仿生設計要素在產品設計中的應用

范豐源

摘要：伴隨著人類社會的進步，設計、生產、消費、文化等領域都發生了日新月異的變化。在設計領域尤為突出，人們的生活觀念、時空觀念受設計的新思想、新形式的出現而不斷變化。仿生設計的本質是通過對自然界生物進行利用、加工與再創造。本文以仿生要素在產品設計中的應用為切入點，從形態要素、色彩要素、功能要素和結構要素四方面的仿生加以論述，并結合大自然的生物哲學進行仿生設計。以期為產品設計的思想、原理、方法和途徑提供新的方向。

關鍵詞：仿生設計要素;產品設計;應用

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：A

文章編碼：1672-7053（2021）05-0072-02

仿生設計（又稱“設計仿生”）是指基于仿生學和設計理論開發的一個高新科技學科，主要涉及數學、生物學、電子學、物理學、控制論、信息論、人機學、心理學、材料學、機械學、動力學、工程學、經濟學、色彩學、美學、傳播學、倫理學等相關學科。仿生設計的應用不同于常規仿生學科成果，它把自然界中所有事物的“形狀”“顏色”“聲音”“功能”和“結構”等當作研究主題，并在設計過程中有選擇地將這些特征原理與生物技術成果相結合實現應用，同時結合仿生學理論，為設計的思想、原理、方法和途徑提供新的方向。換而言之，仿生設計學是仿生學的發展和拓新，是仿生學理論在人類現實生活中的具象應用。仿生設計學把自然界與人類社會生產活動相結合，實現了人與自然的和諧統一。仿生設計要素結合當下科學和技術在產品設計中進行應用，構建了新的應用思路，為今后仿生設計在產品設計中的應用提供了理論依據和技術指導。

1仿生設計要素分析

仿生設計應以“原型定位分析的原則”為基礎設定要素，換而言之，根據仿生目標的形態、色彩、功能、結構等，將設計與現代科學技術相結合，并轉化為可在技術領域供設計人員研究的參考數據，從而應用在具有創造性的產品生產上。

1.1形態要素

生物工程外部形態元素的提取既可以是特定的，也可以是抽象的。可從人物形態、動物形態、植物形態等中提取想要的形態要素，并進行再設計。

1.2色彩要素

色彩具有可仿生性。設計時應該對仿生目標的環境因素進行多角度分析，根據色彩的特征和視知覺心理，基于相關的色彩理論，探究其環境、顏色的變化。

1.3功能要素

實現功能的仿生必須要對研究對象的物理和化學性質有足夠的了解，利用人的判斷能力對其識別，以促進產品的更新換代或新產品的開發，并通過功能和位置分析獲得人們對研究對象的理解。進而根據生物系統某些優異的特點來捕捉設計靈感，使其具有更優越的性能，滿足了人們對功利與實用的雙重需求。

1.4結構要素

內部結構具有可仿生性。了解事物形態可以使設計者通過生物體內部結構、肌肉、組織等要素進行分析，提取生物的內部典型結構元素，結合人類的認知對其進行簡化，符合人們的心理需求和認知，并選擇適合的元素應用到產品設計中。

2仿生設計要素在產品設計中的應用意義

從理論研究方面上看。產品仿生設計要素包括產品語義中表達的每個級別的內容，是對產品語義理論的應用和探究。仿生設計要素的研究能夠解決仿生設計的感性模糊問題，并提供理性量化的設計控制方法。

從實際應用方面上看。分析仿生設計要素在產品設計中的應用，可以實現感性認知量化分析，解決形態仿生設計應用的問題，為形態仿生設計更深層次的研究提供依據。同時，仿生設計要素與產品體驗關系密切，隨著對產品“本體屬性”設計的了解逐漸加深，人們會識別產品的形態符號，并對其產生聯想。將自然的生物要素形式應用于產品的“功能屬性”，激發人們的反應，并使人們準確地識別產品。

3仿生設計要素在產品設計中的應用思路

3.1形態仿生要素在產品設計中的應用

形態仿生要素應用于產品造型上主要體現在形態多樣性，使產品具有不同的形式。自然中具體形態仿生要素和抽象仿生形態要素的結合可以使產品具有形式美。形態仿生設計是人們向自然學習的一個長期過程，通過積累經驗，選擇和改進其功能與形式，形成優化的、多元的形態設計，可以實現人與自然的和諧統一。比如，在某些地域，家長習慣于給孩子制作虎鞋、虎帽，以表達他們對防災避邪的美好愿望。這些實物模仿老虎的具體造型，不僅具有裝飾性，而且非常實用。然而，也有一些產品的形狀是依據自然事物的形狀、工藝和抽象形狀來提取主要因素，例如基于野豬鼻子設計的防毒面具、根據鴨頭形狀設計的高速列車等。

3.1.1具象形態仿生要素在產品設計中的應用

具體形態是指人眼對自然界事物的客觀反映。具象形態仿生具有自然、有機和靈活的特征，隨著人們的主觀理性思維發生轉變，并真實地反映了事物的真實本質。具體形態要素是通過自然事物的形態特征附著在具體產品的設計中。如一些仿生產品是直接以混凝土形式結合復雜的工藝制成的，將仿生混凝土具象形態要素用于兒童玩具和工藝制品，會使它們更加精致。這恰恰說明，當人們無法自己感受到一些真實的事物時候，仿生混凝土的形態要素可以滿足了人們對自然具象形態的審美需求。

3.1.2抽象形態仿生要素在產品設計中的應用

抽象形態是指通過人的主觀感受和理性思維把握事物的本質特征，可以將抽象形態仿生元素與產品進行有效結合。當使用者在欣賞抽象形態的圖像時，通常會被圖形中，例如轉角、風格、細節等一些特征所吸引。由此可知，人們對形態的感知不單反映在整體上，還反映在具有明顯特征性的細節上。這種仿生形態要素是產品仿生形式中更高水平的體現。同一事物可以產生不同形式的抽象元素。在產品抽象形態仿生設計中，需要分析工業生產要素，運用抽象形態要素的仿生方法，結合各自產品的特點，改變自然事物的具體形象。在對抽象形態的感知和理解中，人們往往對事物的重要線條元素進行提取重構。因此，在仿生的形態要素上，產品的設計要始終保持原有的整體形象，如牛、蛇、鱷魚、老鷹的整體形象有明顯的區別。要做到這一點需要很多的嘗試，不僅整體形態要和諧，每個部分的相對位置也應該保持一致。例如，為了正確反映獅子的整個圖像，獅子的嘴、耳朵、頭和眼睛的相對位置必須具有正確的比例。這樣才能更好地表達出模仿生物的整體身體特征。

3.2色彩仿生要素在產品設計中的應用

色彩作為首要的視覺審美要素，時刻地影響著人們的視覺感受和心理情緒。人類對色彩的感覺最強烈、最直接，印象也最深刻。在設計中色彩與具體的形態相結合，可以使產品更具生命力。色彩仿生是指通過研究自然界生物系統的優異色彩功能和形式，并將其運用到產品形態設計中。例如，自然界中有很多動物如樹葉蝶能隨環境的變化迅速改變體色來保護自己的安全，色彩的這種保護、偽裝作用被人類借鑒于國防工業。軍用坦克就是很好的例子，綠色或黃褐色斑點與野戰中周圍的環境色近似，起到掩護主體對象不易被敵方發現，提高安全性的目的。

3.3功能仿生要素在產品設計中的應用

功能仿生要素是對自然界事物的功能原理進行剖析，探究其功能，提取適合的元素應用于產品設計。例如，科學家遵循蛙眼的特性發明了電子蛙眼，它對特定形態的物體具有精準地識別的功能。在雷達系統中安裝電子蛙眼可大大提高抗干擾能力并且具有快速、精準識別某些類型的飛機、輪船和導彈的能力。電子蛙眼也廣泛用于機場和交通干線，它可以監控飛機在機場的起降，在飛機發生碰撞前示警，也可以在主要交通道路上引導車輛，避免發生事故。

3.4結構仿生要素在產品設計中的應用

結構仿生要素主要通過仿生目標結構與產品結構潛在的相似性進行模擬，使產品進行優化升級。人們主要研究植物的葉子與莖、動物的骨骼與肌肉進行仿生。在結構要素仿生的初級階段，通常以學習生物的形狀為基礎，例如學習魚的形狀來設計船、鳥的外形來建造飛機。產品設計和建筑設計中廣泛應用結構要素仿生，經典案例就是模仿蜂巢結構的材料，其重量輕、強度高、剛度高，并且具有出色的隔熱、隔音效果。人們依據蜂巢設計書架，提升空間利用率，不僅能節約材料，而且美觀實用。還有人們基于啄木鳥頭骨結構，設計了生活中經常使用的安全帽。為了適應啄木鳥頭部與堅硬物體的長期碰撞，啄木鳥的頭骨已經進化成非常堅固的結構，大腦周圍有一層充滿液體的海綿狀骨，可以起到減速的作用。因此，人們以此為參考進行安全帽設計。

4結語

仿生設計的本質是指對自然界事物的提取、融合與創新，并非簡單粗暴的仿照，比起“形式相似”，更側重“精神相似”。從宏觀角度來看，設計師需要掌握設計的各方面要素，并將其與自然生物學原理相結合以形成仿生設計。我們能夠從隨處可見的生物現象中學習其本質原理，并將其形態要素、色彩要素、功能要素、結構要素等融入仿生設計中，通過合適的方式將科技與藝術相結合設計產品。因許多自然界事物的特性是人類沒有的，將這些因素與人類社會的現狀結合起來，可以促進人類社會的發展。人們持續地設計和開發新產品，但設計的根本目標并非產品本身，而是滿足人們逐漸豐富的物質層面與精神層面的需求。產品的功能滿足了使用者的物質需求，而產品形式則滿足了使用者的精神需求。自然物體的結構會隨著時間而變化，為了滿足更全面的使用需求，設計師在原生產品中融入了越來越多的仿生內設計要素，以更好地體現人與自然的和諧，適應和改進現代產品設計的發展趨勢。