論仿生學與工業設計結合
——以以植物仿生燈具為例

黃 韜 肖小英

（中南林業科技大學家具與藝術設計學院，湖南 長沙 410004）

地球生物經過漫長的進化過程，在大自然之中形成了多樣化和復雜性的形態、結構和功能。而這種充滿變化性和多元性的生物形態也為當前工業設計提供了多姿多彩的設計資源和靈感，將仿生學與工業設計進行結合能夠增添現代工業設計產品的人文性與時代性，同時能夠促進產品更具審美價值和優越的性能，提升人們的生活質量。近年來世界各國越來越重視環境保護，許多建筑、空間的設計規劃，除了重視材質、結構和設計感外，社區的綠化或是在居住空間中放置綠色植物，也成為設計的一部分，重要的是能在生活中融入自然植物，也為居家空間更增添自然氣息與美感，植物仿生的設計理念越來越被人們關注。

1 仿生學與工業設計結合的價值

1.1 仿生設計

所謂仿生設計，就是指在進行工業設計的過程中，將仿生學與設計學進行結合，創造出一種能夠對自然界萬事萬物的形狀、色彩、聲音、功能、結構等多方面的特點進行充分研究，并在此基礎上選取那些能夠應用于工業設計的原理和特征加以利用，結合仿生學的研究成果進行創新設計的行為[1]。仿生設計本質上就是仿生學和工業設計的結合，是仿生學在工業設計之中的創新和發展。仿生設計在人類社會的工業設計運用之中，極大地促進了人們適應自然和創造新產品的實踐活動，為整個社會帶來了更為豐富的產品和巨大的經濟價值，同時也促進了多種學科的發展和完善。自然界的萬事萬物為新材料研發與新工藝的產生帶來了許多設計靈感，而效仿還僅僅只是實驗階段的第一步，將仿生材料與工業設計相結合，從而進入實際的應用領域才是更為重要的一步[2]。

1.2 仿生學與工業設計結合的重要意義

1.2.1 有效地消解工業產品的距離感 在進行工業產品設計的過程中使用仿生學的相關原理實現最終的產品設計能夠有效地消解現代工業產品所表現出的冷漠和呆滯給人們的直觀感受。自工業革命以來，現代工業產品在審美和設計層面往往呈現出呆滯和鋼鐵的冷漠感。而在工業產品之中進行仿生設計，就將工業產品與觀賞者、消費者之間建立起一種更為具象的連接，能夠帶給人以親切感和自然感，例如圖1中瑪莎拉蒂3200GT在跑車設計得過程中，利用仿生設計，將其后視鏡設計得像是毛驢的耳朵，有效地拉近了人與產品之間的距離感[3]。

1.2.2 增進產品趣味性 在進行工業產品的設計過程中，恰當地提取自然界中相關事物的原理進行仿生設計，能夠在很大程度上增強產品所體現出的趣味性，幫助人類獲得別具一格的審美體驗和感受。如圖2所示，在進行水龍頭的設計過程中，設計師讓整個水龍頭與大象的鼻子在形態上進行仿生，并在出水的部分和基礎部分使用不同的材質，促進更為鮮明化表現和對比。這一產品能夠讓消費者在使用水龍頭的過程中，感受到其溫馨和俏皮，為消費者創造超越產品本身的審美價值體驗。在造型設計方面，除了純粹的依照工業產品機械結構去包裹外殼的方法以外，還可以著眼于從文化與情感的角度出發，通過對產品結構不同形態下外觀、線條、動態性的提取，將單一的形態進行再組合而形成多變靈活的做法。通過這樣設計出來的工業產品不僅僅會讓結果的形式變得更加多樣多元，還增加了一定的趣味性，顯示出對于不同用戶群體的個性化情感關懷[4]。

1.2.3 極大地豐富了產品形態設計的形式 在工業產品的設計之中引入仿生學的概念和原理，充分挖掘自然界中的各種有趣現象結合工業生產的需求進行創造，這使得仿生在與工業設計結合的過程中產生了多姿多彩、風格各異的設計形式，極大地豐富了整個工業產品產品的產品形態。如圖3所示，自仿生學觀念引入到工業設計領域后，相較于傳統的椅子設計形式，出現了形式眾多、各有千秋的產品設計，有嘴唇形狀的、有雞蛋形狀的、同時也有水滴、椰子殼等多種形狀[5]。這些設計在兼顧椅子功能性的同時，極大地豐富了產品設計的多種形式，也極大地促進了整個市場產品設計的多樣化發展。在自然界中存在的無數動物和植物,它們本身所具有的豐富多維的形體結構、運動變化層面、巧妙的色彩裝飾與圖形組織以及它們各式各樣的生存方式、肢體語言、聲音特征等等能力都為產品的形態設計提供了全新的設計方式和造型法則[6]。

圖1 瑪莎拉蒂跑車與動物耳朵

圖2 大象鼻子和水龍頭

圖3 多姿多彩的椅子形式

2 仿生學與工業設計結合的燈具設計實踐

2.1 形態仿生設計

2.1.1 形態仿生設計概念 所謂形態仿生設計就是指在進行工業設計的過程之中，對于生物的整體形態或者生物在某一部分所展現出的特性進行模仿、變換，從而保障最終創造出的設計產品能夠在造型上具備其一定的特征。這種仿生與工業設計的結合本身并沒有將工業產品的性能進行改變，只是在其外在的表現形態之上進行特定的設計和變化，含有一定的特殊意義。這種設計本身既可能是出于設計師在進行設計過程中個人格調和喜好的體現，也可能是為了迎合消費者的偏愛而進行的選擇。這種仿生設計在形式上既可以是具象化的體現，也可以是抽象化的體現，其能夠有效地增強工業產品的親切感和活力。大自然一直以來都是人類創新的源泉，人類的早期活動大部分都是以自然界中存在的生物作為藍本，通過對生物的學習模仿，以達到制作和使用工具的目的。人們在長期性地向大自然學習的過程中，仿生外形的設計是通過積累經驗教訓，不斷地抉擇和改良產品新的功能、形態而設計出的更加優良、多樣化的形態[7]。尤其是在當下這個信息多元的時代，人們對于產品設計的要求不同于過去路易斯·沙利文所提出來的形式追隨功能的觀點，不只是注意產品功能的優異性是否領先，或者一切都圍繞著產品的實用性為主，同時還要追求產品的審美。

2.1.2 形態仿生設計實例 由于受到十九世紀中到二十世紀初的美術工藝運動與新藝術運動的影響，以及當時回歸自然的概念，使得當時出現大量以植物、花卉為主的造形燈飾，其中大多保留了大自然植物與花卉的原始結構，而在莖或葉的線條表現上則有較多的曲線以及律動感。

如圖4所示，在進行燈飾的設計過程中，由埃米爾·加勒所設計的兩款桌燈，一為由鐵鍛造的葉紋底座，配合上左右各一，有著花圖案的玻璃蝕刻燈罩，另一個其底座由四片葉子組成，并且延伸至上方支撐有著葉脈紋路的燈罩。設計師在進行外形設計的過程中，大膽地結合了自然界中的植物花葉的形態并且進行了藝術化的抽象處理，并將其運用到產品設計之中。仿生形態設計的產品中蘊含著一股生命的活力，使得人們從無機的、冰冷的工業產品當中感受到了一種自我意識的生命和活力，因此能夠給我們以舒適和安全感。最終燈飾體現出的產品外形正如同自然界之中優雅的植物一般，這種外形的設計讓其有別于一般的燈飾產品，能夠有效地向消費者傳達其產品的特性，對消費者造成強烈的吸引。這種在形態上努力追求表達的情感性和趣味性，著力于激發出人類自身所產生出來的激情[8]。

圖4 埃米爾·加勒設計的桌燈

2.2 功能仿生設計

2.2.1 功能仿生設計概念 所謂功能仿生設計，就是指人們在進行工業設計的過程中，將自然界的生物所展現出的由于自然進化而保持的先進機能的原理進行運用，充分將其與工業設計產品理念相結合，在進行工業設計之中選取這些具有價值的功能原理與現有的相關技術和設計進行結合，創造出更具先進性和優化性的技術系統，從而促進整個工業設計的最終產品能夠在性能上得到極大的提升，幫助產品實現更新換代或者促進新產品的開發創造[9]。生物學家拉馬克認為，自然界中的各種形態的產生，都有其功能及其存在之目的，而最大的目的即是提供生物其生存所需的養分、保護、進化……等功能，即所謂“生命力”。舉例來說：在沙漠中的仙人掌，由于生存的環境高溫且干燥，所以仙人掌其莖部則因為需儲存大量水分而變得肥大，其葉片呈現針狀，目的則是為了減少水分蒸發，除此之外還有避免被動物吞食的防御功能；闊葉植物生長在低海拔地區，氣溫高且較為潮濕，所以葉片面積較大，目的是能更快地幫助植物散熱；針葉植物生長在高海拔地區，氣候較為寒冷，其葉片呈細長的針狀，除了避免熱量太快流失外，也使降雪不易堆積于葉片上導致樹枝折斷。這些例子都更加凸顯大自然在物種形態上設計之奧妙，若我們更仔細觀察會再次發現，除了適應環境所產生的造形需求外，這些自然界中的花草樹木其生長的構成方式，都存在某些秩序性。

2.2.2 功能仿生設計的實例 如圖5所示，法國設計師Patrick Jouin所設計之花桌燈（Bloom Table Lamp），采用3D印刷技術制成，設計師只要將設計燈飾制作3D檔案，使用3D打印機將其印出，便可得到一個不需任何組裝與3D檔案里一模一樣的燈。在進行燈飾中心的設計之中可以看見類似花梗的設計元素，這種在現代燈飾產品中的設計安排，不僅是對于植物花苞形狀上的模仿，更為重要的是，燈飾產品的這種“軸心旋轉”設計本身就是對于植物開花過程中其花苞展現的特殊效果的功能仿生形態。設計師Patrick Jouin這款花桌燈，從花苞的形態開放至完全綻放之形態，只需要簡地用手旋轉中間的軸心即可，此外在旋轉花桌燈其綻放的大小的同時，也同步在調節光線的強弱。這就是一種顯而易見的功能仿生設計。這個優秀的設計讓Patrick Jouin獲得2010年的優秀設計獎（Good DesignAward）及2011年的紅點設計獎（Red Dot Design Award）。

圖5 Patrick Jouin所設計之花桌燈（Bloom Table Lamp）旋轉中間的軸心來達到開合之效果

圖6 巴勃羅·雷諾索（Pablo Reinoso）所設計之富貴竹燈（Lucky Bamboo Light）

2.3 結構仿生設計

2.3.1 結構仿生設計的概念 所謂結構仿生設計，就是指在進行工業設計的過程中將工行才能力學的原理作為基礎，通過對不同生物體在結構層次之中的多元化的表現形態作為進行工業設計的基本靈感和原理，從而對整個工業設計的材料、結構以及系統等方面進行仿生模擬，從而實現促進工程結構效率的目的。結構仿生設計在實際運用當中涉及多種學科，既包括生物學和材料學，也必須運用結構設計、控制科學等方面的專業知識實現最終的設計，是一種具有先進性的跨學科研究，對于現代工業設計的發展和工業產品的創造具有重要的影響力。

2.3.2 結構仿生設計實例 由擁有法國與阿根廷雙重國籍的巴勃羅·雷諾索（Pablo Reinoso）所設計，并委托日本的山際（Yamagiwa）公司制造的富貴竹燈。其優雅又簡單的造形，靈感來自于觀察日本人對竹子的廣泛應用。

富貴竹燈（Lucky Bamboo Light）由兩種不同的單位形燈管所組成，一為幾近垂直的燈管，另一個則具有弧度的彎曲狀燈管。其單位形的設計讓每個燈管都可以依個人喜好相互連接成不同造形，并且還可以依個人需求組裝成落地燈、吸頂燈、吊燈、豎燈及壁燈。如圖6所示，其植物仿生設計為富貴竹的結構。

3 結論

仿生設計是人類在與大自然接觸的過程中，不斷學習各種知識和原理，并結合自身的發展需求，改進和完善各種工業設計的產品而進行的努力，也是未來工業設計發展的一種潮流。隨著科技的發展，人類早已經習慣在生活周遭安置許多照明設備，好讓人們能在日落之后，繼續手邊的事情。大自然保有著最原始的美，植物仿生設計的燈飾能夠引發人的本能，使人想要更親近大自然，它有著可讓人忘卻煩惱、釋放壓力的功能。希望本文研究能夠對促進仿生學研究設計，完善工業設計發展有所裨益。

[1] 馮達偉.工業設計中仿生設計的運用[J].工業設計,2017,(08):65-66.

[2] 謝歆雯,黃立志.仿生設計：溝通生物與新材料的橋梁［EB/OL］.(2017-10-27)［2017-10-29］.http://china.caixin.com/2017-10-27/101161872.html.

[3] 魏專.包裝容器仿生設計初探[J].中國包裝,2011,31(5):20-22.

[4] 康石石.工業設計中有機形態是什么意思［EB/OL］.(2017-07-10)［2017-10-29］.https://www.zhihu.com/question/59928366/answer/196389784.

[5] 李憲才.仿生設計在汽車造型設計中的應用[J].科技創新導報,2017,14(13):101-102.

[6] 梁家琳.從景觀形態看建筑造型的仿生設計[J].大舞臺,2012,(03):147-148.

[7] 杜杰.產品形態仿生設計探討[J].中國新技術新產品,2011,(20):85-85.

[8] 張春明.試談工業仿生設計[J].教師教育學報,2011,(9):108-109.

[9] 王琳.工業設計仿生學的應用分析[J].現代裝飾(理論),2016,(11):19.