仿生设计分类

（二）仿生设计分类

21世纪，仿生学已经处在现代科学技术的前沿，成为科学技术的热点领域，受自然和生物启发，模仿自然和生物的各种特性而进行的仿生设计也成为一种设计潮流。从产品形态设计的角度来看，与产品形态设计相关的仿生设计类型有：形态仿生（包括具象和抽象形）、功能仿生、结构仿生、色彩仿生等。而与产品形态设计结合较紧的产品形态设计是具象仿生和抽象仿生。

1.形态仿生

自然界中有各种各样的生物，它们都有自己独特的形态特征，如蝴蝶身上精美的图案、骆驼高高的驼峰、大象长长的鼻子等，这些形态既有区别又有共性，如同科的植物都有根、茎、叶等共同特征，但同样的叶子，在不同的环境中有大有小，生活在南方多雨地区的植物的叶子肥大，这样可以充分吸收阳光和水分，有利于生长，在寒冷和干旱地区生长的植物的叶子很小，有的甚至退化成针状，以减少风沙危害和水分的蒸发，能更好的适应生存环境。作为产品设计师，只有平时善于观察各种生物的形态特征，才能有目的地进行形态仿生设计。

根据模仿逼真程度的不同或流派，形态仿生设计可分为具象仿生和抽象仿生。

（1）具象仿生

具象仿生是一种直接模仿和借鉴对象外在特征的设计，以追求设计作品与模仿对象之间最小差别、外形特征相似为主要目标的设计手法。具象一般是指人、动物、植物、风景或自然物等客观存在的形态，根据视觉经验可以识别、辨别的形体。因此，具象仿生强调的是一目了然的识别与认同感，这种形态能快速感化人的情绪，达到设计目的，多运用在玩具、工艺品、简单的日常生活用品的设计中，如图6.15所示。

图6.15

（2）抽象仿生

抽象仿生是一种对模仿对象内在神韵或外在形象特征进行提炼、概括的基础上的模仿与借鉴，强调的是神似，甚至是似与非似之间的微妙把握，这种形态能让人的情感置于久久的回味之中，抽象仿生的形态有以下三个特点。

第一，抽象仿生的形态具有高度的概括性。在研究形态时，设计者从知觉和心理角度将形象特征进行提炼、概括，再通过形态抽象变化，用几何形体组合起来，再现模仿对象。这种对形态简洁的概括，适合现代工业批量加工的要求，因此，它得到大量应用，图6.16（a）为通过抽象仿生手法设计的蝴蝶椅，在形态上对蝴蝶形态进行模仿，抓住蝴蝶两只翅膀的体态特征，进行三维空间的演绎，并实现座椅功能的效果；而图6.16（b）的抽象仿生手法设计是针对天鹅在水上游划的形态，抓住天鹅总是成双成对的特点，在形态上进行了高度的提炼和概括，设计成具有烟灰缸功能的产品。

图6.16

第二，抽象仿生的形态具有丰富的想象性。抽象仿生形态产生的“心理”形态需要生活经验的积累，经过联想和想象才能浮现在脑海中。因此，它充分地释放了人无限的想象力，同时因人的生活经验不同，经过主观喜好联想产生的“心理形象”也不相同，从而产生形态生命活力的感受丰富多彩。如图6.17中的大象豆浆机、吸尘器和甲壳虫小轿车的设计。

图6.17

第三，同一形态的抽象形态具有多样性。设计者在对同一形态进行抽象化的提炼过程中，由于生活的经验，抽象方式、方法以及表现手法不同，抽象化所得到的形态有较大的差异，呈现出丰富多样的特性。如图6.18所示，同样是从男人和女人外形抽象出来的符号，由于设计者不同，采用的风格也不同，使用在不同的场合，传达出来的信息也不一样，因此有完全不同的抽象形态，形成同等的视觉效果。

图6.18　抽象的男女符号

2.功能仿生

地球上的各种生物，在上亿万年的进化过程中，拥有一个相对稳定的环境和生物链，地球上任何生物的存在，都具有它特有的功能，而且其进化程度接近完美。人类模仿生物的功能进行物质改良与创新是一种最直观的方法，例如，科学家根据鸟类飞行原理，成功研制了飞机；根据青蛙眼睛的特殊构造，研制出电子青蛙眼，用于监视飞机的起落和跟踪人造卫星；根据萤火虫的发光原理，获得了化学能转化为光能的新方法，从而研制出化学荧光灯。再如，模仿昆虫单复眼的构造特点，制造出大屏幕模块化彩色电视机和复眼照相机；模仿狗鼻子嗅觉功能，制造出电子鼻，可以检测出极其微量的有毒气味；模仿蝙蝠避免碰撞的原理，用电磁波代替声波，制造出雷达，等等。

由于功能模仿主要是研究生物体与自然界物质存在的功能原理，深入分析生物原形的功能与构造以及功能与形态的关系，并综合表现在产品形态的设计中，设计者需要有较系统的知识和理论。

3.结构仿生

自然界中很多生物都具有一个稳定性的结构，这些结构与其形态相关。如一张蜘蛛网、一只蛋壳、一个蜂巢、一只甲壳虫，它们看起来弱小，却能承受巨大的外力、抵御强大的风暴。这些巧妙、合理的结构关系，正逐渐被人们所认识和利用。植物的果实担负着延续种族的任务，亿万年的进化使其果实多呈圆形。小巧的外形使它们不得不在较小的空间，尽量占有最大的体积存储营养，同时其形态能抵御外界的巨大压力，如飓风、重压等。花生、核桃等果实用坚硬的外壳保护里面相对娇小幼嫩的果仁。同样，自然界还有其他动物也具有这种形态，这些形态不光能抵御重力，同时还很优美。如蛋壳、乌龟壳和贝壳的外形和色泽等，都巧妙利用了一定的力学原理。如果你一把握住一只鸡蛋，即使均匀施加很大的挤压力，也很难把它弄破，原因是蛋壳的拱形结构与其表面的弹性膜一起构成了预应力结构，在工程上称为薄壳结构。自然界中巧妙的薄壳结构具有各种不同形态的弯曲表面，不仅外形美观，还能够承受相当大的压力。在建筑工程上，人们已广泛采用这种结构，如图6.19中的北京国家大剧院模仿蛋形的圆形屋顶以及悉尼歌剧院的模仿贝壳类的建筑外形，都是结构仿生设计的典范。

图6.19

动物界中，辛勤蜜蜂被称为昆虫世界里的建筑工程师。它们用蜂蜡建筑的蜂巢形成的结构由一个个排列整齐的小六棱柱形小蜂房组成，每个小蜂房的底部由3个相同的菱形组成，具有结构稳定、用料省和强度高等优点（见图6.20（a）），人们模仿其结构制成蜂巢式夹层结构板（见图6.20（b）），强度大、重量低，不易传导声和热，是建筑及制造航天飞机、宇宙飞船、人造卫星等理想的材料。

图6.20

荷叶表面有一种毛细结构，这种结构有极强的吸附空气的能力，能在其表面上形成一层气膜，使油和水在荷叶上的接触角都大于90°，即水、油接触不到荷叶（见图6.20（c））。科学家称荷叶这种效果为毛细现象，即为表面纳米结构。目前这种结构在户外帐篷、雨具、厨房装饰材料等方面得到广泛的应用。

结构仿生主要研究生物体和自然界物质的内部结构原理在设计中应用的问题，通过研究生物整体或部分的构造组织方式，发现其与产品的潜在相似性，然后对其模仿。研究最多的是植物茎、叶，以及动物形体、肌肉、骨骼的结构等。因为是在结构原理上的仿生，其仿生借鉴的主要是对象的内在特征，它对产品外在形态特征的影响有时非常明显，有时又不是很明显，如图6.21中挖土机的机械臂工作原理，就是模仿螳螂前臂结构，实现可以自由伸缩的功能，在产品的形态上留下了直接模仿的痕迹（见图6.21（a））。又如，蚂蚁身体小巧，能搬起比它身体重几倍的物体，仿造蚂蚁的形态设计靠背椅子，能达到相同的功效（见图6.21（b））。

图6.21

4.色彩仿生

色彩是人感觉最快的信号之一，它能迅速唤起人的各种情绪和情感，甚至影响人们的正常生理感受。色彩也是最抽象的语言，人们无法用自己的语言准确地描述某个色彩的特性。在产品设计上，色彩不仅具备审美性和装饰性，还具备象征性的符号意义。作为首要的视觉审美要素，色彩深刻地影响着人们的视觉感受和心理情趣。人类对色彩的感觉最强烈、最直接，印象也最深刻，色彩对产品意境的形成有很重要的作用。在设计中，色彩与具体的形象结合，可使产品更具有生命力，同时也是最快捷达到设计效果的方法之一。

自然界中存在着千姿百态的色彩组合。在长期的生活中，人们已经熟悉了周围环境的色彩搭配，习惯使人们对其产生和谐与统一感，形成体现出色彩固有搭配的各种对比与调和经验。色彩仿生设计就是将自然界生物优异色彩和肌理的功能形式，运用到产品设计中，从而达到事半功倍的设计目的。

色彩的掩护作用是一种光学上的掩护，一种迟缓获取视觉信息的欺骗性伪装。自然界中有很多动物，如树叶蝶、变色龙等，都能随环境的变化迅速改变自己的体色，从而保护自身的安全。这种保护、伪装作用首先被人类借鉴并用于国防工业，如图6.22中的野外帐篷、军用担架，绿色或黄褐色斑点与野战中周围的环境色近似，起到保护主体对象不易被发现、提高安全性的目的。

图6.22