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仿生学在工业设计中的运用


□ 左铁峰


仿生学在工业设计中的运用图片1
工业设计是一门综合性的交叉学科。它研究的核心是工业时代的象征——产品,是针对产品的功能、材料、形态、色彩、表面处理、装饰等诸多因素,从社会的、经济的、技术的角度进行综合处理。它所涵盖的知识体系包括自然科学、社会科学、人文科学等众多学科,各学科的内容及理论体系均对工业设计具有一定的指导作用与影响。
仿生学(Bionics)以研究生物系统的结构和性质来为工程技术提供新的设计思想及工作原理。“仿生学”一词由美国J.E.斯蒂尔提出,1960年全美第一届仿生学讨论会正式建立了仿生学学科。40多年来,其研究范围主要包括:力学仿生、能量仿生、分子仿生和信息与控制仿生。形成了数学、物理学、化学技术科学与生物学相融合的边缘交叉学科。仿生学所研究的方向和内容为工业设计在设计思想、设计理念及技术原理等方面提供了理论与科学的物质支持。仿生学由此而成为指导与辅助工业设计工作的一个重要学科,对于工业设计的理论与实践均具有深远的建设性意义。

一、 仿生学能够从科学、理性的角度为产品造型提供形态素材与依据,激发设计灵感,是产品形态造型的重要方法之一。

产品的形态造型是产品设计的核心内容,产品形态是设计师设计理念的载体。设计师通过产品形态的设计建立起与产品使用者沟通的渠道。设计师正是通过对产品形态的构想而融入自己对设计与产品的理解。
大自然孕育了万物,也包括人类自身。天生万物,各得其法。根据达尔文物种进化论的观点,自然界中的万物之所以能够生存、繁衍,体现了适者生存的法则。其中各个物种的形态造型必然是其得以生存、发展的重要因素,或可说物种的形态特点有其符合自然需求的合理性、优化性与审美的一面。产品是人为的“第二自然”,它同样也存在着“适者生存”之法,而自然界中无数的生物形态正是设计师取之不尽的形态素材。师法自然,进而激发出设计师的设计灵感与思想火花,汲取自然界中生物形态优化、合理的一面,将之融入到产品造型中,也必然使具有生物形态特点的产品同其模仿对象一样,在形态上有其“生存的空间”。
仿生学研究是借助对象形态的特征,进而启发我们的构思,发挥想象力,进行再创作的造型方法。1505年达·芬奇曾模仿蝙蝠的构造构想、绘制了飞行器的设计草图,后经400余年的研制,美国的莱特兄弟终于借助前人的努力,圆了人类飞上蓝天的梦想。德国著名的设计大师克拉尼依据仿生学原理设计的交通工具、照相机等产品,把仿生形态造型的设计提高到新的境界,形成独特的造型风格,至今不衰。民间艺术、装饰艺术领域仿生造型的应用更为广泛,创造艺术作品更是不胜枚举。

二、仿生学研究生物系统结构与性质的学科内容为工业设计提供了坚实的工程原理、技术与结构等方面的物质支持,是设计得以构想、展示、实施有力的科学和理性依据。

设计师的灵感往往源于自然界。达·芬奇在16世纪时写道: 人类的灵性将会创造出多样的发明来,但是并不能使得这些发明更美妙、更简洁、更明朗; 因为自然的物产都是恰到好处的。但是,仿生学对设计的意义并非仅仅是对自然的模仿,而是透过自然的现象探究自然系统背后的机制,即生物工程技术与工作原理,然后为设计的构想敞开一片广阔的领域,为设计的实施提供理论与技术的支持,最终达到造福人类这一根本目的。
例如,飞机高速飞行时,机翼受气流的冲击常发生颤振,从而导致机翼断裂,机毁人亡。仿生学家从蜻蜓翅膀上的黑色翅痣想到了配重,于是给飞机机翼上装了配重。从此,飞机的此类事故大大减少,完善了航空空气动力学,对飞机的设计具有重大意义。再如,对响尾蛇的研究,形成了红外传感技术,对军工产品的设计更具指导意义,成为许多武器设计构思的理论基石。
仿生学研究形成的生物工程技术激发了设计师的设计灵感,而设计的物化过程更需要技术的铺垫与支持。可以说,没有技术支持的设计只能使设计停留于概念与设想,不具有现实意义。

三、仿生学在设计中的运用能够提升设计融入自然系统的可能性,增加产品与自然间的亲和力,体现出设计师对自然的尊重与理解,建立起“绿色、生态、系统化”的设计思想。

仿生学设计的一个最大特点便是设计的自然亲和力。在设计中,由于仿生对象的自然属性,使得设计也必然或多或少地映射出同自然千丝万缕的联系,大自然的某些合理因素在设计作品上得到了特定意义的体现,或可说设计里蕴含着“自然”,有自然的“影子”。产品是设计师创造的“第二自然”,使这种人为的“第二自然”同“第一自然”间取得某种协调与统一,使“第二自然”更好地融入到“第一自然”中,客观上也决定了采用仿生设计的可行性与合理性。同时,设计作品是设计师内心世界的展示,运用仿生学的设计也体现出设计师对所处自然的理解和尊重,是设计师热爱自然、热爱生活的最好表现。设计师的职责不是去破坏自然,而是力图通过设计来营造更加和谐、完美的绿色生态系统。
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摘自:装饰 2004年第05期  
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