿，可以创造出能为人类的生活提供极大方便的产品。

3、按模仿的逼真程度可分为具象仿生和抽象仿生

A 具象仿生是指产品的造型与被模仿生物的形态比较相像。通常这类产品都会具有可爱与趣味性的外观，能为生活增添乐趣。因此，在为儿童设计的产品中，该仿生方法用得比较多。

B 抽象仿生是指首先对被模仿生物的形态或色彩进行概括、精炼，提取出最能代表该生物特征的元素，并进行适当的变形后用于产品的形态设计或表面装饰，使产品具有某种象征意义。

4、按模仿的完整性可分为整体和局部仿生

A 所谓整体仿生是指对生物的整个形态进行比较完整的模仿，这是比较常见的仿生方法。

B 局部仿生可分为两种情况，一种是在产品设计中只模仿生物的局部形态，另一种是在产品的局部位置采用仿生法进行造型设计。