論工業(yè)設計中的仿生工業(yè)設計論文
科學家還沒有實現(xiàn)某種仿生發(fā)明，工業(yè)設計師通過對自然現(xiàn)象的細心觀察和經(jīng)驗總結，結合對市場需求全面而準確的認識，提出某種產(chǎn)品的構想或概念?？茖W家擇優(yōu)實現(xiàn)這種仿生技術，這使得工業(yè)設計師創(chuàng)造這種仿生產(chǎn)品成為可能。通過工業(yè)設計師和科學家的互動，從而創(chuàng)造有價值的產(chǎn)品。今天學習啦小編要與大家分享：論工業(yè)設計中的仿生工業(yè)設計相關論文。具體內容如下：
【內容摘要】 本文論述人類從大自然的動植物等事物中獲得啟發(fā)，從而以仿生的方式進行產(chǎn)品的創(chuàng)新設計。論文主要從形態(tài)、功能、結構、界面四個方面來闡述仿生，倡導工業(yè)設計師在師法自然的仿生設計哲學的指導下，創(chuàng)造人、機器、自然和諧共生的對話平臺。
【關 鍵 詞】 仿生、抽象、界面、和諧與共生
論工業(yè)設計中的仿生工業(yè)設計
前言
自然界到處充滿活生生的“優(yōu)良設計”實例，對設計師而言，是個取之不盡、用之不竭的“設計資料庫”。諸如無生命的山川河流，有生命的飛禽走獸，還有多姿多彩的花草樹木，除有豐富的造型之外，絢麗的顏色也給人以視覺上的無比享受。這些動植物經(jīng)歷了幾百萬年的適者生存法則的自然進化后，不僅完全適應自然, 而且其進化程度也接近完美。這些自然的“優(yōu)良設計”，有的機能完備，讓人嘆服;有的結構精巧，用材合理，符合自然的經(jīng)濟原則;也有的美不勝收，讓人愛不釋手;有的甚至是根據(jù)某種數(shù)理法則形成，它合乎“以最少材料”構成“最大合理空間”的要求。這些生物形形色色的奇特本領耐人尋味，使人浮想連翩。我們在贊賞之余，是否能從這些精妙的設計中，獲取一些靈感呢?回答是肯定的。
一、歷史上的仿生
人類在遙遠的歲月似乎就認識到能從自然生態(tài)系統(tǒng)中領悟到自身生存、發(fā)展、進步的真諦。人類從蒙昧時代進入文明時代就是在模仿和適應自然規(guī)律的基礎上發(fā)展起來的?；仡欀袊墓盼拿魇?，不難看到人們較早就留下了模仿自然生態(tài)的痕跡。從遠古原始人構筑的人首龍身、人面鳥身等“人心營構之象”，到現(xiàn)實生活中以各種動物形態(tài)為原型的實用器皿，如牛形燈、豬、鷹形壺等。從神話傳說中人的羽化飛升，到春秋戰(zhàn)國時期的魯班從草葉的齒形邊緣中“悟”到了鋸的原理等，大量的事例記述了人們對自然生命的外在形態(tài)和功能創(chuàng)造性地模仿。
國外亦然，古時人們看到鳥兒在天上自由自在地飛翔，就向往人也能象鳥一樣飛上天，于是便用各種方法模仿鳥。經(jīng)過漫長歲月，從最初的木制飛人發(fā)展到今天的超音速飛機，終于實現(xiàn)了人類在藍天上自由飛翔的夢想。達芬奇被認為是現(xiàn)代仿生學之父。在大約公元1500年，他完成鳥翅模型之后，又畫了一系列的無法實現(xiàn)的飛行設備草圖。大約400年之后，奧托成功了，他根據(jù)鸛的翅膀制造的滑翔機成功地飛行了250米，而且他也取得了 "滑翔機之父" 的稱號。而我們小時侯玩的竹蜻蜓，便是現(xiàn)代直升飛機的趨形。一直以來，許多研究者都在不斷嘗試把自然界的形態(tài)和功能類比的應用于科學。
由此可見人類師法自然思維由來已久，這便促成了仿生學的誕生，仿生學是在生物科學與技術科學之間發(fā)展起來的，模仿生物系統(tǒng)的原理來建造技術系統(tǒng)的一門新興邊緣學科。仿生學恰似“橋梁”和“紐帶”，連接著生物科學與技術科學。仿生設計則是在仿生學的基礎上發(fā)展起來的。它以仿生學為基礎，通過研究自然界生物系統(tǒng)的優(yōu)異功能、形態(tài)、結構、色彩等特征，并有選擇性的在設計過程中應用這些原理和特征進行設計。
著名的德國工業(yè)設計師路易吉. 科拉尼是仿生設計理論的大力倡導者和實踐者，他那蘊藏著人類責任感的設計哲學思想，以及呼吁人類社會與大自然和諧統(tǒng)一的設計觀念，都具有極其深刻的劃時代意義。他鮮明的仿生設計原理與方法、強烈的造型意念和極具旺盛生命力的設計，成功地影響了后代設計師。
運用仿生性思維進行設計，可作為人類社會生產(chǎn)活動與自然界的鍥合點，使人類社會與自然達到高度的和諧統(tǒng)一，仿生設計正逐漸成為工業(yè)設計發(fā)展的大趨勢。
二、現(xiàn)代工業(yè)設計中的仿生
現(xiàn)代社會文明的主體是人與機器。人類在這種文明所導致的生態(tài)失調狀況下開始反思并力求尋找新的出路，建立人與自然、機器的對話平臺，共生哲學觀強烈地呼吁人與機器、生態(tài)自然與人造自然之間合理的建構，創(chuàng)造人類社會與自然高度的和諧。那么，師法自然的仿生設計就是一種良策和新理念。
仿生設計是人們在長期向大自然學習的過程中，經(jīng)過積累經(jīng)驗，選擇和改進其功能、形態(tài)，從而來創(chuàng)造更優(yōu)良的人造物。尤其是當今的信息時代，人們對產(chǎn)品設計的要求和過去不同，既注意功能的優(yōu)良特性，又追求形態(tài)的清新、淳樸，同時注重產(chǎn)品的返樸歸真和個性。提倡仿生設計，不但創(chuàng)造功能完備、結構精巧、用材合理、美妙絕倫的產(chǎn)品，同時賦予產(chǎn)品形態(tài)以生命的象征，讓設計回歸自然，增進人類與自然統(tǒng)一
德國著名設計大師路易吉·科拉尼曾說：“設計的基礎應來自誕生于大自然的生命所呈現(xiàn)的真理之中”。這話道出了自然界是蘊含著無盡設計寶藏的天機。歸納現(xiàn)代工業(yè)設計中的仿生，其主要表現(xiàn)在以下幾個方面：
1、形態(tài)的仿生
形態(tài)從其再現(xiàn)事物的逼真程度和特征來看，可分為具象形態(tài)和抽象形態(tài)。
1)具象形態(tài)的仿生
具象形態(tài)是透過眼睛構造以生理的自然反應，誠實地把外界之形映入眼睛膜刺激神經(jīng)后感覺到存在的形態(tài)。它比較逼真的再現(xiàn)事物的形態(tài)。由于具象形態(tài)具有很好的情趣性、可愛性、有機性、親和性、自然性，人們普遍樂于接受，在玩具、工藝品、日用品應用比較多。但由于其形態(tài)的復雜性，很多工業(yè)產(chǎn)品不宜采用具象形態(tài)。
2)抽象形態(tài)的仿生
抽象形態(tài)是用簡單的形體反映事物獨特的本質特征。此形態(tài)作用于人時，會產(chǎn)生“心理”形態(tài)，這種“心理”形態(tài)必需生活經(jīng)驗的積累，經(jīng)過聯(lián)想和相象把形浮現(xiàn)在腦海中，那是一種虛幻的，不實的形，但是這個形經(jīng)過個人主觀的喜怒哀樂聯(lián)想所產(chǎn)生的形變化多端、色彩豐富，這與生理上感覺到的形大異起趣。
歸納起來抽象的仿生形態(tài)具有以下特征：
1)形態(tài)高度的簡化性和概括性
形態(tài)高度的簡化性和概括性，指的是形態(tài)本質的抽象表現(xiàn)。通過對生物形態(tài)或非生物形態(tài)的科學分析，結合的我們的生活經(jīng)驗，均可證明一切形態(tài)的本質都是一種內力的運動變化。這種內力運動變化是產(chǎn)生形態(tài)的根據(jù)。在研究形態(tài)時，設計者從知覺和心理角度有意無意地都把形態(tài)的內力運動變化感受為生命活力，再通過形態(tài)抽象變化，用點、線、面的運動組合來表現(xiàn)生命活力。因此，形式上表現(xiàn)為簡化性，而在傳達本質特征上表現(xiàn)為高度的概括性。
這種形式的簡化性和特征的概括性，正好吻合現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品對外觀形態(tài)的簡潔性，幾何性以及產(chǎn)品的語意性的要求，因此，它大量的應用于現(xiàn)代產(chǎn)品設計。
2)形態(tài)豐富的聯(lián)想性和想象性
抽象仿生形態(tài)作用于人時，產(chǎn)生的“心理”形態(tài)必需生活經(jīng)驗的積累，經(jīng)過聯(lián)想和想象才浮現(xiàn)在腦海中。因此，它充分地釋放了人無限想象力。同時因人的生活經(jīng)驗不同，因此經(jīng)過個人主觀喜好聯(lián)想產(chǎn)生的“心形”也不盡相同，產(chǎn)生形態(tài)生命活力的感受自然豐富多彩。
3)同一具象形態(tài)的抽象形態(tài)的多樣性
設計者在對同一具象形態(tài)進行抽象化的過程中，由于生活經(jīng)驗、抽象方式方法以及表現(xiàn)手法不同，因此抽象化所得形態(tài)有多種。
抽象仿生形態(tài)應用于產(chǎn)品開發(fā)時，在生產(chǎn)和銷售中有以下優(yōu)點：
1)生產(chǎn)便捷
抽象形態(tài)的形式簡潔，這吻合了現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品提倡的簡練幾何外觀的特征，因此，對生產(chǎn)設備并沒有特殊的要求，開發(fā)商可以方便快捷的進行生產(chǎn)，這為各種工業(yè)產(chǎn)品的仿生生產(chǎn)提供了無限可能。
2)產(chǎn)品形態(tài)多樣化
具象形態(tài)不勝枚舉，抽象后的形態(tài)更是不計其數(shù)，這為仿生的工業(yè)產(chǎn)品形態(tài)的多樣化提供了選擇的可能。
3)滿足不同層次的顧客
抽象形態(tài)的聯(lián)想性和想象性充分地釋放了顧客的自由想象力，人們不但可以感受到產(chǎn)品形態(tài)的有機、可愛、情趣、親和、運動等特點，同時因聯(lián)想和想象不同，有的想起自己可愛的小寵物，有的想起一段美好的愛情，有的想起一個老朋友，有的想起一次愉快的旅行等，正所謂仁者見仁，智者見智。顧客從不同的角度感受到仿生形態(tài)賦予產(chǎn)品的藝術美感和想象空間，這就更容易滿足不同層次的顧客，從而激起他們共同的購買欲望。
4) 產(chǎn)品回歸自然
抽象仿生形態(tài)的本質特征是由內力運動變化而產(chǎn)生的生命活力。這種特征賦予仿生產(chǎn)品以生命的象征，讓產(chǎn)品回歸自然，建立了人、機器、自然對話的平臺，這種共生的哲學觀合理地構建人造自然和生態(tài)自然之間的和諧，增進了人類和自然的統(tǒng)一。仿生型家具是模仿動物、植物等生物形體制作的家具，其形象十分逼真，以寄托對大自然的依戀之情，此種家具給人以大自然的感覺。
總之，具象仿生停留在模仿生物表層，思想性和藝術性的含量相對低一些;抽象仿生集中于提煉物體的內在本質屬性，是一種特殊的心理加工活動，屬于高層次思維創(chuàng)造活動，它側重揭示物體的理念內涵。在現(xiàn)代仿生設計中，高、新、精、尖的工業(yè)產(chǎn)品，更適合用抽象仿生。
2、功能的仿生
人們發(fā)現(xiàn)，動植物的某些方面的功能，實際上遠遠超越了人類自身在此方面的科技成果。生存在自然界中的各種各樣的動植物能在各種惡劣復雜的環(huán)境中生存與運動，這是因為其運動器官和形體與惡劣復雜環(huán)境斗爭進化的結果。植物和動物在幾百萬年的自然進化中，不僅完全適應自然，而且其進化程度接近完美。今天，我們生活在科學技術飛快發(fā)展的時代，學習和利用生物系統(tǒng)的優(yōu)異結構和奇妙的功能，已經(jīng)成為技術革新和技術革命的一個新方向。許多事實說明，仿生學是發(fā)展新技術的金鑰匙。
仿生學的思想是建立在自然進化和共同進化的基礎上的。仿生學試圖在技術方面模仿動物和植物在自然中的功能。這個思想在生物學和技術之間架起了一座橋梁，并且對解決技術難題提供了幫助。通過再現(xiàn)生物學的原理，人類不僅找到了技術上的解決方案，而且同時該方案也完全適應了自然的需要。其目的就是分析生物過程和結構，并將此分析用于未來的設計。
在創(chuàng)造物質文明的過程中，人類常常將生物的某些特性運用到創(chuàng)造發(fā)明之中。例如科學家根據(jù)蜻蜒的飛行原理研制成功了直升飛機;根據(jù)加重的翅痣蜻蜒在高速飛行時安然無恙，人們仿效其在飛機的兩翼加上了平衡重錘，解決了因高速飛行而引起振動的棘手問題;又如根據(jù)蛙眼原理，科學家利用電子技術制成了雷達系統(tǒng)，能準確快速地識別目標;根據(jù)螢火蟲100%的光能轉化效率原理，人類制成的冷光源，將其發(fā)光效率提高十幾倍，大大節(jié)約了能量。再如仿昆蟲單復眼的構造特點，人類造出了大屏幕模塊化彩電和復眼照相機;仿狗鼻子嗅覺功能，人類造出了電子鼻可以檢測出極其微量的有毒氣體等等諸多令人驚嘆的創(chuàng)造。
盡管如此，自然界的動植物千千萬萬，其許多高超的技能與奧秘人們尚未完全掌握，但可以相信，隨著仿生技術的發(fā)展，各種仿生發(fā)明會源源不斷地被應用到人類的生活中來。
在創(chuàng)造物質文明過程中，工業(yè)設計師該怎樣更好利用仿生發(fā)明來創(chuàng)造產(chǎn)品呢?首先，要明確科學家或工程師與工業(yè)設計師職責的不同，前者解決物與物之間或物體本身整體與部分之間的關系;后者解決物與人之間的關系，即構建人機對話的平臺。因此，工業(yè)設計師實現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)造的基礎是仿生技術發(fā)明的實現(xiàn)。這樣，工業(yè)設計師就有兩種方式來更好地利用仿生發(fā)明開發(fā)產(chǎn)品：
1)科學家先實現(xiàn)成果，工業(yè)設計師結合人類的需求轉化為仿生設計
科學家先實現(xiàn)了仿生發(fā)明，但由于知識結構的差異，科學家不可能對市場和人的需求有一個全面而準確的定位，就不可能成功將其成果轉化為市場所需求的產(chǎn)品，更不可能創(chuàng)造人性化的人機界面。而工業(yè)設計師正好能準確地捕捉到市場需求，結合優(yōu)秀的仿生發(fā)明創(chuàng)造出人們所需求的產(chǎn)品，同時構建友好的人機對話平臺，從而創(chuàng)造更多有價值的產(chǎn)品。
2)工業(yè)設計師先提出設想，科學家擇優(yōu)實現(xiàn)的互動仿生設計
科學家還沒有實現(xiàn)某種仿生發(fā)明，工業(yè)設計師通過對自然現(xiàn)象的細心觀察和經(jīng)驗總結，結合對市場需求全面而準確的認識，提出某種產(chǎn)品的構想或概念。科學家擇優(yōu)實現(xiàn)這種仿生技術，這使得工業(yè)設計師創(chuàng)造這種仿生產(chǎn)品成為可能。通過工業(yè)設計師和科學家的互動，從而創(chuàng)造有價值的產(chǎn)品。
因此，工業(yè)設計師要關注最新的仿生成果，同時也要細心的觀察自然。
3、結構和材料的仿生
隨著仿生學的深入開展，人們不但從外形、功能去模仿生物，而且從生物奇特的結構和肌理中也得到不少啟發(fā)。人們在“仿生制造”中不僅是師法大自然，而且是學習與借鑒他們自身內秉的組織方式與運行模式。有的結構精巧，用材合理，符合自然的經(jīng)濟原則;有些甚至是根據(jù)某種數(shù)理法則形成的，合乎“以最少材料”構成“最大合理空間”的要求。這些為人類提供了“優(yōu)良設計”的典范。
例如蜂巢由一個個排列整齊的六棱柱形小蜂房組成，每個小蜂房的底部由 3 個相同的菱形組成，這些結構與近代數(shù)學家精確計算出來的菱形鈍角 109 ° 28 ’和銳角 70 ° 32 ’完全相同，是最節(jié)省材料的結構，且容量大、極堅固，令許多專家贊嘆不止。人們仿其構造用各種材料制成蜂巢式夾層結構板，強度大、重量輕、不易傳導聲和熱，是建筑及制造航天飛機、宇宙飛船、人造衛(wèi)星等的理想材料。
最新科學研究指出，生物體都是由少數(shù)很簡單的物質構成的，諸如糖、蛋白質和水之類。生物體的不同部分，從柔韌的皮膚到堅硬的骨骼，性能如此多樣，關鍵在于從原子排列成分子，及從分子組合成纖維,晶體等半成品，在結構上的千差萬別，就是由于結構的奇巧精致，形成了各種優(yōu)越奇特的性能。
解生物體構造的這些奧秘，最直接的目的就是研制新型的“仿生材料”。研究人員模仿鮑魚殼的微觀結構，將鋁分子充滿在碳化硼分子之間，已初步研制成功新型的陶瓷材料，除了既堅硬又柔軟以外，還可以感測并適應周圍環(huán)境的變化，如果飛機機翼材料具有這種性能，那么遭到損害時能夠感知并自行修復。具有和生物機體相同彈性的材料，伸縮自如，能成功地用來制作人工動脈。
因此，工業(yè)設計師也要積極的關注仿生發(fā)明中精巧的結構和奇特的材料，并且巧妙地應用這些結構和材料，結合市場的需求創(chuàng)造出人們需求的產(chǎn)品，同時也要細心的觀察自然，提煉自然的精妙，提出更多的構想，為科學家的探索提供更多的思路，從而創(chuàng)造更有價值的仿生成果，為人類創(chuàng)造更加精美更加豐富的產(chǎn)品。
總之，解除生物體結構之謎，研制仿生材料的路還很漫長，目前人類只不過剛剛起步前行，但是仿生材料的應用前途無量，卻是絕無疑義的。
4、界面仿生
在現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品設計中，單純地從形態(tài)、功能、結構或材料的某一個方面來仿生是很少見的，更多的是綜合形態(tài)、功能、結構和材料的多個方面來進行仿生設計，而且還從大自然的生存哲學即和諧與共生的角度進行仿生設計，諸如綠色仿生設計，可持續(xù)仿生設計等。這種既從自然界的個體表現(xiàn)形式，又從自然界的總體生存理念的仿生設計，與界面設計的功能性設計和情感性設計是相吻合的，因此，我把這歸結為界面仿生設計。
要理解界面仿生設計，首先要知道界面。所謂界面，即人機界面，是人與機器進行交互的操作方式，即用戶與機器互相傳遞信息的媒介，其中包括信息的輸入和輸出。好的人機界面美觀易懂、操作簡單且具有引導功能，使用戶感覺愉快、興趣增強，從而提高使用效率。
美國學者赫伯特.西蒙提出：設計是人工物的內部環(huán)境(人工物自身的物質和組織)和外部環(huán)境(人工物的工作或使用環(huán)境)的接合。所以設計是把握人工物內部環(huán)境與外部環(huán)境接合的學科，這種接合是圍繞人來進行的?！叭恕笔窃O計界面的一個方面，是認識的主體和設計服務的對象，而作為對象的“物”則是設計界面的另一個方面。它是包含著對象實體、環(huán)境及信息的綜合體，就如我們看見一件產(chǎn)品、一棟建筑，它帶給人的不僅有使用的功能、材料的質地，也包含著對傳統(tǒng)思考、文化理喻、科學觀念等的認知?！叭魏我患髌返膬热荩急仨毘鲎髌分兴哪切﹤€別物體的表象?！狈治觥拔铩币簿头治隽嗽O計界面存在的多樣性。
因此，為了認識和分析仿生界面設計，可將其分類為：
1)功能性界面仿生
功能性設計界面接受物的功能信息，操縱與控制物，同時也包括與生產(chǎn)的接口，即材料運用、科學技術的應用等等。這一界面的仿生側重于功能、結構和材料的仿生，它反映著設計與人造物的協(xié)調作用。
2)情感性界面仿生
情感性設計界面即物要傳遞感受給人，取得與人的感情共鳴。這種感受的信息傳達存在著確定性與不確定性的統(tǒng)一。情感把握在于深入目標對象的使用者的感情，而不是個人的情感抒發(fā)。設計師“投入熱情，不投入感情”，避免個人的任何主觀臆斷與個性的自由發(fā)揮。這一界面的仿生側重于用形態(tài)、色彩、肌理等引發(fā)心理情感，體現(xiàn)大自然和諧與共生的精神哲學的仿生設計，它反映著設計與人的關系。
如在計算機的設計中，硬件方面人們逐漸采用多種方式與機器交互，如自然語言接口、計算機支持的協(xié)同工作、眼動跟蹤、姿勢識別、三維輸入、表情識別、聽覺界面等，進行著功能性方面的界面仿生設計;軟件方面廣大的軟件研制人員開發(fā)計算機用戶愈為迫切需要的符合“簡單、自然、友好、一致”原則的人機界面，即情感性方面的界面仿生設計。
總之，隨著計算機廣泛應用，它已經(jīng)變成家喻戶曉的商品，可以任意地裝在人們的口袋里，用來幫助人們處理日常的辦公業(yè)務和生活事務，自然的人機界面與和諧的人機環(huán)境已逐步變成信息世界關心的焦點。其他產(chǎn)品同樣如此。因此，仿生設計使產(chǎn)品有更加完備的功能性界面和更加自然和諧的情感性界面，更好地滿足人的需求。
三、未來工業(yè)設計中仿生的前景
今天，我們生活在科學技術飛速發(fā)展的時代，學習和利用生物系統(tǒng)的優(yōu)異結構和奇妙的功能，已經(jīng)成為技術革新和技術革命的一個新方向。許多事實說明，仿生學是發(fā)展新技術的金鑰匙。例如研究顯示，不遠的將來一種仿生電子眼可望誕生。因為科研人員已揭開眼睛是如何看到經(jīng)大腦“翻譯”的圖像。他們已發(fā)明一種稱為“細胞神經(jīng)網(wǎng)絡”的電腦微型集成電路，據(jù)此將發(fā)明仿生“電子眼”可以用來進行類似視網(wǎng)膜功能的圖像處理。又如美國賓夕法尼亞大學醫(yī)療中心耳鼻喉科的醫(yī)生不久將開展“仿生耳”植入手術，讓從前失去聽力的成人重獲聽力。再如科研人員以猴子作為人的替身，正在研究人大腦的思維與記憶的生理活動。他們設想，如果仿照人的神經(jīng)系統(tǒng)，把它運用到電子計算機上去，就有可能誕生具有高級神經(jīng)活動的生物計算機，那就是仿生學劃時代的貢獻。所有這些都預示著仿生科技前途似錦，而且仿生科技的探索永無止境。
另一方面，神奇的大自然向人類展示著精妙絕倫的生命形態(tài)和絢麗多彩的悅人色彩，同時，大自然還無聲地闡釋了自然界的生存哲學——和諧與共生。這種和諧的設計哲學呼吁人類社會與大自然之間的高度和諧統(tǒng)一;共生的設計哲學則呼吁著人與機器、生態(tài)自然與人造自然之間建立合理的建構，搭建人與自然、機器共生的對話平臺。
總結
綜上所述，運用仿生性思維進行設計，不僅創(chuàng)造功能完備、結構精巧、用材合理、美妙絕倫的產(chǎn)品，而且賦予產(chǎn)品以生命的象征，讓設計回歸自然，增進人類與自然統(tǒng)一。因此，工業(yè)設計師要學會師法自然的仿生性設計思維，創(chuàng)造人、自然、機器和諧共生的對話平臺。
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