仿生设计要素在产品设计中的应用
范丰源
摘要：伴随着人类社会的进步，设计、生产、消费、文化等领域都发生了日新月异的变化。在设计领域尤为突出，人们的生活观念、时空观念受设计的新思想、新形式的出现而不断变化。仿生設计的本质是通过对自然界生物进行利用、加工与再创造。本文以仿生要素在产品设计中的应用为切入点，从形态要素、色彩要素、功能要素和结构要素四方面的仿生加以论述，并结合大自然的生物哲学进行仿生设计。以期为产品设计的思想、原理、方法和途径提供新的方向。
关键词：仿生设计要素;产品设计;应用
中图分类号：TB472 文献标识码：A
文章编码：1672-7053（2021）05-0072-02
仿生设计（又称“设计仿生”）是指基于仿生学和设计理论开发的一个高新科技学科，主要涉及数学、生物学、电子学、物理学、控制论、信息论、人机学、心理学、材料学、机械学、动力学、工程学、经济学、色彩学、美学、传播学、伦理学等相关学科。仿生设计的应用不同于常规仿生学科成果，它把自然界中所有事物的“形状”“颜色”“声音”“功能”和“结构”等当作研究主题，并在设计过程中有选择地将这些特征原理与生物技术成果相结合实现应用，同时结合仿生学理论，为设计的思想、原理、方法和途径提供新的方向。换而言之，仿生设计学是仿生学的发展和拓新，是仿生学理论在人类现实生活中的具象应用。仿生设计学把自然界与人类社会生产活动相结合，实现了人与自然的和谐统一。仿生设计要素结合当下科学和技术在产品设计中进行应用，构建了新的应用思路，为今后仿生设计在产品设计中的应用提供了理论依据和技术指导。
1仿生设计要素分析
仿生设计应以“原型定位分析的原则”为基础设定要素，换而言之，根据仿生目标的形态、色彩、功能、结构等，将设计与现代科学技术相结合，并转化为可在技术领域供设计人员研究的参考数据，从而应用在具有创造性的产品生产上。
1.1形态要素
生物工程外部形态元素的提取既可以是特定的，也可以是抽象的。可从人物形态、动物形态、植物形态等中提取想要的形态要素，并进行再设计。
1.2色彩要素
色彩具有可仿生性。设计时应该对仿生目标的环境因素进行多角度分析，根据色彩的特征和视知觉心理，基于相关的色彩理论，探究其环境、颜色的变化。
1.3功能要素
实现功能的仿生必须要对研究对象的物理和化学性质有足够的了解，利用人的判断能力对其识别，以促进产品的更新换代或新产品的开发，并通过功能和位置分析获得人们对研究对象的理解。进而根据生物系统某些优异的特点来捕捉设计灵感，使其具有更优越的性能，满足了人们对功利与实用的双重需求。
1.4结构要素
内部结构具有可仿生性。了解事物形态可以使设计者通过生物体内部结构、肌肉、组织等要素进行分析，提取生物的内部典型结构元素，结合人类的认知对其进行简化，符合人们的心理需求和认知，并选择适合的元素应用到产品设计中。
2仿生设计要素在产品设计中的应用意义
从理论研究方面上看。产品仿生设计要素包括产品语义中表达的每个级别的内容，是对产品语义理论的应用和探究。仿生设计要素的研究能够解决仿生设计的感性模糊问题，并提供理性量化的设计控制方法。
从实际应用方面上看。分析仿生设计要素在产品设计中的应用，可以实现感性认知量化分析，解决形态仿生设计应用的问题，为形态仿生设计更深层次的研究提供依据。同时，仿生设计要素与产品体验关系密切，随着对产品“本体属性”设计的了解逐渐加深，人们会识别产品的形态符号，并对其产生联想。将自然的生物要素形式应用于产品的“功能属性”，激发人们的反应，并使人们准确地识别产品。
3仿生设计要素在产品设计中的应用思路
3.1形态仿生要素在产品设计中的应用
形态仿生要素应用于产品造型上主要体现在形态多样性，使产品具有不同的形式。自然中具体形态仿生要素和抽象仿生形态要素的结合可以使产品具有形式美。形态仿生设计是人们向自然学习的一个长期过程，通过积累经验，选择和改进其功能与形式，形成优化的、多元的形态设计，可以实现人与自然的和谐统一。比如，在某些地域，家长习惯于给孩子制作虎鞋、虎帽，以表达他们对防灾避邪的美好愿望。这些实物模仿老虎的具体造型，不仅具有装饰性，而且非常实用。然而，也有一些产品的形状是依据自然事物的形状、工艺和抽象形状来提取主要因素，例如基于野猪鼻子设计的防毒面具、根据鸭头形状设计的高速列车等。
3.1.1具象形态仿生要素在产品设计中的应用
具体形态是指人眼对自然界事物的客观反映。具象形态仿生具有自然、有机和灵活的特征，随着人们的主观理性思维发生转变，并真实地反映了事物的真实本质。具体形态要素是通过自然事物的形态特征附着在具体产品的设计中。如一些仿生产品是直接以混凝土形式结合复杂的工艺制成的，将仿生混凝土具象形态要素用于儿童玩具和工艺制品，会使它们更加精致。这恰恰说明，当人们无法自己感受到一些真实的事物时候，仿生混凝土的形态要素可以满足了人们对自然具象形态的审美需求。
3.1.2抽象形态仿生要素在产品设计中的应用
抽象形态是指通过人的主观感受和理性思维把握事物的本质特征，可以将抽象形态仿生元素与产品进行有效结合。当使用者在欣赏抽象形态的图像时，通常会被图形中，例如转角、风格、细节等一些特征所吸引。由此可知，人们对形态的感知不单反映在整体上，还反映在具有明显特征性的细节上。这种仿生形态要素是产品仿生形式中更高水平的体现。同一事物可以产生不同形式的抽象元素。在产品抽象形态仿生设计中，需要分析工业生产要素，运用抽象形态要素的仿生方法，结合各自产品的特点，改变自然事物的具体形象。在对抽象形态的感知和理解中，人们往往对事物的重要线条元素进行提取重构。因此，在仿生的形态要素上，产品的设计要始终保持原有的整体形象，如牛、蛇、鳄鱼、老鹰的整体形象有明显的区别。要做到这一点需要很多的尝试，不仅整体形态要和谐，每个部分的相对位置也应该保持一致。例如，为了正确反映狮子的整个图像，狮子的嘴、耳朵、头和眼睛的相对位置必须具有正确的比例。这样才能更好地表达出模仿生物的整体身体特征。
3.2色彩仿生要素在产品设计中的应用
色彩作为首要的视觉审美要素，时刻地影响着人们的视觉感受和心理情绪。人类对色彩的感觉最强烈、最直接，印象也最深刻。在设计中色彩与具体的形态相结合，可以使产品更具生命力。色彩仿生是指通过研究自然界生物系统的优异色彩功能和形式，并将其运用到产品形态设计中。例如，自然界中有很多动物如树叶蝶能随环境的变化迅速改变体色来保护自己的安全，色彩的这种保护、伪装作用被人类借鉴于国防工业。军用坦克就是很好的例子，绿色或黄褐色斑点与野战中周围的环境色近似，起到掩护主体对象不易被敌方发现，提高安全性的目的。
3.3功能仿生要素在产品设计中的应用
功能仿生要素是对自然界事物的功能原理进行剖析，探究其功能，提取适合的元素应用于产品设计。例如，科学家遵循蛙眼的特性发明了电子蛙眼，它对特定形态的物体具有精准地识别的功能。在雷达系统中安装电子蛙眼可大大提高抗干扰能力并且具有快速、精准识别某些类型的飞机、轮船和导弹的能力。电子蛙眼也广泛用于机场和交通干线，它可以监控飞机在机场的起降，在飞机发生碰撞前示警，也可以在主要交通道路上引导车辆，避免发生事故。
3.4結构仿生要素在产品设计中的应用
结构仿生要素主要通过仿生目标结构与产品结构潜在的相似性进行模拟，使产品进行优化升级。人们主要研究植物的叶子与茎、动物的骨骼与肌肉进行仿生。在结构要素仿生的初级阶段，通常以学习生物的形状为基础，例如学习鱼的形状来设计船、鸟的外形来建造飞机。产品设计和建筑设计中广泛应用结构要素仿生，经典案例就是模仿蜂巢结构的材料，其重量轻、强度高、刚度高，并且具有出色的隔热、隔音效果。人们依据蜂巢设计书架，提升空间利用率，不仅能节约材料，而且美观实用。还有人们基于啄木鸟头骨结构，设计了生活中经常使用的安全帽。为了适应啄木鸟头部与坚硬物体的长期碰撞，啄木鸟的头骨已经进化成非常坚固的结构，大脑周围有一层充满液体的海绵状骨，可以起到减速的作用。因此，人们以此为参考进行安全帽设计。
4结语
仿生设计的本质是指对自然界事物的提取、融合与创新，并非简单粗暴的仿照，比起“形式相似”，更侧重“精神相似”。从宏观角度来看，设计师需要掌握设计的各方面要素，并将其与自然生物学原理相结合以形成仿生设计。我们能够从随处可见的生物现象中学习其本质原理，并将其形态要素、色彩要素、功能要素、结构要素等融入仿生设计中，通过合适的方式将科技与艺术相结合设计产品。因许多自然界事物的特性是人类没有的，将这些因素与人类社会的现状结合起来，可以促进人类社会的发展。人们持续地设计和开发新产品，但设计的根本目标并非产品本身，而是满足人们逐渐丰富的物质层面与精神层面的需求。产品的功能满足了使用者的物质需求，而产品形式则满足了使用者的精神需求。自然物体的结构会随着时间而变化，为了满足更全面的使用需求，设计师在原生产品中融入了越来越多的仿生内设计要素，以更好地体现人与自然的和谐，适应和改进现代产品设计的发展趋势。
