工业设计-仿生设计关于仿生

1、1.1 关于仿生 仿生的概念由来已久，它伴随着人类生存、发展的历史，从远古到现代，虽古老、传统 却一直与时俱进， 历久弥新。 回顾仿生思想与行为的历程， 重新认识仿生的概念和意义对仿 生设计的发展有重要意义。 11 1 “仿生”是人类生存的需要 早在地球上出现人类之前， 生物种群已在大自然中生活了亿万年， 在为生存而斗争的长 期进化中， 获得了各种与大自然相适应的能力。 面对自然环境的种种考验， 人类除了自身的 进化以外， 还不断向其他生物学习生存技能， 取长补短。 例如，远古人类模仿鱼刺制造出骨 针等工具； 模仿鸟类在树上营巢， 以防御猛兽的伤害， 等等。这是人类最初级的创造性活动， 是人类

2、为生存而表现出的仿生意识与行为。 虽然这些活动直接而朴素， 但却是仿生概念与思 想发展的基础，是现代仿生学与仿生设计的起源雏形。 11 2 “仿生”是古代人类智慧的结晶 在人类和自然界形形色色的生物相伴共生的漫长岁月里， 鸟儿在天空飞， 鱼儿在水里游， 自然生物各显神通的本领总会使人浮想联翩、心驰神往，吸引着人类去探求、想象和模仿。 人类希望像鸟儿一样自由飞翔，于是模仿鸟类制作了会飞的木鸟“木鸢（yuan-）” （传说是春秋时代的著名工匠鲁班制作的）、诸葛亮的 “木牛流马” 、古希腊的 “机械鸽子” 、 德国的“机械鹰” ，中国传统的风筝模拟动物飞行更是从古到今一直在天空飞舞、翱翔；人 类希望

3、象鱼儿一样在水中畅游，就模仿鱼类的形体造船（相传是在古代大禹时期 ）：以木桨仿 鱼鳍、以橹和舵仿鱼尾；还有四千多年前的“见飞蓬转而知为车” ，即见到随风旋转的飞蓬 草而制造出轮子，做成装有轮子的车。这些早期充满智慧之光的仿生思想意识与实践活动， 为人类光辉灿烂的古代文明创造了非凡的成就。 11 3 “仿生”是人类精神的寄托和归宿 从人类早期原始部落的图腾崇拜，到古代文明中的陶瓷、绘画、雕塑等艺术品和染织、 家具、建筑等的装饰，都采用了大量的动、植物形态。这些生物造型和器具装饰或朴素、稚 拙，或优美、典雅，无论对花鸟鱼虫还是对飞禽走兽的模拟，不仅形态出神入化，而且富有 美感。这些都表现出人类祖先

4、对自然万物生灵的敬畏与崇拜， 反映人类祈望与自然和谐共处 的朴素心态， 寄托对美和情感的追求， 并且从此孕育出不同民族独特的审美、 文化等传统观 念。 在这一点上， 中国传统文化表现得尤其杰出和优秀。 从平民百姓家孩子的虎头鞋、 麒麟 锁、五毒 （蛇、蝎子、蟾蜍等 ）肚兜，到民间艺人的鸳鸯刺绣、蝴蝶蜡染、团花剪纸；从祖宗 祭祀、宫廷礼仪，到诗词歌赋、宗教传说等，都有许多内容是通过模拟生物形象、行为、状 态等来体现人类复杂思想感情的。 不仅寓意深刻而且以物传情、 借物言志， 形象而充分地表 达了人类的精神愿望和情感志向。这些都是在人类精神世界更高层面上的仿生杰作。 11 4 “仿生”是人类的一种

5、文化现象和生存方式 工具的创造和使用是人类文化的重要组成部分， 而生存方式作为生命的存在方式， 其生 存事实、 生存实践和生存价值中源于思想观念和思维方式的生存价值是本质因素。 工具的创 造和生活方式的选择部不是人类凭空想象出来的， 是物竞天择、 适者生存的自然法则的影响 与人类智慧进步的结果。 在中国古代，仿生的工具和技术、仿生的建筑和艺术、仿生的习俗与文化现象、仿生 的思维和意识， 是中国传统生活方式中生存事实与实践的代表， 而“天人合一” 的思想和 “贵 人重生”的主张是中国传统生存价值的本质体现。 所以在中国，从某种意义上说， 仿生就是 一种人类的生存方式， 一种传统、 朴素而真实的生

6、活方式， 传达的是人与自然和谐共存的理 想和追求，这一点对当代甚至是未来人类的社会生 温故而知新， 对仿生思想与行为的追问与回顾， 是为了全方位地解读仿生的概念， 认识 仿生对人： 历史和社会生活的重要意义。 今天，之所以在全球范围重谈生态平衡， 关注自然 人性，进行仿生研究等其实是对被中断的传统仿生思想与实践的继续和发展。但一直以来， 对仿生思想与实践的研究更多： 集中在其与自然科学中关于材料、 制造、技术、功能等人类 的物质文明成果相关的内容和层面上， 而忽略了仿生意识与行为对于人类文化精神和社会价 值、生存观念与方式的意义和作用。完整的仿生概念应该是其物质意义与精神意义的总和， 这一点在

7、中国传统文化观念和思想中早有明确的表述。 概括地说， 仿生的概念， 通过其思想 意识与实践行为，表达的就是从“师法自然”开始，实现“天人合一”的境界。 1.2 关于仿生学 尽管人类仿生思想与实践的历史源远流长， 但是直到 20世纪 50年代以来， 人类才开始 认识到生物系统是开辟新技术的主要途径之一， 并更加自觉地把对生物的模拟作为思想观念 和创造发明的泉： 虽然最初的科学家对于生物学的研究更多地停留在描述生物体精巧的结构 和完美的功能上，但随生产的需要和科学技术的发展，人们运用化学、 物理学、数学以及其 他先进科学技术的思想与研究成对生物系统展开了更深入、更广泛的探索研究和开发利用。 这不仅

8、促进了生物学的极大发展， 在各行业的技术革命中取得了成功， 而且和工程技术学科 结合在一起，互相渗透孕育出一门新生的科学一一仿生学。 1 2 1 仿生学的概念 仿生学是研究生物系统的结构和性质，为工程技术提供新的思想观念及工作原理的科 学。仿生作为一门独立的学科，诞生于1960 年 9 月。第一次仿生学会议在美国俄亥俄州的 空军基地召开， 并仿生学定义为 “模仿生物原理来建造技术系统， 或者使人造技术系统具有 类似于生物特征的科学” 。确切地说，仿生学属于生物学中“应用生物学”的一个分支，是 生物的进化启发人类在仿生的概念上进行了许多领域的研究与实践。 仿生学又是生物学、 数 学和工程技术学相

9、互渗透而结合成的一门仿生物系统具有生物系统特征或类似特征的新兴 边缘科学。 1 2 2 仿生学的研究内容和领域 自问世以来，仿生学的研究内容和领域迅速扩展，学科分支众多，如电子仿生、机械 仿生、建筑生、化学仿生、人体的仿生、分子仿生、宇宙仿生等，无论是宏观还是微观仿生 学的研究成果都为人类学技术的发展和生活幸福做出了巨大贡献。如“仿生电子手” ，可以 让手部有残障的人自己打开糖果袋和拿汽水瓶； “仿生火星探测机器人” ，种使用人造 “肌肉” 系统提供动力、 具有跨越障碍物、 翻动岩石和粉碎矿石样本等功能， 用以承担未来火星探测 任务的机器人， 它会在受到指令要恢复活动之前自动休息并且恢复能量。

10、 这些部是以前的机 器人无法做到的。现在，仿生学正从自然科学向社会科学领域延伸，产生新的交叉与渗透。 在其他学的渗透和影响下，使仿生学的研究和应用发生了很大的转变，出现新的学科分支， 如管理仿生学等。 1 2 3 仿生学的研究方法 仿生学的研究主要包括三个阶段：首先是根据工程技术的目标、任务进行生物相关性 的基础研究， 或者以生物学的发现与研究成果为启示和基础筛选出对其他科学技术有意义有 价值的内容；然后对基础研究的成果进行分析、综合，并提炼、概括出相关理论和概念，揭 示内在规律， 建立数学模型； 最后在前两个阶段的基础上进入具体模拟研究、 试验制造的应 用研究阶段， 最终创造出人工化的成果。

11、 仿生学的研究复制不是目的， 对生物系统工作原理 的本质认识、理解和应用是最终目标。在这个过程中，发散性地进行类比、 模拟和模型化是 仿生学研究的主要方法， 而数学模型是从生物原型到应用模型的关键。 但是对复杂生物系统 的认识往往是一个长期的研究过程，并且依赖于先进科学技术的支持，需要多学科的交叉、 合作，所以仿生学的研究是一个系统工程，存在相当大的难度。 1 2 4 仿生学的意义 一方面，仿生学与其他学科和技术的相互促进拓展了科学研究和应用的领域，推动了 科学技术向更快、 更高的方向发展。 仿生学更重要的现实意义在于创新， 仿生学是科学技术 取之不尽、 用之不竭的创新源泉。 创新对于全球化的

12、技术与经济意味着巨大的经济利益和社 会效益，因此许多发达国家在仿生学方面部坚持长期、持续的投入和制定周密的计划。美、 德、英、日、俄等国都有相应的中长期规划和研究策略，力争在仿生学的创新研究中取胜， 通过仿生科技的发展提高国家的综合实力和竞争力。 另一方面，仿生学的概念已经渗透到人类社会生活的各个层面(包括哲学领域 )，开始对 人类生活方式、 价值观念产生影响， 参与到人和自然共生这个哲学命题的认识和反思。 所以， 仿生学的意义更在于用科学的思想和实践的经验建立人与社会、 人与自然的和谐关系， 开创 人类未来发展的新观念、新方法和新途径，为人类未来的幸福和更长远的利益做出贡献。 1.3 关于仿

13、生设计 在某种意义上，仿生设计也是仿生学的一种延续和发展，一些仿生学的研究成果是通 过工业设计的再创造进入人类生活的。 但仿生设计更主要的是运用工业设计的艺术与科学相 结合的思维与方法， 从人性化的角度，不仅在物质上，更是在精神上追求传统与现代、 自然 与人类、艺术与技术、主观与客观、个体与大众等多元化的设计融合与创新，体现辩证、唯 物的共生美学观。 通过仿生设计寻求人类生存方式和观念、 社会生产活动与自然界的契合点， 使人类社会与自然达到高度的和谐。 仿生设计是工业设计中有着深厚历史积淀与丰富实践经 验的，同时又是最新鲜、最具活力的设计创新方法，是设计回归自然、追求人性化的具体、 可行的方法

14、，正逐渐成为设计发展过程中新的亮点。 1 3 1 仿生设计的基础 虽然仿生设计强调“仿生”的概念，但仿生设计基础构成的核心是工业设计专业基础 知识与能力， 主要包括平面与立体的基础造型能力、 设计表达能力、 形态认知与设计思维知 识、设计方法学、设计原理与程序等。这其中尤其强调与形态相关的认知、 创造与评价的基 础知识与能力的构建。 另外，仿生设计还需要自然与社会科学知识的支持，如人机工程学、材料学、心理学、 美学、仿生学、生物学、环境学、科学史等。所以，进行仿生设计需要先期的知识积累与准 备，这样才能更好地发现生物的设计价值并把握机会进行设计的再创造。 1 3 2 仿生设计的内容 山于仿生设

15、计的研究领域非常广泛，所以仿生设计的内容可以从不同的角度产生不同 的层次和方向。 基于生物特征认知与产品的构成要素的相关性， 可以将仿生设计的主要内容 归纳为：仿生物形态的设计；仿生物表面肌理与质感的设计； 仿生物结构的设计； 仿生物功 能的设计；仿生物色彩的设计；仿生物形式美感的设计；仿生物意象的设计等。 (1) 仿生物形态的设计 是在对自然生物体，包括动物、植物、微生物、人类等所具有的典型外部形态的认知 基础上， 寻求对产品形态的突破与创新。 仿生物形态的设计是仿生设计的主要内容， 强调对 生物外部形态美感特征与人类审美需求的表现。 (2) 仿生物表面肌理与质感的没计 自然生物体的表面肌理

16、与质感，不仅仅是一种触觉或视觉的表象，更代表某种内在功 能的需要， 具有深层次的生命意义， 通过对生物表面肌理与质感的设计创造， 增强仿生设计 产品形态的功能意义和表现力。 (3) 仿生物结构的设计 生物结构是自然选择与进化的重要内容， 是决定生命形式与种类的因素， 具有鲜明的生 命特征与意义。 结构仿生设计通过对自然生物由内而外的结构特征的认知， 结合不同产品概 念与设计目的进行设计创新，使人工产品具有自然生命的意义与美感特征。 (4) 仿生物功能的设计 功能仿生设计主要研究自然生物的客观功能原理与特征，从中得到启示以促进产品功 能改进或新产品功能的开发。 (5) 仿生物色彩的设计 自然生物

17、的色彩首先是生命存在的特征与需要，对设计来说更是自然美感的主要内容， 其丰富、纷繁的色彩关系与个性特征，对产品的色彩设计具有重要意义。 (6) 仿生物形式美感的设计 从人类的审美需求出发，发现和归纳自然生物所蕴涵的美感规律，更好地进行产品美 感与意义的整合设计。 (7) 仿生物意象的设计 生物的意象是在人类认识自然的经验与情感积累的过程中产生的， 仿生物意象的设计对产品 语义和文化特征的体现具有重要作用。 13 3 仿生设计的原则 作为工业设计的一种创新思维与方法，仿生设计首先应该遵循工业设计的以下原则。 艺术性与科学性相结合： 尊重客观审美规律的同时， 应用先进的科学技术进行设计的 产品化与

18、商品化。 功能性：产品合理、有效的基本功能和方便、安全、宜人等多层次功能的综合体现。 经济性：满足标准化、批量生产的产品设计，同时延长使用寿命、方便运输、维修及 回收。 创造性：在概念、思维、方法、表现、使用等方面的独创性。 需求性：对不同时间、地点、环境、年龄、人群等多元化需求的差异性设计，满足并 创造需求。 系统性：是对产品系统的认识、把握与创造。 资源性： 通过设计追求自然资源、 设计资源的无限可逆性循环利用。 对仿生设计来说 更加强调以下几个方面： 设计的合理性与合目的性：对自然生物相关概念分析、概括与设计应用的合理。 设计的创造与再造：对自然生物模拟及更高层次设计应用的可持续性、可逆

19、性创造。 设计的多义性：理解自然生物有意义的形式，赋予产品更多样化的美感和含义。 134 仿生设计的发展 白现代设计产生开始， 仿生设计就展示出其独特的魅力， 并且随着现代设计的发展不断 创新和丰富，由于不可避免地受社会文化、经济和技术、审美等因素的影响，许多仿生设计 作品具有鲜明的时代特征。 早期的仿生设计受到材料、 工艺和审美观、 设计观的制约与影响， 带有明显的样式主义 风格和工艺美术特征， 更多是具象性的模拟和抽象性的装饰， 而且含有丰富的象征意义。 计 本身的发展和科学技术进步的作用， 使后来的仿生设计更强调对生物的科学性和技术性的表 现。生物学、电子学、动力学等学科的发展促进了对生

20、物系统的结构、功能、能量转换、信 息传递等各种优异特征的研究， 并取得了许多研究成果， 为仿生设计提供了更多的科学依据， 拓展了其设计领域， 为现代仿生设计的发展提供了新的方向。 同时仿生设计亦为科学技术创 新提出了新的思想观念和研究课题。 随着多元化设计时代的到来，生态设计、系统设计、后现代设计等设计思潮与观念使仿生设计从功能性的表现转向语意性的表现， 从客观、 理性的设计体现到感性、 主观的设计 反映，从对物质、技术的设计追求到对情感、精神的满足，从全球化到地域性的多样化、个 性化已成为趋势。 所以， 仿生设计更多地通过产品形态语言、 通过联想与象征等方式表现产 品个性形象、个性特征、独特

21、的美感和意义。 1 3 5 仿生设计的意义 仿生设计使现代工业设计能够更好地满足市场和消费的个性化需求。仿生设计对丰富 多样的自然生物的模拟与再创造， 带来了丰富多样的设计产品， 为市场和消费提供了更多的 选择性。 仿生设计促进现代工业设计观念的更新与发展。 现代设计一直以来注重产品的功能 价值， 推崇功能主导形式的理性主义设计观。 但仿生设计却运用形态主导产品设计， 使产品 更具视觉冲击力和美感特征， 同时表现丰富的文化、 趣味和情感意象， 赋予产品更鲜明的人 性化特征。 仿生设计以先进的科学技术为基础， 运用许多其他学科的研究成果， 以自然生物 为设计媒介更好地将技术与艺术融合。 总之，仿

22、生设计以他特有的设计观念与设计方法，不断去探索人与自然的关系，坚持 体现人类对现实世界的好奇心和对反映现实世界形象的执著追求， 把个体系统的需要放到整 体系统中衡量， 用符合生态学环境科学原理的观念去指导行动， 寻求技术与自然、 人类历史 的和谐一致， 去试图预见并创造更高层次的人一一自然一一社会环境的和谐。 这是工业设计 发展的趋势和理想目标，也是工业设计界，甚至是整个人类社会发展的追求。 仿生设计的生物认知方法 生物特征主要依赖形态的表现，所以从设计的角度认识和把握生物特征需要通过生物 形态由外而内、 由表及里的认知生物结构、功能、 美感和意义等。 对生物形态的认知不仅依 赖于人的视觉、

23、触觉和其他感官的功能作用， 依赖于从生理到心理的感觉和知觉经验， 包括 感觉、知觉、认知、记忆、搜索、比对、形成、再认知等一系列思维能力和主观心理感受过 程，还应该从自然生物本身的常态和非常态， 认知过程的客观性与主观性等，多层面、 多角 度地开展以设计创新为目的的观察与识别、 探索与发现活动； 这样才能更好、 更全面的认知 自然生物本身以及人与生物关系的复杂性和多样化， 才能发现并概括、 提炼更多、 更有设计 价值的新的生物特征这是仿生设计的基础和重要方法。 2 3 7 常态和非常态的生物认知 人类的历史就是与自然生物共生、共存的历史，长期、持续的抗争或和谐共处的关系 使人类积累了许多对自然

24、生物的认知经验， 并形成一些基于习惯或传承的生物常态或非常态 的印象与判断。 但是对自然生物的认知经验也囚人类生存环境、 文化传统和个人知识、 爱好 的差异而不同， 因此生物的常态和非常态是相对的和不稳定的， 一般来说， 常态是经常性的 表现或常被看见和感知的状态； 生物的常态认知既包括绿树红花、 北雁南飞、 螳螂捕蝉等自 然规律和现象的认知，也包括菜场上的青菜、萝卜，果盘中的香蕉、苹果，广场上的鸽群， 笼中的鹦鹉等人们生活环境中常见的、 已经成为习惯和经验印象的生物状态的认知 从另一 个方面来看， 生物的常态认知还包括对生物概念和特定形态的对应关系的认知，例如“花朵” “鸟” 或“鱼” 等概

25、念是和一系列的具体的、 现实的形态相关联的， 但这种关联不是惟一的， 往往山于经验和情感等因素产生差异； 也有一些生物的概念和名称是直接对生物具象形态的 描述，从而产生特定的形态联想如“喇叭花” 与概念认知的重要内容， 这些存在于生活常识、 然生物的典型特征和具有代表性的形态和概念， 选择性、片段性、概括性： 对于仿生设计来说， 、“画眉鸟”等对生物常态的认知是生物形态 经验和习惯中的生物常态， 是人们熟悉的自 但也往往带有明显的感性认识、 外在特点和 生物的常态概念与形态大多基于人们惯性的 联想认识与传统固有的印象， 和人类的生活息息相关， 已经成为人类生活中的一个重要组成 部分， 所以此类

26、生物形态与概念具有较强的亲和力、 认同感和人情味， 因此是仿生设计主要 关注的设计素材和表现内容但是， 从设计创新的角度来看， 常态的、 习惯性和经验性的认以 有一定的片面性和局限性， 所以仿生设计的生物认知不仅关注常态的生物形态与概念， 更应 该关注非常态的生物形态与概念；对非常态的生物形态认知可以从以下几个方面入手 + 不同视角的生物形态认知有些常态的生物形态往往是从一定的或习惯的视角认知 形成的：如果换一个非常态的角度就会发现新的视觉形态效果例如俯视、仰视、解构、剖 视等。 生物形态与概念的宏观或微观认知 有些常态生物是对整体形态概括性的认知， 但是 这样会忽略一些生物微观的、 细枝末节

27、和局部的独特形态和美感特征， 例如表面肌理与质感 甚至内部组织和结构等 另外， 自然生物还有一些宏观的形态和现象有些是常态的， 如树与 树林、鸟与鸟群等：但有些是被忽略或难得一见的，如“接天莲叶无穷碧” 、“一行白鹭上青 天”等。 生物形态与概念的整体与部分构成关系认知。 生物形态的整体是山各个组成部分构成 的，由于客观的条件和主观视角的局限， 这些组成部分的相互关系和构成方式具有一定的隐 蔽性， 往往不被认知， 需要通过一定的方法来完成。 例如花瓣、 花蕊与花朵， 昆虫的翅、 角、 足等生物的各个组成部分的构成关系。 生物形态与概念的动态变化认知。生物的生长、演化和行为、习性是动态与变化的，

28、 会形成不同的形态与概念。 但这些形态和概念在生物的常态中往往被阶段性的分割独立或截 取，形成不同局部或片段。 其实对于设计来说， 生物动态的形态与概念的连续性与整体关联 性以及内外、前后的因果关系都是设计启示的来源。例如从鸡蛋、雏鸡到成鸡，从毛虫到蝴 蝶，从种子、幼芽到植株，花朵从含苞、盛开到枯萎等。 2 3 2 生物客观认知与主观认知 无论植物还是动物， 都是自然界的客观、 真实的存在。在长期的生存演变过程中， 每一 种生物都形成了自己独特的客观、 自然属性。 对生物的客观认知就是尽可能消除主观因素的 影响， 理性、客观地认识和把握生物真实的原始、 自然生存状态和机能，更全面地了解生物 形

29、态与概念，从而为设计服务。 从生物学的角度来说， 生物形态的本质是自身的物理性质、 化学性质、 生物性质的内在 联系与外在因素相互作用的结果， 是具有客观意义的形式。 例如藤蔓植物柔韧、 婀娜的形态， 是为了利于向上攀爬、缠绕，获得更多的阳光和生存机会；还有动物中骆驼的驼峰、鹈鹕的 大嘴、 大象的长鼻等都是生存所需， 是自然生命进化的选择， 是具有特殊功能意义的结构形 态，因此也是对设计具有启发意义的重要内容。 生物形态、 概念的客观认知可以从以下几个 层面入手。 生物的功能特征与形态：自然生物的形态是其功能的表现形式和实现功能作用的媒 介。宏观上同属或同种生物的同一功能会表现出相同或近似的形

30、态，但不同的地理、 气候条 件，不同的水质、土壤都会对物种产生影响，造成形态微观上的差异。 生物的结构特征与形态：生物的结构往往是和其功能相关的，辅助生物功能的实现。 不同的结构形成不同的生物形态特点。 生物与环境的关系认知：自然生物与环境的关系是相互依存或相互制约的生态系统。 生物进化的过程也就是不断改变自己、适应环境的过程。自然生物的环境除了气候、水、土 壤等非生物以外， 不同种、 属的生物之间又互为环境。 自然生物与环境的系统关系对于产品 系统、产品与使用环境的系统关系具有重要的启示和意义。 对生物的认知也有许多方面是受 主观影响的。例如一些生物被认为是美的、有益的，是人类的朋友，而另一

31、些生物被认为是 丑的、 有害的， 是人类的敌人； 也有一些生物被赋予这样或那样的特殊意义，成为其他事物 的象征或代表， 与其他事物建立起特定的关联， 成为人类物质与精神生活的一部分。 对生物 形态的主观认知主要可以分为以下三个方面。 生物的美感认知。 对美的追求与认同是人类精神需求的重要内容， 有些自然生物形态 的结构与形式符合人类的审美习惯， 就容易引起审美情感上的共鸣。 如自然生物中普遍存在 的对称和均衡、节奏与韵律等形式美感因素和形态。 生物的意象认知。 生物的形态与概念不仅是自然生物种类和属性的反映， 同时也被人 类赋予丰富的主观意义与象征。如花与树分别具有女性和男性的意象，猫头鹰象征

32、着智慧， 蚂蚁是勤劳与团结的代表等等。 自然生物的人工化认知。 人类长期与自然共存共生， 对自然生物的客观认知与主观情 感，反映在人类生活的方方面面。自然生物的结构形态、 功能作用和美感意象，不仅在物质 上为人类提供了方便和帮助， 也在精神上丰富了人类的审美和情感的表达。 例如满足居家实 用的葫芦水瓢、芭蕉扇、毛笔、裘皮等制品，还有为了装饰与陈设需要的自然生物的绘画、 雕塑等工艺品。 这些人工化的物品大多是从人的物质或精神需求出发， 改变了生物的自然属 性与意义， 被转化成新的形态、 功能和概念。 对仿生设计来说，这些物品都具有丰富的仿生 意义和设计启示作用， 也是以仿生设计为目的的生物认知的

33、重要组成部分： 生物特征的产品 设计转化仿生设计不仅面对自然生物的千差万别， 同时还要面对不同的产品概念和产品构成 要素， 以及各种各样的设计需求和目的。 所以，仿生设计是一个复杂的过程，在设计过程中 应根据具体情况， 采用符合目的需要的方法。 如果归纳起来看， 生物特征的产品设计转化主 要通过对生物特征的直接模拟设计或间接演化设计来完成。 2 4 1 生物特征的记录、描绘与抽象、概括 对生物特征进行观察、 认知是仿生设计的基础， 在此基础上才能更好地进行有目的的产 品化设计。 所以在生物认知的过程中， 通过一定的方式对生物特征进行描绘、 记录和一定层 面的抽象、概括和提炼是非常关键的设计准备

34、工作。 生物特征的描绘和记录， 可以利用影像设备和技术， 也可以利用徒手速写、 绘画等方法。 具体的描绘与记录应注意自然生物从细节到整体、 从外到内的多角度、 多层次的形态特征的 表现，并且应尽可能详尽、完整、客观、真实和准确，为后期设计提供充足、有价值的资料 和素材。 另外， 在生物认知过程中， 还要根据具体情况和需要对自然生物特征进行归纳、 概括和 抽象、提炼，使生物特征更加鲜明、突出、富有个性，也更有利于仿生设计的应用。对自然 生物特征的概括和抽象要避免主观、唯心的夸张和变形，必须以生物的客观、真实为基础， 是对生物特征更本质性的体现。 在具体的概括和抽象过程中， 可以根据认知对象特征的

35、属性、 尺度选择标本化、 复印、拓印、 透射等方法， 直接对实物进行处理和制作， 或通过手工描绘、 模型、电脑处理等方法表现。 一般来说， 生物特征的描绘、记录与抽象、概括主要表现为二维的影像，在二维平面中 表现生物形态的曲直、明暗、虚实和空间特征，以及重复、渐变、对称的结构和均衡、韵律 等形式美感。而且，往往根据认知对象的具体特征，用抽象的、几何概念的点、线、面来表 达，通过这些方法使生物特征具备设计的基础语言特征，为产品化的应用创造条件。 2 4 2 生物特征的直接模拟设计 在对生物特征较为客观的认知基础上， 无论是对生物的形态、 功能、 结构还是对生物的 肌理、 色彩特征，都可以通过感性

36、和直观的思考， 直接进行产品化的模拟设计。通常可以利 用借用、引用、移植或替代等方法进行具像、仿真的模拟，也可以对生物特征进行概括、提 炼，然后用抽象的几何形态通过不同的产品概念和产品构成要素， 直接再现生物的个性特征。 这些直接模拟的仿生产品都会表现出生物自然、 客观且较为表象的个性特征， 也就是从视觉 上就能够较为直观地感知到所模拟的生物概念。一般这类仿生设计的产品形态活泼、可爱， 产品语意清晰、 直白，具有较为突出的装饰感和艺术性， 多用在儿童玩具、 小家电产品和日 用品的设计中。 但是在产品化的设计中， 应注意针对消费人群的需求特征和产品使用环境的 特点， 还要根据具体产品特征的不同，

37、 适度地进行形态的抽象和几何概念化表达， 以有利于 满足产品生产的标准化需要。 从自然生物的角度来说， 可以选择对生物局部特征或整体特征进行直接模拟设计。 例如， 选择植物的花、 叶或者是个体植株、 植株群的形态直接模拟， 也可以选择动物的翅、尾或一 条鱼、 一群鱼等形态直接模拟； 从产品的角度来看， 可以针对产品的某一个局部进行仿生设 计，也可以对产品整体进行仿生设计， 例如家用电器的某个按钮、 人机界面或整体电器形态。 对生物形态较为直观的模拟设计， 要求在符合产品的概念及功能、 材料、 人机操作等构 成要素的需要的同时， 还要保持生物概念和形态的个性特征， 这就可能会在产品化的过程中 产

38、生矛盾和冲突。 所以一般来说， 应该在仿生设计的准备阶段， 首先充分地分析研究设计 H 标产品的概念特征以及工程产品的要素特征， 明确设计方法和目的， 然后有针对性地选择有 仿生没计价值和可能性的生物形态， 尽可能从外而内， 从局部、 细节到整体都能够较好地有 机结合、协调、 统一， 避免造成仿生设计的盲目性和单纯追求形式上的逼真和近似， 为仿生 而仿生，甚至无病呻吟。 2 4 3 生物特征的间接模拟与演变设计 对仿生设计来说，感性、 直观的思考为理性、 逻辑的思考奠定了基础。 对生物特征更本 质和整体的把握， 使许多仿生产品设计并不直接表现或引用生物的个性、 具象性特征， 而是 针对产品概念

39、和设计目标概念的需要对生物特征进行演变和转换。 可以通过类比、 联想的方 法进行形态的演变， 也可以运用逆向、夸张、 特异的方法实现概念的转换。 这类仿生设计的 产品能够更为抽象和概括性地表现生物的形态特征或自然属性， 赋予产品自然生物的感觉和 生命活力， 并且具有丰富的产品语意和一定的象征性、 思想性和风格特征， 在生动地表现产 品概念和功能特性的同时， 更加注重满足消费人群的个性审美、 思想情感和文化认同等精神 需求。 对生物特征的间接模拟与演变设计在各类产品的设计中部有体现， 其中在家具、 电子 产品的创新设计中表现得较为突出，多以抽象性的几何概念形态和有机曲面形态为主要特 征。 在多样

40、化的自然生物中，存在着许多形态的共性特征和规律，例如植物共有的根、茎、 叶、花、果实或种子等，动物共有的眼、鼻、口、耳等脸部器官和足、爪、尾、皮毛、肌肉 等肢体组成部分。这些形态共性特征和规律是进行间接模拟仿生设计的重要内容。 对生物形态的间接模拟设计， 要求在符合产品的概念及功能、 材料、 人机操作等构成要 素的需要的同时， 还要在产品最终的整体形态上具有生物形态特征。 不是具体的某个生物概 念的特征， 而是具有植物、动物或其他生物的生命感、生长感等自然特征。 从生理和心理的 认知上并不能判断其所模拟的生物的概念 （名称 ），但却能感受到产品形态所表现的形式、结 构、功能或意象的生命活力。所

41、以需要设计师对生物特性有敏锐、透彻的观察力和感知力， 对生命特征的本质理解和较强的抽象思维能力， 以及较高的形态创造、 表现和整体把握能力， 使仿生设计的产品与生物在生命意义上达到从形式到内容的和谐统一 仿生设计基本程序 仿生设计是工业设计的创新设计方法之一，所以仿生设计的过程也遵循工业设计的程 序，既有基本程序， 也有系统程序。 但在仿生设计的基本程序中， 由于初始概念的差异会造 成设计程序上的不同， 有些仿生设计是从生物概念开始到产品概念， 有些仿生设计是从产品 概念开始到生物概念。 不过殊途同归， 而且有时思维的往复和跳跃又会模糊这种差异： 所以 异曲同工也好、 按部就班也好、 歪打正着

42、也好， 仿生设计的基本程序最大的特征应该是灵活、 机动和自由、开放，有利于创造性思维活动的展开，这才是最重要自由。 3 1 1 从目标生物概念到产品概念的仿生设计 对工业设计来说，产品概念的产生与明确，产品概念从抽象到具象，从无形到有形，正 是设计活动的主要内容。 而仿生产品设计概念的建立取决于产品概念与仿生概念的生成。 产 品概念的生成涉及到符合设计目标需要的产品构成要素与产品相关因素的确定与描述， 而仿 生概念的生成与生物客观自然属性和设计主观认知与评价相关山于设计需求与 H 标的差 异，产品概念与仿生概念之间表现出不同的关系特征， 也导致仿生设计程序的不同由生物 概念主导的仿生设计， 是

43、从对自然生物的观察积累与研究发现中得到启示， 然后产生仿生的 思想意识， 进而生成生物概念， 最终在生物概念主导下寻求对应的产品概念进行仿生产品设 计。从生物概念到产品概念的仿生设计， 往往回答 “能做什么”的单纯设计研究与创新的思 考与探求， 具有一定的主动性与无目的性， 由此导致仿生设计程序和仿生学的研究程序相类 似：例如案例一“莲藕的发想” ： 3 1 2 从目标产品概念到生物概念的仿生设计 一般来说， 仿生设计有明确的目标产品， 以目标产品概念主导仿生设计为前提， 是在设 计目标明确、产品概念形成的条件下，以仿生思维与活动为主要内容的过程计划，是 H 标 产品设计程序的组成部分山产品概

44、念主导的仿生设计， 往往是在整个产品设计程序实施的 设计发想阶段， 作为一种设计发想的思维创新方法而发挥作用的在设计发想阶段， 设计目 标明确， 产品概念往往已经形成， 采用仿生设计是希望通过对自然生物的研究回答“可以是 什么”，进而生成符合设计目标与产品概念需要的仿生设计概念。大多数实际仿生设计项日 都是如此：例如案例二“为女性没汁的台式钟表” 。 3 1 3 仿生设计的基本程序 (1) 确定仿生设计概念 根据产品设计目标与产品概念的需求， 明确描述仿生的思维方式和内容方向， 具体来说， 是对与产品构成要素相对应的自然生物形态、 功能、结构、美感、意象等特征的方向性确定 与描述， 并与产品概

45、念融合形成目标产品的仿生设计概念， 然后在自然生物系统中寻求、 搜 索与仿生概念相关的仿生目标对象， 通过观察、 认知、 研究来筛选并确定对仿生设计有启迪 意义的内容、仿生设计的系统程序 (2) 仿生设计发想 所谓发想是设计活动中寻求 “金钥匙” 的过程， 是利用一定的思考技术来帮助设计师 发掘解决问题的方案。 仿生设计的发想在仿生设计概念的指导下， 凭借设计师感性和直观的 思考，以及在对具体仿生目标对象进行进一步的认识与归纳的基础上进行设计创新的探索与 尝试，然后再用理性和推理的思维方式来验证这种感性和直观认识的价值并进行修正。 在这 个过程中，奥斯本集体发想法、综摄法、希望点列举法、假想构

46、成法、设问发想法等感性和 个性的思考与理性和综合的思考一起发挥作用。 (3) 仿生设计提案 在完成前期设计发想的各种意向性草图以后， 必须以产品构成要素为核心， 综合产品 设计的相关因素，先进行一次或多次的分析、评价，而后筛选出有发展可能与价值的草图 ? 经过探讨和修正而得到比较符合产品概念和设计目标需要的若干较为详细、 完善的仿生设计 方案。 最后对设计方案进行预想效果的表现。 在这一过程中， 设计评价会以各种不同的形式 和不同的方法在各个阶段和层次进行一般会采用以下几种方法： 语义差别评价法、 发问评 价法、 标准尺度评价法、 综合 1 生评价法等工业设计所涉及的产品本身有单一的、 也有系

47、 统的，但所有的产品都会和某些相关的因素构成具有一定特征的产品系统 所以产品设计是 一个系统化的过程， 而且产品设计的活动一定是系统性的多级体系， 只不过根据不同的目的 和需要， 系统的范畴和特征有所不同： 仿生设计的基本程序是最具仿生设计特征并产生仿生 设计价值的核心， 它从属于仿生设计系统程序， 而仿生设计的系统程序是和其他类型的产品 设计系统程序相通的、较为完整的产品设计活动体系 321 设计准备阶段 通常设计准备阶段的活动主要是在企业近期或远期的投资、 制造和销售决策、 H 标计划 的基础上制定设计开发的基本方针和具体计划、 具体包括设计组织规划、 设计目的确定、 拟 定设计计划等几个部分，其中重要内容是设计调查、设计调查主要包括确定调查目标范围， 即完成产品状况调查 （产品的变迁、构成要素、生产技术状况等）、市场调查 （销售、需求等 ） 和社会环境状况调查 （自然环境、社会政治、经济、文化、生活方式、生活水平、习俗、时 尚、流行趋势等 ） ；确定收集资料的方法，可以选择访淡、问卷、网络等中的一种或几种； 拟定调查计划， 可以将时间或内容作为线索和坐标； 调查资料的整理和分析处理， 即尽可能 科学、 客观和准确地， 并以较为清晰、 直观的方式表达分析的过程和结果； 编写调查报告 （设 计企划报告的一部分 ）