體鯊魚裝：運(yùn)動(dòng)員們要想在比賽中取得好成績,裝備自然很重要.運(yùn)用了高科技的運(yùn)動(dòng)服裝能讓運(yùn)動(dòng)員們?nèi)缁⑻硪?悉尼奧運(yùn)會(huì)時(shí),仿生科技的連體鯊魚裝改變了整個(gè)世界泳壇的格局,幾乎大半以上的金牌得主都是鯊魚裝的使用者.第一代鯊魚裝模仿了鯊魚的皮膚,在泳衣上設(shè)計(jì)了一些粗糙的齒狀突起,以有效地引導(dǎo)水流,并收緊身體,避免皮膚和肌肉的顫動(dòng).第二代鯊魚裝又增加了一些新的亮點(diǎn),加入了一種叫做“彈性皮膚”的材料,可使人在水中受到的阻力減少4%.此外,還增加了兩個(gè)附件,附在前臂上由鈦硅樹脂做成的緩沖器能使運(yùn)動(dòng)員游起來更加輕松；附在胸前和肩后的振動(dòng)控制系統(tǒng)能幫助引導(dǎo)水流.
讓盲者見到光明：在植入了微小的仿生視網(wǎng)膜之后,3位失明患者不僅看到了明滅或者移動(dòng)的光點(diǎn),甚至還成功地用眼睛區(qū)別出杯子和盤子.這是在美國視覺和眼科學(xué)協(xié)會(huì)年會(huì)上公布的一項(xiàng)最新進(jìn)展.研究人員介紹說,他們研制的仿生視網(wǎng)膜薄片面積僅為4乘5毫米,相當(dāng)于人眼正常視網(wǎng)膜的約三分之一.它由硅酮和鉑材料制成,上面有16個(gè)電極,植入后可附著在天然視網(wǎng)膜上,其工作原理是用電信號(hào)刺激患者還未完全喪失功能的視網(wǎng)膜細(xì)胞,將視覺信息通過視神經(jīng)傳遞給大腦,從而部分恢復(fù)視力.仿生視網(wǎng)膜主要用于治療色素性視網(wǎng)膜炎患者.但研究人員估計(jì),這一技術(shù)經(jīng)改進(jìn)后將來也許還可以造福那些生來就看不見這個(gè)世界的盲人.
人工合成蛛絲：如果你曾經(jīng)輕推過一個(gè)蜘蛛網(wǎng),你就會(huì)感覺到在蛛網(wǎng)破裂前,它有一個(gè)拖拉伸展的過程.蛛絲正是通過這個(gè)伸展的過程吸收了許多能量,這讓蛛絲成為世界上最有韌性的材料之一.多年來,人們一直幻想能用蛛絲制作衣服,現(xiàn)在這個(gè)幻想正在慢慢變成現(xiàn)實(shí).蛛絲含有一種纖維蛋白,這種蛋白質(zhì)和存在于毛發(fā)和羊角中的角質(zhì)蛋白相似.這種蛋白分泌出來后開始變得堅(jiān)韌.通過精細(xì)的平衡水的含量,蜘蛛和蠶可以防止纖維蛋白過快固化.不久的將來,人工制造的蛛絲將可以用來制作衣服或者強(qiáng)度超高的繩索.
運(yùn)動(dòng)方向識(shí)別的神經(jīng)元功能模擬裝置
自動(dòng)報(bào)靶機(jī)
平板型復(fù)眼透鏡
側(cè)抑制微光電視
人類從蝙蝠身上得到啟發(fā),發(fā)明雷達(dá).
從蒼蠅身上得到啟發(fā),發(fā)明蠅眼照相機(jī)
自然界就是人類各種科學(xué)技術(shù)原理及重大發(fā)明的源泉.生物界有著種類繁多的動(dòng)植物及物質(zhì)存在,它們在漫長的進(jìn)化過程中,為了求得生存與發(fā)展,逐漸具備了適應(yīng)自然界變化的本領(lǐng).人類生活在自然界中,與周圍的生物作“鄰居”,這些生物各種各樣的奇異本領(lǐng),吸引著人們?nèi)ハ胂蠛湍７?人類運(yùn)用其觀察、思維和設(shè)計(jì)能力,開始了對生物的模仿,并通過創(chuàng)造性的勞動(dòng),制造出簡單的工具,增強(qiáng)了自己與自然界斗爭的本領(lǐng)和能力. 人類最初使用的工具——木棒和石斧,無疑是使用的天然木棒和天然石塊；骨針的使用,無疑是魚刺的模仿……所有這些工具的創(chuàng)造、生活方式的選擇都不能說是人類憑空想象出來的,只能說是對自然中存在的物質(zhì)及某種構(gòu)成方式的直接模擬,是人類初級(jí)創(chuàng)造階段,也可以說是仿生設(shè)計(jì)的起源和雛形,它們雖然是比較粗糙的、表面的,但卻是我們今天得以發(fā)展的基礎(chǔ). 在我國,早就有著模仿生物的事例.相傳在公元前三千多年,我們的祖先有巢氏模仿鳥類在樹上營巢,以防御猛獸的傷害；四千多年前,我們的祖先“見飛蓬轉(zhuǎn)而知為車”,即見到隨風(fēng)旋轉(zhuǎn)的飛蓬草而發(fā)明輪子,做有裝成輪子的車.古代廟宇中大殿之前的山門的建造,就其建筑結(jié)構(gòu)來看,頗有點(diǎn)像大象的架勢,柱子又圓又粗,仿佛像大象的腿. 我國古代勤勞勇敢的勞動(dòng)人民對于絢麗的天空、翱翔的蒼鷹早就有著各種美妙的幻想.根據(jù)秦漢時(shí)期史書記載,兩千多年前,我國人民就發(fā)明了風(fēng)箏,并且應(yīng)用于軍事聯(lián)絡(luò).春秋戰(zhàn)國時(shí)代,魯國匠人魯班,本名公輸般,首先開始研制能飛的木鳥；并且他從一種能劃破皮膚的帶齒的草葉得到啟示而發(fā)明了鋸子.據(jù)《杜陽雜編》記載,唐朝有個(gè)韓志和,“善雕木作鸞、鶴、鴉、鵲之狀,飲啄動(dòng)靜與真無異,以關(guān)戾置于腹內(nèi),發(fā)之則凌云奮飛,可高達(dá)三丈至一二百步外,始卻下.”西漢時(shí)期,有人用鳥的羽毛做成翅膀,從高臺(tái)上飛下來,企圖模仿鳥的飛行.以上幾例,足以說明我國古代勞動(dòng)人民對鳥類的撲翼和飛行,進(jìn)行了細(xì)致的觀察和研究,這也是最早的仿生設(shè)計(jì)活動(dòng)之一.明代發(fā)明的一種火箭武器“神火飛鴉”,也反映了人們向鳥類借鑒的愿望. 我國古代勞動(dòng)人民對水生動(dòng)物——魚類的模仿也卓有成效.通過對水中生活的魚類的模仿,古人伐木鑿船,用木材做成魚形的船體,仿照魚的胸鰭和尾鰭制成雙槳和單櫓,由此取得水上運(yùn)輸?shù)淖杂?后來隨制作水平提高而出現(xiàn)的龍船,多少受到了不少動(dòng)物外形的影響.古代水戰(zhàn)中使用的火箭武器 “火龍出水”,多少有點(diǎn)模仿動(dòng)物的意思.以上事例說明,我國古代勞動(dòng)人民早期的仿生設(shè)計(jì)活動(dòng),為開發(fā)我國光輝燦爛的古代文明,創(chuàng)造了非凡的業(yè)績. 外國的文明史上,大致也經(jīng)歷了相似的過程.在包含了豐富生產(chǎn)知識(shí)的古希臘神話中,有人用羽毛和蠟做成翅膀,逃出迷宮；還有泰爾發(fā)明了鋸子,傳說這是從魚背骨和蛇的腭骨的形狀受到啟示而創(chuàng)造出來的.十五世紀(jì)時(shí),德國的天文學(xué)家米勒制造了一只鐵蒼蠅和一只機(jī)械鷹,并進(jìn)行了飛行表演. 一八ОΟ年左右,英國科學(xué)家、空氣動(dòng)力學(xué)的創(chuàng)始人之一—?jiǎng)P利,模仿鱒魚和山鷸的紡錘形,找到阻力小的流線型結(jié)構(gòu).凱利還模仿鳥翅設(shè)計(jì)了一種機(jī)翼曲線,對航空技術(shù)的誕生起了很大的促進(jìn)作用.同一時(shí)期,法國生理學(xué)家馬雷,對鳥的飛行進(jìn)行了仔細(xì)的研究,在他的著作《動(dòng)物的機(jī)器》一書中,介紹了鳥類的體重與翅膀面積的關(guān)系.德國人亥姆霍茲也從研究飛行動(dòng)物中,發(fā)現(xiàn)飛行動(dòng)物的體重與身體的線度的立方成正比.亥姆霍茲的研究指出了飛行物體身體大小的局限.人們通過對鳥類飛行器官的詳細(xì)研究和認(rèn)真的模仿,根據(jù)鳥類飛行機(jī)構(gòu)的原理,終于制造了能夠載人飛行的滑翔機(jī). 后來,設(shè)計(jì)師又根據(jù)鶴的體態(tài)設(shè)計(jì)出了掘土機(jī)的懸臂,在一戰(zhàn)期間,人們從毒氣戰(zhàn)幸存的野豬身上中獲得啟示,模仿野豬的鼻子設(shè)計(jì)出了防毒面具.在海洋中浮沉靈活的潛水艇又是運(yùn)用了哪些原理?雖然我們無據(jù)考察潛艇設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)潛艇時(shí)是否請教了生物界,但是不難設(shè)想,設(shè)計(jì)師一定懂得魚鰾是魚類用來改變身體同水的比重,使之能在水中沉浮的重要器官.青蛙是水陸兩棲動(dòng)物,體育工作者就是認(rèn)真研究了青蛙在水中的運(yùn)動(dòng)姿勢,總結(jié)出一套既省力、又快速的游泳動(dòng)作——蛙泳.另外,為潛水員制作的蹼,幾乎完全按照青蛙的后肢形狀做成,這就大大提高了潛水員在水中的活動(dòng)能力. 二、仿生設(shè)計(jì)的歷史 自古以來,自然界就是人類各種科學(xué)技術(shù)原理及重大發(fā)明的源泉.生物界有著種類繁多的動(dòng)植物及物質(zhì)存在,它們在漫長的進(jìn)化過程中,為了求得生存與發(fā)展,逐漸具備了適應(yīng)自然界變化的本領(lǐng).人類生活在自然界中,與周圍的生物作“鄰居”,這些生物各種各樣的奇異本領(lǐng),吸引著人們?nèi)ハ胂蠛湍７?人類運(yùn)用其觀察、思維和設(shè)計(jì)能力,開始了對生物的模仿,并通過創(chuàng)造性的勞動(dòng),制造出簡單的工具,增強(qiáng)了自己與自然界斗爭的本領(lǐng)和能力. 人類最初使用的工具——木棒和石斧,無疑是使用的天然木棒和天然石塊；骨針的使用,無疑是魚刺的模仿……所有這些工具的創(chuàng)造、生活方式的選擇都不能說是人類憑空想象出來的,只能說是對自然中存在的物質(zhì)及某種構(gòu)成方式的直接模擬,是人類初級(jí)創(chuàng)造階段,也可以說是仿生設(shè)計(jì)的起源和雛形,它們雖然是比較粗糙的、表面的,但卻是我們今天得以發(fā)展的基礎(chǔ). 在我國,早就有著模仿生物的事例.相傳在公元前三千多年,我們的祖先有巢氏模仿鳥類在樹上營巢,以防御猛獸的傷害；四千多年前,我們的祖先“見飛蓬轉(zhuǎn)而知為車”,即見到隨風(fēng)旋轉(zhuǎn)的飛蓬草而發(fā)明輪子,做有裝成輪子的車.古代廟宇中大殿之前的山門的建造,就其建筑結(jié)構(gòu)來看,頗有點(diǎn)像大象的架勢,柱子又圓又粗,仿佛像大象的腿. 我國古代勤勞勇敢的勞動(dòng)人民對于絢麗的天空、翱翔的蒼鷹早就有著各種美妙的幻想.根據(jù)秦漢時(shí)期史書記載,兩千多年前,我國人民就發(fā)明了風(fēng)箏,并且應(yīng)用于軍事聯(lián)絡(luò).春秋戰(zhàn)國時(shí)代,魯國匠人魯班,本名公輸般,首先開始研制能飛的木鳥；并且他從一種能劃破皮膚的帶齒的草葉得到啟示而發(fā)明了鋸子.據(jù)《杜陽雜編》記載,唐朝有個(gè)韓志和,“善雕木作鸞、鶴、鴉、鵲之狀,飲啄動(dòng)靜與真無異,以關(guān)戾置于腹內(nèi),發(fā)之則凌云奮飛,可高達(dá)三丈至一二百步外,始卻下.”西漢時(shí)期,有人用鳥的羽毛做成翅膀,從高臺(tái)上飛下來,企圖模仿鳥的飛行.以上幾例,足以說明我國古代勞動(dòng)人民對鳥類的撲翼和飛行,進(jìn)行了細(xì)致的觀察和研究,這也是最早的仿生設(shè)計(jì)活動(dòng)之一.明代發(fā)明的一種火箭武器“神火飛鴉”,也反映了人們向鳥類借鑒的愿望. 我國古代勞動(dòng)人民對水生動(dòng)物——魚類的模仿也卓有成效.通過對水中生活的魚類的模仿,古人伐木鑿船,用木材做成魚形的船體,仿照魚的胸鰭和尾鰭制成雙槳和單櫓,由此取得水上運(yùn)輸?shù)淖杂?后來隨制作水平提高而出現(xiàn)的龍船,多少受到了不少動(dòng)物外形的影響.古代水戰(zhàn)中使用的火箭武器 “火龍出水”,多少有點(diǎn)模仿動(dòng)物的意思.以上事例說明,我國古代勞動(dòng)人民早期的仿生設(shè)計(jì)活動(dòng),為開發(fā)我國光輝燦爛的古代文明,創(chuàng)造了非凡的業(yè)績. 外國的文明史上,大致也經(jīng)歷了相似的過程.在包含了豐富生產(chǎn)知識(shí)的古希臘神話中,有人用羽毛和蠟做成翅膀,逃出迷宮；還有泰爾發(fā)明了鋸子,傳說這是從魚背骨和蛇的腭骨的形狀受到啟示而創(chuàng)造出來的.十五世紀(jì)時(shí),德國的天文學(xué)家米勒制造了一只鐵蒼蠅和一只機(jī)械鷹,并進(jìn)行了飛行表演. 一八ОΟ年左右,英國科學(xué)家、空氣動(dòng)力學(xué)的創(chuàng)始人之一—?jiǎng)P利,模仿鱒魚和山鷸的紡錘形,找到阻力小的流線型結(jié)構(gòu).凱利還模仿鳥翅設(shè)計(jì)了一種機(jī)翼曲線,對航空技術(shù)的誕生起了很大的促進(jìn)作用.同一時(shí)期,法國生理學(xué)家馬雷,對鳥的飛行進(jìn)行了仔細(xì)的研究,在他的著作《動(dòng)物的機(jī)器》一書中,介紹了鳥類的體重與翅膀面積的關(guān)系.德國人亥姆霍茲也從研究飛行動(dòng)物中,發(fā)現(xiàn)飛行動(dòng)物的體重與身體的線度的立方成正比.亥姆霍茲的研究指出了飛行物體身體大小的局限.人們通過對鳥類飛行器官的詳細(xì)研究和認(rèn)真的模仿,根據(jù)鳥類飛行機(jī)構(gòu)的原理,終于制造了能夠載人飛行的滑翔機(jī). 后來,設(shè)計(jì)師又根據(jù)鶴的體態(tài)設(shè)計(jì)出了掘土機(jī)的懸臂,在一戰(zhàn)期間,人們從毒氣戰(zhàn)幸存的野豬身上中獲得啟示,模仿野豬的鼻子設(shè)計(jì)出了防毒面具.在海洋中浮沉靈活的潛水艇又是運(yùn)用了哪些原理?雖然我們無據(jù)考察潛艇設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)潛艇時(shí)是否請教了生物界,但是不難設(shè)想,設(shè)計(jì)師一定懂得魚鰾是魚類用來改變身體同水的比重,使之能在水中沉浮的重要器官.青蛙是水陸兩棲動(dòng)物,體育工作者就是認(rèn)真研究了青蛙在水中的運(yùn)動(dòng)姿勢,總結(jié)出一套既省力、又快速的游泳動(dòng)作——蛙泳.另外,為潛水員制作的蹼,幾乎完全按照青蛙的后肢形狀做成,這就大大提高了潛水員在水中的活動(dòng)能力. 三、仿生設(shè)計(jì)的發(fā)展 到了近代,生物學(xué)、電子學(xué)、動(dòng)力學(xué)等學(xué)科的發(fā)展亦促進(jìn)了仿生設(shè)計(jì)學(xué)的發(fā)展.以飛機(jī)的產(chǎn)生為例： 在經(jīng)過無數(shù)次模仿鳥類的飛行失敗后,人們通過不泄的努力,終于找到了鳥類能夠飛行的原因：鳥的翅膀上彎下平,飛行時(shí),上面的氣流比下面的快,由此形成下面的壓力比上面的大,于是翅膀就產(chǎn)生了垂直向上的升力,飛的越快,升力越大. 1852年,法國人季法兒發(fā)明了氣球飛船；1870年,德國人奧托.利連塔爾制造了第一架滑翔機(jī).利連塔爾是十九世紀(jì)末的一位具有大無畏冒險(xiǎn)精神的人,他望著家鄉(xiāng)波美拉尼亞的鸛用笨拙的翅膀從他房頂上飛過,他堅(jiān)信人能飛行.1891年,他開始研制一種弧形肋狀蝙蝠翅膀式的單翼滑翔機(jī),自己還進(jìn)行試飛；此后五年,他進(jìn)行了2000多次滑翔飛行,并同鳥類進(jìn)行了對比研究,提供了很有價(jià)值的資料.資料證明：氣流流經(jīng)機(jī)翼上部曲面所走路程,比氣流流經(jīng)機(jī)翼下平直表面距離較長,因而也較快,這樣才能保證氣流在機(jī)翼的后緣點(diǎn)匯合；上部氣流由于走的較快,它就較為稀薄,從而產(chǎn)生強(qiáng)大吸力,約占機(jī)翼升力的三分之二大??；其余的升力來自翼下氣流對機(jī)翼的壓力. 19世紀(jì)末,內(nèi)燃機(jī)的出現(xiàn),給了人類有史以來一直夢寐以求的東西：翅膀.不用說這種翅膀是笨拙的、原始的和不可靠的,然而這卻是使人類能隨風(fēng)伴鳥一起飛翔的翅膀. 萊特兄弟發(fā)明了真正意義上的飛機(jī).在飛機(jī)的設(shè)計(jì)制作過程中,怎樣使飛機(jī)拐彎和怎樣使它穩(wěn)定一直困繞著他們.為此,萊特兄弟又研究了鳥的飛行.例如,他們研究鶙鵳怎樣使一只翅膀下落,靠轉(zhuǎn)動(dòng)這只下落的翅膀保持平衡；這只翅膀上增大的壓力怎樣使鶙鵳保持穩(wěn)定和平衡.這兩個(gè)人給他們的滑翔機(jī)裝上翼梢副翼進(jìn)行這些實(shí)驗(yàn),由地面上的人用繩控制,使之能轉(zhuǎn)動(dòng)或彎翹.他們的第二個(gè)成功的實(shí)驗(yàn)是用操縱飛機(jī)后部一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的方向舵來控制飛機(jī)的方向,通過方向舵使飛機(jī)向左或向右轉(zhuǎn)彎. 后來,隨著飛機(jī)的不斷發(fā)展,它們逐漸失去了原來那些笨重而難看的體形,它們變的更簡單,更加實(shí)用.機(jī)身和單曲面機(jī)翼都呈現(xiàn)出象海貝、魚和受波浪沖洗的石頭所具有的自然線條.飛機(jī)的效率增加了,比以前飛的更快,飛的更高.到了現(xiàn)代,科學(xué)高度發(fā)展但環(huán)境破*、生態(tài)失衡、能源枯竭,人類意識(shí)到了重新認(rèn)識(shí)自然,探討與自然更加和諧的生存方式的高度緊迫感,亦認(rèn)識(shí)到仿生設(shè)計(jì)學(xué)對人類未來發(fā)展的重要性.特別是一九六Ο年秋,在美國俄亥俄州召開了第一次仿生學(xué)討論會(huì),成為仿生學(xué)的正式誕生之日. 此后,仿生技術(shù)取得了飛躍的發(fā)展,并獲得了廣泛的應(yīng)用.仿生設(shè)計(jì)亦隨之獲得突飛猛進(jìn)的發(fā)展,一大批仿生設(shè)計(jì)作品如智能機(jī)器人、雷達(dá)、聲納、人工臟器、自動(dòng)控制器、自動(dòng)導(dǎo)航器等等應(yīng)運(yùn)而生. 近代,科學(xué)家根據(jù)青蛙眼睛的特殊構(gòu)造研制了電子蛙眼,用于監(jiān)視飛機(jī)的起落和跟蹤人造衛(wèi)星；根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)原理仿照鴨子頭形狀而設(shè)計(jì)的高速列車；模仿某些魚類所喜歡的聲音來誘捕魚的電子誘魚器；通過對螢火蟲和海蠅地發(fā)光原理的研究,獲得了化學(xué)能轉(zhuǎn)化為光能的新方法,從而研制出化學(xué)熒光燈等等. 目前,仿生設(shè)計(jì)學(xué)在對生物體幾何尺寸及其外形的模仿同時(shí),還通過研究生物系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能、能量轉(zhuǎn)換、信息傳遞等各種優(yōu)異特征,并把它運(yùn)用到技術(shù)系統(tǒng)中,改善已有的工程設(shè)備,并創(chuàng)造出新的工藝、自動(dòng)化裝置、特種技術(shù)元件等技術(shù)系統(tǒng)；同時(shí)仿生設(shè)計(jì)學(xué)為創(chuàng)造新的科學(xué)技術(shù)裝備、建筑結(jié)構(gòu)和新工藝提供原理、設(shè)計(jì)思想或規(guī)劃藍(lán)圖,亦為現(xiàn)代設(shè)計(jì)的發(fā)展提供了新的方向,并充當(dāng)了人類社會(huì)與自然界溝通信息的“紐帶”. 對人腦的探索,可以展望未來的電子計(jì)算機(jī)有可能具有生物原理的功能.同它相比,現(xiàn)在的電子計(jì)算機(jī)只能作為算盤. 對植物光合作用的研究,將為延長人類的壽命、治療疾病提供一個(gè)嶄新的醫(yī)學(xué)發(fā)展途徑. 對生物體結(jié)構(gòu)和形態(tài)的研究,有可能使未來的建筑、產(chǎn)品改變模樣.使人們從“城市”這個(gè)人造物理環(huán)境中重新回歸“自然”. 信天翁是一種海鳥,它具有淡化海水的器官——“去鹽器”.對其“去鹽器”的結(jié)構(gòu)及其工作原理的研究,可以啟發(fā)人們?nèi)ジ纳婆f的或創(chuàng)造出新的海水淡化裝置. 白蟻能把吃下去的木質(zhì)轉(zhuǎn)化為脂肪和蛋白質(zhì),對其機(jī)理的研究,將會(huì)對人工合成這些物質(zhì)有所啟發(fā). 同時(shí)仿生設(shè)計(jì)亦可對人類的生命和健康造成巨大的影響.例如人們可以通過仿生技術(shù),設(shè)計(jì)制造制造出人造器官,如血管、腎、骨膜、關(guān)節(jié)、食道、氣管、尿道、心臟、肝臟、血液、子宮、肺、胰、眼、耳以及人工細(xì)胞.專家預(yù)測,在本世紀(jì)中后期,除腦以外人的所有器官都可以用人工器官代替.例如,模擬血液的功能,可以制造、傳遞養(yǎng)料及廢物,并能與氧氣及二氧化碳自動(dòng)結(jié)合并分離的液態(tài)碳?xì)浠衔锶斯ぱ?；模擬腎功能,用多孔纖維增透膜制成血液過濾器,也就是人工腎；模擬肝臟,根據(jù)活性碳或離子交換樹脂吸附過濾有毒物質(zhì),制成人工肝解毒器；模擬心臟功能,用血液和單向?qū)?qū)動(dòng)裝置,組成人工心臟自動(dòng)循環(huán)器. 隨著對宇宙的開發(fā)、認(rèn)識(shí),又將使人類不但認(rèn)識(shí)宇宙中新形式的生命,而且將為人類提供嶄新的設(shè)計(jì),創(chuàng)造出地球上前所未有的新的裝置……仿生設(shè)計(jì)學(xué)的特點(diǎn)與研究內(nèi)容 仿生設(shè)計(jì)學(xué)是仿生學(xué)與設(shè)計(jì)學(xué)互相交叉滲透而結(jié)合成的一門的邊緣學(xué)科,其研究范圍非常廣泛,研究內(nèi)容豐富多彩,特別是由于仿生學(xué)和設(shè)計(jì)學(xué)涉及到自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)的許多學(xué)科,因此也就很難對仿生設(shè)計(jì)學(xué)的研究內(nèi)容進(jìn)行劃分.這里,我們是基于對所模擬生物系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中的不同應(yīng)用而分門別類的.歸納起來,仿生設(shè)計(jì)學(xué)的研究內(nèi)容主要有： 1、形態(tài)仿生設(shè)計(jì)學(xué)研究的是生物體（包括動(dòng)物、植物、微生物、人類）和自然界物質(zhì)存在（如日、月、風(fēng)、云、山、川、雷、電等）的外部形態(tài)及其象征寓意,以及如何通過相應(yīng)的藝術(shù)處理手法將之應(yīng)用與設(shè)計(jì)之中. 2、功能仿生設(shè)計(jì)學(xué)主要研究生物體和自然界物質(zhì)存在的功能原理,并用這些原理去改進(jìn)現(xiàn)有的或建造新的技術(shù)系統(tǒng),以促進(jìn)產(chǎn)品的更新?lián)Q代或新產(chǎn)品的開發(fā). 3、視覺仿生設(shè)計(jì)學(xué)研究生物體的視覺器官對圖象的識(shí)別、對視覺信號(hào)的分析與處理,以及相應(yīng)的視覺流程；他廣泛應(yīng)用與產(chǎn)品設(shè)計(jì)、視覺傳達(dá)設(shè)計(jì)和環(huán)境設(shè)計(jì)之中. 4、結(jié)構(gòu)仿生設(shè)計(jì)學(xué)主要研究生物體和自然界物質(zhì)存在的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用問題,適用與產(chǎn)品設(shè)計(jì)和建筑設(shè)計(jì).研究最多的是植物的莖、葉以及動(dòng)物形體、肌肉、骨骼的結(jié)構(gòu). 從國內(nèi)外仿生設(shè)計(jì)學(xué)的發(fā)展情況來看,形態(tài)仿生設(shè)計(jì)學(xué)和功能仿生設(shè)計(jì)學(xué)是目前研究的重點(diǎn).在本文中,還將著重介紹形態(tài)仿生學(xué)和功能仿生設(shè)計(jì)學(xué)的一些情況. 作為一門新興的邊緣交叉學(xué)科,仿生設(shè)計(jì)學(xué)具有某些設(shè)計(jì)學(xué)和仿生學(xué)的特點(diǎn),但他又有別與這兩門學(xué)科.具體說來,仿生設(shè)計(jì)學(xué)具有如下特點(diǎn)： 1、 藝術(shù)科學(xué)性 仿生設(shè)計(jì)學(xué)是現(xiàn)代設(shè)計(jì)學(xué)的一個(gè)分支、一個(gè)補(bǔ)充.同其它設(shè)計(jì)學(xué)科一樣,仿生設(shè)計(jì)學(xué)亦具有它們的共同特性——藝術(shù)性.鑒于仿生設(shè)計(jì)學(xué)是以一定的設(shè)計(jì)原理為基礎(chǔ)、以一定的仿生學(xué)理論和研究成果為依據(jù),因此具有很嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)性. 2、 商業(yè)性 仿生設(shè)計(jì)學(xué)為設(shè)計(jì)服務(wù),為消費(fèi)者服務(wù),同時(shí)優(yōu)秀的仿生設(shè)計(jì)作品亦可刺激消費(fèi)、引導(dǎo)消費(fèi)、創(chuàng)造消費(fèi). 3、 無限可逆性 以仿生設(shè)計(jì)學(xué)為理論依據(jù)的仿生設(shè)計(jì)作品都可以在自然界中找到設(shè)計(jì)的原型,該作品在設(shè)計(jì)、投產(chǎn)、銷售過程中所遇到的各種問題又可以促進(jìn)仿生設(shè)計(jì)學(xué)的研究與發(fā)展.仿生學(xué)的研究對象是無限的,仿生設(shè)計(jì)學(xué)的研究對象亦是無限的；同理,仿生設(shè)計(jì)的原型也是無限的,只要潛心研究大自然,我們永遠(yuǎn)不會(huì)有江郎才盡的一天. 4、 學(xué)科知識(shí)的綜合性 要熟悉和運(yùn)用仿生設(shè)計(jì)學(xué),必須具備一定的數(shù)學(xué)、生物學(xué)、電子學(xué)、物理學(xué)、控制論、信息論、人機(jī)學(xué)、心理學(xué)、材料學(xué)、機(jī)械學(xué)、動(dòng)力學(xué)、工程學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、色彩學(xué)、美學(xué)、傳播學(xué)、倫理學(xué)等相關(guān)學(xué)科的基本知識(shí). 5、 學(xué)科的交叉性 要深入研究和了解仿生設(shè)計(jì)學(xué),必須在設(shè)計(jì)學(xué)的基礎(chǔ)上,既要了解生物學(xué)、社會(huì)科學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí),又要對當(dāng)前仿生學(xué)的研究成果有清晰的認(rèn)識(shí).它是產(chǎn)生于幾個(gè)學(xué)科交叉點(diǎn)上的一種新型交叉學(xué)科. 五、仿生設(shè)計(jì)學(xué)的研究方法 仿生設(shè)計(jì)學(xué)的研究方法主要為“模型分析法”： 1、創(chuàng)造生物模型和技術(shù)模型 首先從自然中選取研究對象,然后依此對象建立各種實(shí)體模型或虛擬模型,用各種技術(shù)手段（包括材料、工藝、計(jì)算機(jī)等）對它們進(jìn)行研究,做出定量的數(shù)學(xué)依據(jù)；通過對生物體和模型定性的、定量的分析,把生物體的形態(tài)、結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為可以利用在技術(shù)領(lǐng)域的抽象功能,并考慮用不同的物質(zhì)材料和工藝手段創(chuàng)造新的形態(tài)和結(jié)構(gòu). ① 從功能出發(fā)、研究生物體結(jié)構(gòu)形態(tài)——制造生物模型. 找到研究對象的生物原理,通過對生物的感知,形成對生物體的感性認(rèn)識(shí).從功能出發(fā),研究生物的結(jié)構(gòu)形態(tài),在感性認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上,除去無關(guān)因素,并加以簡化,提出一個(gè)生物模型.對照生物原型進(jìn)行定性的分析,用模型模擬生物結(jié)構(gòu)原理.目的是研究生物體本身的結(jié)構(gòu)原理. ② 從結(jié)構(gòu)形態(tài)出發(fā),達(dá)到抽象功能——制造技術(shù)模型 根據(jù)對生物體的分析,做出定量的數(shù)學(xué)依據(jù),用各種技術(shù)手段（包括材料、工藝等）制造出可以在產(chǎn)品上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的技術(shù)模型.牢牢掌握量的尺度,從具象的形態(tài)和結(jié)構(gòu)中,抽象出功能原理.目的是研究和發(fā)展技術(shù)模型本身. 2、可行性分析與研究 建立好模型后,開始對它們進(jìn)行各種可行性的分析與研究： ① 功能性分析 找到研究對象的生物原理,通過對生物的感知,形成對生物體的感性認(rèn)識(shí).從功能出發(fā),對照生物原型進(jìn)行定性的分析. ② 外部形態(tài)分析 對生物體的外部形態(tài)分析,可以是抽象的,也可以是具象的.在此過程中重點(diǎn)考慮的是人機(jī)工學(xué)、寓意、材料與加工工藝等方面的問題. ③ 色彩分析 進(jìn)行色彩的分析同時(shí),亦要對生物的生活環(huán)境進(jìn)行分析,要研究為什么是這種色彩?在這一環(huán)境下這種色彩有什么功能? ④ 內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析 研究生物的結(jié)構(gòu)形態(tài),在感性認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上,除去無關(guān)因素,并加以簡化,通過分析,找出其在設(shè)計(jì)中值得借鑒合利用的地方. ⑤ 運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析 利用現(xiàn)有的高科技手段,對生物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行研究,找出其運(yùn)動(dòng)的原理,針對性的解決設(shè)計(jì)工程中的問題. 當(dāng)然,我們還可以就生物體的其它方面進(jìn)行各種可行性分析