仿生学原理在家具设计中的运用研究论文

仿生学原理在家具设计中的运用研究论文（通用9篇）

篇1：仿生学原理在家具设计中的运用研究论文

摘要：仿生学主要是研究生物系统的结构、功能、能量和信息控制等，并将研究成果应用于科技领域，创造出新的工艺过程、建筑结构和外观、自动化装置等的科学。文章主要阐述了仿生学原理在家具设计中进行运用的方法、技巧和案例分析，以及仿生学原理在家具设计领域发挥的重要作用。提倡仿生，让设计回归自然，赋予设计形态以生命的象征，是人类对精神需求所达成的共识。

关键词：仿生学；家具设计；运用

中图分类号：J525.3文献标识码：A文章编号：1005-5312（2014）35-0059-01

自古以来，人类依赖自然环境繁衍生息，强调人与自然的和谐共存。远古人类创造工具的历史，便是自模仿自然开始的，从原始彩陶上的鸟纹、鱼纹，到青铜器上的饕餮纹，祖先们通过形象优美的夸张和变形，创造出了让作品形神兼备的艺术境界。仿生学概念的正式提出，诞生于1960年在美国召开的第一届仿生学会议，至今不过半个世纪，至此，国内外对于仿生设计在工业设计中的运用研究取得了很大进展。家具设计也不例外。

一、家具设计之外观形态

大自然的神奇，总是能让设计师们从中发现为设计带来独具灵感的原始素材。既有斑驳岩石上的龟裂纹、屹立于荷塘之中的莲花莲叶、游弋于大湖小河的鱼虾虫蟹，更有大洋鲸鲨自在的身姿、七彩孔雀俊美的开屏、天外来客的神秘风采等，都成为了家具设计师进行设计再创造的原型载体，不断开启设计师智慧的灵感大门。

人类日常生活用品的外观形态，几乎都是源于自然物体的形态仿生，这是因为人与生物界中的动物、植物和谐共处，耳闻目睹了周围这些生灵们利用自身的奇异造型形态，呈现出各种非凡的生存本领，不由得引发出人们的模仿兴趣和想象思维，发出我们的嘴唇像一座沙发、海星像一个软垫子等等慨叹，并借助点、线、面、体、色彩、肌理等形态要素，根据比例、尺度、变化、统一、节奏、韵律等形式美法则，对生物进行的形态仿生设计。

众所周知，飞机的造型原型是蜻蜓，蝙蝠与雷达，变色龙与军事伪装设备等等，这些外观造型仿生便是利用自然界的生物形态，运用仿生学原理，结合相应的艺术和技术处理手法完成的设计，使之成为一个个既具备观赏价值，又具备使用功能的设计作品。

二、家具设计之材料运用

新材料的出现会带来新的造型工艺的更新换代，独特的家具造型也必须通过特定的材料和工艺才能实现。家具制作的材料种类不胜枚举，归纳起来有两个大类：自然材料和人工材料，这些看起来普通的材料，如果运用仿生造型的方法，结合不同的加工工艺，会使材料表面呈现出丰富多彩的肌理和质感，同时赋予家具个性化的特征。如金属材质桌椅给人的理性、神秘之感，粗糙表面的石材带来的复古、沉稳之美。

材料的不同质感总会带给人异样的心理感受，如冷暖、轻重、大小、强弱等，甚至让人产生情感的联想。另外，利用仿生学原理，结合钢管、塑料等人工材料可塑性好的特性，加工成流畅多变的产品，满足简约、现代的格调，也是现代家具设计的最受。家具的质感非常丰富，不管是光滑的、粗糙的，还是柔软的、坚硬的，都能让人感受到自然界形形色色的生物，这样有创意的家具，无论是摆放在商铺、居室，还是摆在公共场所，都非常引人注目，现代、时尚的造型会为不同空间增添一份个性与时尚。

三、家具设计之色彩搭配

色彩作为家具造型的一个基本要素，往往在第一瞬间打动人的视觉神经，吸引人的注意力。试想当我们置身于家居卖场，是一款色彩鲜艳的花卉仿生家具，还是一张色调沉闷的灰暗沙发更能让我们驻足欣赏、亲身体验，进而意欲“据为己有”？答案是显而易见的。当我们进入一个陌生的空间中，首先跃入眼帘的一定是色彩。人们一般都是由于被色彩吸引了眼球，才会有进一步去研究其造型、风格、质感的需求，甚至可以仅凭对色彩的喜爱而产生购买行为。所以，一两件“造型新颖、色彩出位”的家具完全可以成为营造空间气氛的点睛之笔。

当然，优秀的家具设计仍需讲究形式美的法则，需要遵循整体协调统一的标准。“仿生家具”的色彩更要考虑现代社会人们的审美要求。如运用花朵原型，结合热情、奔放的红色设计出的“花椅”；运用恐龙脊骨，结合纯洁浪漫的白色设计的Dino沙发；为增进食欲而设计的橙色餐桌等等，不论是高贵、典雅的咖啡色，含蓄、内敛的淡灰色，还是清新、自然的木本色，粉红、粉紫的“女性色”，都能使家具设计中的色彩自然而然倾向于富有新鲜感、刺激感、愉悦感，这些色彩由淡至深的演绎将为更多的女性消费者提供选择。

家具设计师用形态仿生原理而设计，其实既是对大自然中各种动物生态形象的赞美与关注，也是设计师对生灵形态旺盛生命力所引起的情感联想。使家具设计既能体现现代时尚之美，又不乏自然形态结构的原生态之美。

参考文献：

[1]胡望社，闻栋.建筑视觉造型元素设计创意—材质的表现与创意[J].四川建筑科学研究，2008（01）.[2]宋端树，朱宇博.现代家具设计中仿生应用之探究[J].包装工程，2009（03）.[3]陆冀宁.国外仿生造型家具的历史发展[J].重庆工商大学学报（自然科学版），2008（01）.[4]杨艳红，孙景荣，陈永贵.浅析休闲家具中的仿生设计[J].西北林学院学报，2010（06）.

篇2：仿生学原理在家具设计中的运用研究论文

【摘要】创造性思维通常源于生活，设计过程中通常需要通过生活寻找与激发创作的灵感，细致的观察力能够为设计注入不同的灵感。因此在教学过程中，教师应当培养学生对于周边环境以及生活的敏锐观察能力，在构思时应当体现出自己鲜明的风格。文章主要针对仿生设计的概念以及特点进行分析，并对其在服装教学中的应用展开讨论，为服装设计教学提供一定的参考。

【关键词】仿生设计；服装设计；教学 0.引言

如今各个行业都可能会从生命系统的外观以及结构功能中得到启发，生命系统的外观与结构为现代服装仿生设计提供了广阔的发展道路。在服装设计领域掀起的“回归自然”以及“返璞归真”的设计理念，也是受到了生命系统的影响。形态亲切与符合自然生态规律的仿生设计由此而来，仿生设计潮流使以人为本的服装设计理念有了更加深刻的思想，不仅涉及到服装设计外在形式，还关注了内在感情的流动，属于一种感性与理性向交融的新型设计理念。

1.仿生设计的概念与特点 1.1仿生设计的概念

仿生中的“生”就是自然界客观存在的物质以及自然形态，通常包括了人类文明的各类产物与意识形态，例如自然界中的动植物表现以及人类文明创作的艺术作品等。而服装设计是在一定的社会以及文化环境下，按照人们的审美需求以及物质需求，运用特定的思维形式与审美原理，将设计构想通过绘画的形式清晰的表达出来，随后选择相应的素材通过科学的[1]剪裁方式，将设计实物化。服务装仿生设计通常是以自然界以及人类社会中的元素为参照对象的艺术表现形态。服装设计中的仿生设计属于仿生设计学的范畴，是以自然界生物的法杖规律以及自然的生态现象作为根本依据，以此激发设计灵感的艺术实践活动。此外，仿生设计还能够运用在服装设计的各项要素以及服装部件与细节中，属于视觉意识范畴。1.2仿生设计的特点

第一，仿生设计具有一定的文化内涵。服装仿生的文化属于服饰文化的一部分，其能够带来丰富的社会以及物质方面的艺术的内涵。服饰设计中仿生元素的运用通常是与社会的发展相联系，例如我国有一些民族人穿着本民族崇拜的图腾样式，如此便能够真实的反映出民族的宗教信仰以及审美倾向等文化。因此，服装仿生通常是用来表现人类的艺术审美以及这些宗教等多方面的文化内涵。

第二、仿生设计能够满足服装结构的需求。人们在选择服装的过程中通常会选择较为舒适的服装，而这样的舒适通常取决与服装的款式结构以及制作的材料。服装仿生设计就是在符合审美观以及服装结构的情况下进行模仿以及创新，例如茧形轮廓的服装具有较强的雕刻般的体积感，但从穿着方面看又存在多种轻松的特质。且当今的科技发展同样促进了面料的仿生设计研究，从生态环境的特殊结构等方面获得启发，已经取得了一定的成就。

第三、服装仿生设计具有一定的审美艺术性。服装是以穿着作为表达形式，选择合适的素材，巧妙的运用表达激发，艺术化的体现出设计者的思想实用化过程。而服装仿生设计是设计向自然艺术转变的阶段，服装仿生设计通常以自然形态为素材，充分的表达设计者的思想艺术个性，在此过程中，自然空间就能够成为外在的存在因素与人类的内在情感相融合，达到人与自然相统一的境界。2.仿生在服装设计教学中的运用 2.1选择参照物

在教学过程中，自然界的万物都可以作为参照物，教师可将仿生设计的灵感概括为以下几个方面。

第一、选择动物形态作为参照物。在教学过程中，教师可使学生模仿动物的形态设计作品，还可寄托设计者的情感。性服装设计的角度看，飞燕、鱼尾以及鸽羽等都可以为学生提供创作的灵感，主要运用得当，便能够赋予作品生命力，呈现出现代感与时尚感，带来一定

[2]的艺术感染力与视觉享受。

第二、从自然物态中选择创作元素。自然物态包括山水以及离子形态，可以以具象的形式存在，也可以以抽象的形态出现。例如世界时装设计大师大师洛朗在1977年设计的“中国”系列，就是以中国满清服饰以及建筑特点为创作的源泉，法国设计皮尔卡丹也曾经在中国建筑飞檐中获得灵感，设计了肩部高耸的女装。在教学的过程中，教师可多讲解一些相关

[3]案例，带领学生进入联想的环境，从中获得灵感。自然界中的物态不计其数，且形态各异，能够为学生提供源源不断地灵感，因此在教学过程中教师应当充分的把握这些元素，引导学生尽心创作。

第三、从植物形态中获取灵感。在教学的过程中，教师可对一些植物的形态进行仿生设计，甚至可以直接模仿，或者在植物形态的技术上进行一些改变，在借助创新理念赋予植物新的含义，然后与时装造型相结合，带给学生全新的视觉感受。例如教师可根据教材中荷叶的造型的灵感设计出荷叶裙以及荷叶领等，这些元素可广泛的用于裙装以及衬衫中，为女性增添柔美的感觉。此外，多层女裙设计就是受到了自然界多瓣花的启示，层叠的曲线能够为女性增添一份轻盈美。此外还有一些采用郁金香造型的裙装以及树枝造型的头饰等，都是从植物形态中获得的灵感。在教学的过程中，教师可让学生在课前做好准备工作，选择一种植物进行设计，并说明设计的原理以及意图，教师从中挑选出优秀的作品进行展览，提高学生创作的积极性。

第四、从自然界选择服装材料。服装材料是服装设计的关键要素，仿生设计可分为两个方面，第一是面料仿生，另一种是组织肌理仿生。面料仿生一般是利用自然材质，例如动物羽毛以及植物花果叶子等元素，将这些元素直接与服装设计相结合。服装面料的设计从出现至今，一直都与仿生设计紧密相连。目前较为流行的印染方式与编制手法是流行时装较为常用的面料，其能够表现出各种不同的自然界的肌理效果。教师在讲到面料选择的时，就可挑选不同的面料让学生进行了解，并按照自己的喜好选择面料，并做出成品。

第五、植物与动物想象中选择服饰配件。从植物以动物的形象作为服装配件装饰的起源较早，人们早期就会使用大自然的产物，例如兽骨、贝壳以及象牙等作为配饰。现代配饰仿生设计具有较强的趣味性，例如项链以及挂件的仿生设计通常有水果、动物以及植物等形象。在日常生活中较为常见的有西瓜、蝴蝶以及菠萝等动植物形象被运用在服饰配件中，鸭舌帽以及瓜皮帽也是由此而来。自然界给人类带来了不同的灵感，仿生设计可以说是人类与自然[4]界沟通的桥梁。2.2抓住事物的特点

再创作的过程中，任何的一种主题以及灵感都存在许多表现形式以及手段，加上表现手法与重点的不同，较容易造成混乱的情况。在仿生设计教学中，教师应当引导学生抓住生物形态与形状造型共同特征，从形、色以及材质等方面进行合理的变化，就能够设计出新颖的服饰。只要学生能够抓住事物的特点，就很容易寻得灵感。在教学的过程中，教师可为学生制定具体的实例，例如给出鱼的主题，让学生进行创作。首先应当让学生熟悉鱼的外形与生

[5]活习性，了解鱼的形态表现，以及与服装的联系。当学生找到了鱼与服装之间的联系后，就能够找到切入点。随后教师了引导学生将鱼的动态，鱼尾、鱼鳞以及鱼纹的色彩等特点运用在服装上，找到构思的方向。确定大概的设计方向并不是服装设计的全部，想要完成设计的工作，就应当按照设计构想去细化服装其余的部分，例如穿着与细节的处理、面料与色彩的搭配、裁剪的手法以及制作工艺等，当具体的细节完成后，才能够组成完整的服装款式。3.在教学中应当注意的要点

教师在教学的过程中应当尽量寻找并运用自然界的各类资源，以自然界中的生物作为服装设计的原型，通过服饰独有的语言与自然界相结合。另外还应当运用具体的实力去激发学生创作的灵感，激发学生的创作激情比对学生灌输知识更能够促进学生的快速成长。在教学的过程中，还需告知学生，任何的一个生物与灵感都不会只有一种表现形态，同一种物体，在不同的视角与情绪下，产生的思维与设计作品是完全不同的。此外，还应当告知学生注意切入点的变化，重点关注仿生对象与服装再行，以此培养学生从不同的角度观察以及思考的能力，如此便能够使学生获得不同的灵感，创作出更多内涵丰富，更具有生命力的作品。日本著名设计大师三宅一生的理念为，设计师应当多观察，正确的捕捉生物的动态，养成用心体验的习惯。在仿生设计教学中也是一样，只有在平时养成勤于观察，勤于思考的好习惯，才能够用探索的眼光去观察世界，从自然万物中获得更多灵感，创作出更多好的作品。4.结语

[6] 现代服装仿生设计的灵感均是从历史文化中获取的，是与自然融合的结果。服饰仿生设计实质上是从形式上唤醒了人们对于自然美感的视觉审美需求，此外，还满足了人们追求[7]自然美的心里需求。服装仿生设计主要集中了具象仿生与抽象仿生手法，由于服装通常是以人为主体，服装设计是为了装饰人类的整体形态，仿生设计能够直观的反映出人体的自然美感。因此教师在指导学生的过程中应当使学生遵循自然规律，在自然中寻找设计的灵感，捕捉设计的切入点，把握设计的细节，引导学生设计出内涵丰富且极具生命力的作品。【参考文献】

篇3：仿生学在服装设计中的运用

1仿生设计的灵感来源

1.1自然界中获取

自然界是仿生设计的来源,可以用来仿生的自然物态很广,可以是抽象的自然山水,也可以是具象的物体。

1.2植物形态中获取

有很多设计师是直接用植物的原始形态作为灵感的,也有些是从原始形态所演变过来的,在原来的基础上借助于发散的思维以及手法给予自然一个新的定义,产生出一种全新的感受,与服装的造型有机地结合在一起,丰富了现代服装设计的表现力。

1.3动物形态中获取

在现在服装设计当中,也有很多拿动物作为灵感来仿生设计的,来自于动物自身的不同的外形,不同的皮毛,不同的颜色,或者是独特的纹路,如豹纹、斑马纹、蛇皮纹等等。 这些在服装设计当中很常见。

1.4人类物质中获得

随着人类对于自然的认识,比如人类在海洋、太空中的认识,事物的探索,这都产生了对于现在新的认识。例如, 树叶的纹路,DNA的对称螺旋同样是优美的形态,展现了自然生命力的形象,这些都广泛应用在现在服装的设计中。

2仿生设计的方式

2.1具体仿生

具体的仿生就是对自然界的物体直接进行模仿,就是对大自然的直接参考,这种图案造型设计是为了追求真实的记录,是设计师思想的寄托。这种设计生动活泼,直观明了, 就比如法国设计大师克里斯丁迪奥在1953年所推出的郁金香型肩线与袖子直接连接,使整件衣服上半身以一个郁金香表现出来,再之与下半身的花型的裙子的完美搭配,让整件衣服都表现出迷人的魅力。又如日本设计师三宅一生在燕子的灵感下完成了他燕尾礼服的设计。还有诸如喇叭裙,蝙蝠衫等等一系列直接模仿的仿生设计。

2.2抽象仿生

抽象仿生就是以大自然的造型作为基础,从一个具体的形状转变成抽象的形状。但是由于大自然并没有简单的线条, 都是由人们归纳得出来的线条,然后再进行创造性的构想, 人们以大自然为源泉,脱离写实的概念,用联想、创造的思维为设计添加活力。人们对于自然的认识归纳出了单纯简单的曲线,然后加以视觉上的形式美原则。如一些比较、混合、 分割、渐变的手法,生成自己视觉不相同的形象。由此可见, 抽象设计是设计师表达思想内容的一种设计方法,其造型可谓千变万化,生动感人。

2.3意象仿生

意象设计是介于具体与抽象之间,更加注重所表达的精神境界与哲学之间的联系,主要以 “形”表 “意”,以简洁的线条,丰富的色彩去表达设计师的意愿。这是一种间接的仿生设计,要求设计师有很丰富的情感去联想去创造。可以说,意象是服装设计的一种升华,由本身的内涵和特点所决定,从自然界生物体引起的联想可以产生某种感受。在服装设计中,S形及美人鱼象征曲线美; 裙装中,S形随着裙摆变化有着许多种内涵,包括曲线美、高贵、典雅、时尚、美丽、性感等等。

3仿生设计的实现方法

3.1立体裁剪

立裁是服装设计的一种造型手法,完全有着技术与艺术的双重结合,借助立体裁剪的手段可以塑造出想要的造型。 设计师运用仿生手法在人模上创作,可以边设计、边改进, 能够清晰地表达出设计师的想法。设计师在图纸上难以实现的造型,都可以在立裁中得到解决,有时候同时采用平面裁剪与立裁相结合的方法来实现仿生型的应用。

3.2剪切法

服装设计中常用的结构处理方法之一有剪切法,可以用来完成拼接、层叠等等,也可以在面料上剪出规则或无规则的开口,这样面料表面会产生一种再生的肌理效果。借助剪切法把面料剪切成自己想要的形态,表现出强烈的装饰效果。 设计师运用剪切法将仿生学运用到服装上。

3.3折叠法

折叠法是指将一个仿生对象进行折叠,通过进行重新组合后运用到服装作品上。折叠穿插组合能够有棱角分明、造型夸张的特点,折叠穿插组合也可以随体性好,规律性较强。折叠法不仅可以用在服装的局部,也可以用在服装的整体上。折叠法改变了服装基本造型的单一性,会得到新的服装造型,折叠后的造型效果保留了所形成的轮廓,层次丰富。如果设计中使用轻盈薄透的面料,那也可以设计出造型效果较为明显的效果,由于面料本身的透明使得外层清晰明,内层若隐若现的效果,这正是设计师所想要的飘渺灵动的效果。

4总结

篇4：仿生学原理在建筑设计中的应用

【关键词】仿生学 仿生建筑 设计

仿生设计学是在仿生学和设计学的基础上发展起来的一门新兴边缘学科，是模仿生物系统的结构、形体、功能原理来设计新技术系统的科学，建筑仿生则是科学与美学的有机结合。大自然中生物为了生存，在漫长的进化过程中，本能地选择生态因素最适宜的地方生长、生活，使自己的躯体适应环境，“创造”了最为科学的形体结构。在功能上形成非常复杂和高度自动化的器官系统； 在外形上形成一个色彩丰富、造型优美的形状。我们就可以在大自然中寻找解决发明创造的问题，从屡见不鲜的小小生物上，叩开一扇扇创造之门。

1仿生建筑学原理

仿生建筑学的原理就是以生物界某些生物体功能组织和形象构成规律为原理，探索自然界科学合理的建筑规律，并通过这些原理来丰富和完善建筑处理手法，促进建筑形体结构及建筑功能布局等的高效设计和合理形成。通俗地讲就是在建筑设计中引入一定的生物的特点、性能、结构和功能，使得建筑设计更加实用、更加具有美感、更加节约材料等，最终实现建筑设计的改良和优化。

2仿生设计在建筑设计中的运用内容

建筑仿生设计是仿生学与建筑设计学互相交叉渗透而结合成的，其研究范围非常广泛，研究内容丰富多彩，特别是由于仿生学和建筑设计学涉及到自然科学和社会科学的许多学科，因此也就很难对建筑仿生设计的运用内容作详细划分。基于对所模拟生物系统在建筑设计中的不同应用，归纳起来，建筑仿生设计的运用内容主要有：

（1）结构仿生。生物体和自然界物质存在的内部结构原理，是建筑设计结构设计的一个重要元素。例：植物的茎、叶以及动物形体、肌肉、骨骼的结构。

（2）形态仿生。运用生物体（包括动物、植物、微生物、人类）和自然界物质存在（如日、月、风、云、山、川、雷、电等）的外部形态及其象征寓意，通过相应的艺术处理手法将之应用与建筑设计中。

（3）功能仿生。运用生物体和自然界物质存在的功能原理，并用这些原理去改进现有的或建造新的技术系统，以促进建筑技术的更新换代或新建筑技术的开发。

（4）视觉仿生。生物体的视觉器官对图象的识别、对视觉信号的分析与处理，以及相应的视觉流程；也可以广泛应用于建筑环境设计之中。

3仿生元素在中国现代建筑设计中的应用

3.1 我国的现代仿生建筑观

我国在近现代，虽说国外的建筑仿生学研究较为迅速，仿生建筑作品也较为多样，但我们国内的仿生建筑发展速度还比较慢，其范围主要是对建筑材料、技术、设备、结构等几方面的研究，仿生建筑生态观在国内是似乎仍是一种新观念_但近年来，国内也相继出现了一些仿生建筑，如：常州的中华恐龙馆，北方的仿生薄壳式建筑（天津博物馆），2008 北京奥运场馆；水立方水本来是一种重要的自然元素，但在中国文化里，它有着深刻的含义：水能载舟，亦能覆舟、上善若水、福如东海长流水等，因为水的无形与万变，引起了设计师的思考，激发了他们的设计灵感_

3.2 水立方与仿生元素

水立方，为 2008 年北京举办的人文、绿色、科技奥运增添了不少光彩，它完美地融和了中国传统文化和现代科技，没有规矩不成方圆，鸟巢的圆与水立方的方造型，交融在一起，表达了中国“天圆地方”的设计思想，它的建材其实是对生物机理的仿生，这种仿生為建筑提供了环保的表皮，也完美地体现出了水的神韵，为了设计出更符合人居要求、更符合时代的建筑，应该在建筑的外形、材质、色彩等方面加以改革，使之与自然相融合。为了使建筑更具地方特色，彰显本土文化，成为标志性建筑，设计师们可以采用具有地方特色的艺术符号，要把优秀的民族文化传承下去。

4我国生态建筑的仿生学的研究

如果建筑能够像生物一样具备对环境的高度适应性，就能够很好地回应环境问题，向生物界学习正是生态建筑的深层内涵所在。 传统建筑学没有把建筑看作是生命循环系统的有机部分，没有从仿生的角度来研究建筑学科的发展， 生态建筑学要求建筑师有足够的生态学和环境生物学方面的知识，进行建筑研究和设计时与生态学相结合。现阶段我国对生态建筑仿生的研究可说是有很多空白。 首先，目前我国尚未有对仿生学的生态意义系统、全面的研究；其次，我国对生态建筑的仿生策略及其应用尚未有过系统全面的归纳总结和深入详尽的探讨；更重要的是，我国尚未形成向仿生学中寻找生态建筑策略的思维模式，设计套路陈旧，思路狭隘。此外，据了解，我国尚未有综合运用仿生学原理进行生态建筑设计的成功案例。生态建筑仿生的研究，能够填补这些研究空白，从而有利于启发人类从自然界中吸取灵感，合理发明创新，提出更多、更新、更完善的生态建筑仿生策略；有利于拓宽仿生学研究成果在生态建筑中的应用，改进应用方法，使之更为合理有效（有利于促进仿生科学与生态建筑设计的互渗，使生态建筑仿生设计这一交叉领域的研究系统化、专业化，并普及推广其研究成果；有利于对惯常的生态建筑研究方法进行革新，建立一套全新的设计思维模式以解放受到局限和束缚的创造力，还有利于推动相关建筑技术和工艺不断发展，付诸建筑实践，创造出更美好的人居环境。

5建筑仿生设计的运用前景

大自然的奥秘举不胜举，每当我们发现一种生物奥秘，就可能成为我们一种新的设计，也就可能带给我们一种新的生存方式。大自然在不断发展变化，生物体在不断进化完善，新的奥秘没有穷尽，我们人类在认识世界的广度上、深度上也是无边无际的。我们甚至将要进行宇宙仿生，研究宇宙空间中地球以外无数行星上可能有的生物，从而为我们的设计提供崭新的结构、功能、形态，创造出地球上前所未有的新设计来。由此可见，仿生建筑在建筑设计领域中的运用前景是十分广阔的，仿生设计元素在建筑设计中的广泛运用将使建筑艺术变得更加丰富。随着建筑材料、建筑技术和设计水平的不断发展与提高，人类的仿生建筑终归要赶上甚至超越自然界中生物的结构范畴。

6 总结

总之，仿生学在建筑设计中的应用不仅在古代能备受推崇，即便是现代也是非常我们生活追求和艺术追求的主流形式，仿生设计是在人与自然和谐统一是这一永恒不变的人类对美的追求的根本原理，我们在进行建设设计过程中，只要善于观察生活，观察自然，用心体会，就能够发现大自然之美，大自然之精髓，然后把这种美合理运用到建筑设计中，就能为人类带来生活改变的基础上，更好的实现艺术表现，总之，仿生学在建筑设计中是符合时代潮流值得我们大力推广的设计形式。

参考文献：

[1]戴志中，杨 震，熊 伟.建筑创作构思解析：生态·仿生[M].北京：中国计划出版社，2006.

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[3]董慧明，王燕玲.100年100位产品设计师.北京：北京理工大学出版社，2003年9月.

篇5：仿生学原理在家具设计中的运用研究论文

解分析教学是在直观了解案例本身的基础上,让学生根据设计方案做出评价、分析。这样有利于诱发学生的创造潜能,激发和培养学生的创新思维和分析能力。此外,设计案例分析将伴随整个设计生涯,案例教学为师生在设计T作的终身学习提供了良好的平台和基础。总之,针对设计类课程,在教学中实施案例教学法是很有必要的。

2.案例教学在设计类课程中的实施

(1案例的选择。案例是案例教学法的核心,是实施案例教学的前提。案例质量的好坏直接影响着课堂教学的效果。作为一门实践性和应用性较强的设计原理课程,教师选择案例一定要注意突出培养学生的应用能力,使案例材料既要符合教学目的,又能够真实和全面地反映设计实用性。因此在挑选案例时就必须要考虑学生已有的条件、案例的代表性以及案例所具有的实际性和启发性,并考虑案例的可讨论性。总之,案例的精心选择和积累过程是一个长效动态过程。

一般说来,设计类课程的案例教学要求教学案例具有以下几大特点: 真实性。对于设计类课程来讲,已有的设计案例或者已建成的作品将成为我们的主要分析对象。从这点来讲,我们的案例最好是选取学生可以亲身体会其基地环境或者空间和细节的作品或建成环境。

完整性。指尽可能地搜集设计方案及建成作品的相关资料。一般情况下必须包括作品的背景、设计师、相关的设计图纸和设计细节。

典型性。对于设计类课程来讲,设计案例的选择应该具备典型性,尽量选取经典案例来分析、学习,这样更有利于学生的长久影响。

启发性。案例分析的角度和要点的体现必须精心分析、准备,力求每一案例都能够引人深思,启迪思路,进而深化理解教学内容。

时空性。设计案例置于一定的时空框架之中,不仅包含了空间本身特点,还有场地、人文因素。

(2案例教学的基本方法。案例教学的基本方法可分为讲授法及讨论法。讲授法是指以教师为丰导,通过教师对案例的讲述,说明基本理论,以加深学生的理解和印象。讨论法即在教师指导下,以学生为主体进行讨论的一种教学方法。在具体教学过程中可分为两种方式。一是讨论式:由教师根据案例内容,提出要求和讨论题,由学生分小组或全班开展课常讨论,再由教师总结评析。二是模拟式:它是由学生参与“设计分析”,再现设计概念的内在关系,然后引导全体学生一同研讨交流。

上述方法在设计时可以单独运用,也可以综合运用。为了有效地参与讨论,建议学生一方面尽可能把大量的笔记留在课后完成,集中精力参与讨论;另一方面,对每一次案例讨论都要积极争取发言。

(3案例教学的表达方式。设计类课程在实施案例教学法的过程中,选择好适宜的分析表述方式是一个关键问题,设计类课程尤其要注重图解的思考、分析和表达，这也应该成为景观设计案例分析表达应有的特点。我们的景观设计原理课程中案例教学法的实施除了传统的叙述、讨论、讲解之外,还选择

圈了以案例的图示与图解的分析表达为核心的分析表达方式。

四、案例教学法在景观设计原理课程中的实施 1.案例教学框架及案例选取

案例教学一般要求对案例教学过程中所采用的形式、步骤及手段做出规定。它必须根据教学内容、教学目的需要而设置。

(1案例教学框架。紧扣景观设计原理及其课程设计的教学任务,本次教改在课程的三个教学阶段中实施了案例教学。教学流程图如图1所示。

图1教学流程圈

其中,案例分析的图解分析为核心的操练阶段,是整个案例教学体系的基础,以教师的授课为核心,案例分析的运用是“教学相长”案例教学的主要内容,案例分析的综合是最后呈现的课程设计文本的综合表达。三个阶段是循序渐进的过程,通过这个过程,学生充分理解案例分析的重要性并基本掌握设计分析思维和表达方法。

(2案例的选取。为J,加强图解思维和图解表达的操练,在认知景观基本原理学习阶段的案例选取上主要体现了案例真实性原则。

分析对象是学生有机会去切身体会的,学生在现场可以揣摩分析景观元素及空间要素的构成,进而理解景观设计的内容和基本手法。本次教改实践中,主要选择r瑞安火车站设计分析,杭州两泠印社外部空|.日J设计分析,浙江理工大学校园18号楼前绿地分析.浙江理工大学图书馆轴线空间分析以及理工后花园等案例作为操练和运用图解分析法的案例。此外,理上校园校前区改造设计则作为本次课程设计的内容来实施。在具体的实施手段上,讲授法及讨论法相结合,最后的成果落实丁图解分析表达。

2.图解分析法的操练和运用

(1图解分析法的操练。操练步骤大致为:介绍图解分析法◆分发有关设计案例资料◆解读案例◆完成图解分析教师将事先印制好的设计案例平面图分发给学生,或运用投影仪、多媒体呈现案例;也可以当堂叙述适宜难度的设计概念或者案例,让学乍即时快速绘图进行课堂讨论。教师在这里需事先

教授图解分析语言——设计分析常用图例符号,并给出案例分析 万方数据

篇6：机械原理课程设计仿生水母

设计说明书

设计题目：仿生水母 机电学院：08-713班

小组成员：2008071315张玉涛

2008071329刘 琦 2008071302高 爽

专 业：机械设计制造及其自动化 指导老师：孔凡凯

2010年7月10日 哈尔滨工程大学

目录

1.设计简介 ………………………………………………１

1.1设计题目 ………………………………………………１ 1.2设计目的 ………………………………………………１ 1.3水母的生物模型研究 ………………………………… 1 1.4国内外研究成果 ……………………………………… 2

2.设计方案 ………………………………………………4 2.1外部动力传递部分设计…………………………………4 2.2主动力部分设计…………………………………………4 2.2.1方案一………………………………………………4 2.2.2方案二………………………………………………5 2.2.3方案三………………………………………………6 2.2.4方案四………………………………………………7 3.分析总结………………………………………………… 7 4.心得体会………………………………………………… 8 5.设计者及机构模型图片………………………………… 9

机械原理课程设计报告

一、设计简介：

1、题 目：《仿生水母》

2、设计目的：

I.我们国家海域辽阔，防御和侦察起来比较困难。可将仿生水母安装上传感器或微型摄像头并将其投放到远海，进行侦查监控工作，并通过卫星将数据及时传送到陆地指挥部。

II.在仿生水母身上还可以装上次声波探测器，用于预报海啸、台风等自然灾害的到来。

III.在仿生水母上面加装搜索、救援装置，发生灾难时可进行水下搜救工作。IV.目前常规动力推进存在噪声大、效率低等缺陷，可在此基础上进一步研究访水母动力推进器。

3、水母的生物模型研究：

水母，是海洋中重要的大型浮游生物。水母寿命很短，平均只有数个月的生命。水母是无脊椎动物，属于腔肠动物门中的一员。全世界的海洋中有超过两百种的水母，它们分布于全球各地的水域里。水母身体外形像一把透明伞，伞状体直径有大有小，大水母的伞状体直径可达2米。从伞状体边缘长出一些须状条带，这种条带叫触手，触手有的可长达20米～30米，相当于一条大鲸的长度。浮动在水中的水母，向四周伸出长长的触手，有些水母的伞状体还带有各色花纹。在蓝色的海洋里，这些游动着的色彩各异的水母显得十分美丽。水母的种类有很多，但运动机理都大致相同，都是通过腔体的收缩，将水挤出产生推力。本文采用的水母是隶属于立方水母纲的黑星海刺水母。如下图所示。

4、国内外研究成果： 多年来，国内外做水母研究的机构有很多，也取得了很多令人兴奋地成果。下图一所示为美国最近研制成功的一种仿生水母，利用直流电机提供动力，采用双曲柄机构实现急回，并利用巧妙杆结构将运动传递给触手，使其做平稳的周期急回运动，推动水母前进。下图二所示为哈尔滨工程大学学生于2007年研制成功的仿生水母机器人。此机器人采用仿生材料制成，动力主要由SMA（形状记忆合金丝）和ICPF（高分子聚合物材料），机械结构方面设计简单。下图三为哈尔滨工程大学张立勋老师研制成功的仿生水母，主要靠皮囊的排水推动前进，动力由电磁铁的吸合提供。

图一

图二

图三

二、设计方案：

此仿生水母机械结构部分主要由两部分组成：

一、外部动力传递部分。

二、主动力提供部分。详细介绍如下：

1、外部动力传递部分：

机构运动简图：

L1:L2:L3:L4:L5=35:25:30:32:35

2、主动力提供部分：

此部分有以下几种设计方案： 方案一：。

机构运动简图：

原理：1带动2上升到上极限位置后，触发装置使1与2分离，在弹簧的拉力作用下将2及与2连接的外力传动部分的相应机构迅速下降，从而使触手收缩，推动水母运动。下图为实验模型：

机构优缺点分析：结构复杂，稳定性差 方案二：

机构运动简图：

原理：此机构为棘轮、曲柄、四杆机构的组合，主轴带动棘轮、几轮带动曲柄逆时针旋转，当曲柄端部运动到顶端后，根据棘轮离合特性，在弹簧拉力作用下去并迅速回转，实现急回；四杆机构实现运动的形成放大使滑块的行程等于四个曲柄半径。

机构优缺点分析：还是利用弹簧提供迅速收缩力，与方案一相比省去触发装置，与方案三相比曲柄半径减小节省空间，但结构复杂、不易加工。

方案三：偏心曲柄机构

机构运动简图：

原理：

利用偏心曲柄的急回特性实现触手的迅速收缩。下图为实验模型：

机构优缺点分析：结构简单但急回特性不明显。方案四：双曲柄机构

机构运动简图：

原理：

利用双曲柄机构急回特性实现触手迅速收缩。机构优缺点分析：

机构复杂、加工有一定困难，但急回特性明显。

三、分析总结:实践证明方案一机构过于复杂、笨重，且稳定性、可靠性较差，基本运动可以实现，但存在无法变速的缺点；方案二与方案一相比，虽然依然很复杂但比较巧妙，仍然存在无法变速的缺点；方案三结构虽然简单，但急回特性不是很明显；方案四结构复杂，急回特性明显，可以实现自由调速。现在拟选用方案二或方案四。

四、心得体会：

课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程。”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义。我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。

说实话，课程设计真的有点累。然而，当我一着手清理自己的设计成果，漫漫回味这一段时间的心路历程，一种少有的成功喜悦即刻使倦意顿消。虽然这是我刚学会走完的第一步，也是人生的一点小小的胜利，然而它令我感到自己成熟的许多，另我有了一种”春眠不知晓”的感悟。通过课程设计，使我深深体会到，干任何事都必须耐心，细致．课程设计过程中，许多计算有时不免令我感到有些心烦意乱：有两次因为不小心我计算出错，只能毫不情意地重来。但一想起老师平时对我们耐心的教导，想到今后自己应当承担的社会责任，想到世界上因为某些细小失误而出现的令世人无比震惊的事故，我不禁时刻提示自己，一定呀养成一种高度负责，认真对待的良好习惯。这次课程设计使我在工作作风上得到了一次难得的磨练。短短几天的课程设计，使我发现了自己所掌握的知识是真正如此的缺乏，自己综合应用所学的专业知识能力是如此的不足，几年来的学习了那么多的课程，今天才知道自己并不会用。想到这里，我真的心急了，老师却对我说，这说明课程设计确实使我你有收获了。老师的亲切鼓励了我的信心，使我更加自信．

最后，我要感谢我的老师，是您严厉批评唤醒了我，是您的敬业精神感动了我，是您的教诲启发了我，是您的期望鼓励了我，我感谢老师您今天又为我增添了一幅坚硬的翅膀．今天我为你们而骄傲，明天你们为我而自豪

篇7：仿生学原理在家具设计中的运用研究论文

关键词：结构仿生学；工程机械；结构设计；应用研究

在自然界中，每一种生物都经历了亿万年的自然进化和优胜劣汰，最终能够生存下来的物种必定拥有一些非同寻常的能力和特性。仿生学正是通过研究生物物种的某些结构、形态以及功能特性来模仿设计出相应的机械设备和装置，进而更好地服务于社会，提升人们生产生活的品质。许多工程机械设备的发明改进都与仿生学有着千丝万缕的联系，例如最初飞机的发明就是基于结构仿生学的设计理念，对鸟类身体构造进行仿生，最终制造出能够像鸟类一样飞翔的机械。仿生学是一门综合性较强的学科，目前已经开始应用于各项工业设计，在工程机械结构的设计过程中应用“仿生”概念，不仅能够大幅度地提高机械性能，甚至还有可能探索并开辟出革命性的设计思路。

1仿生学的基本概念和理论

仿生学是一门综合性十分强的古老学科，包含了自然生物学、材料物理学和数学建模等多种知识的交叉[1]，主要研究对象囊括动物、植物和微生物在内的整个自然界，可以说，仿生学的应用研究是人类不断认识自然、了解自然、挖掘自然潜力的过程，总体来说可以分为形态、功能和结构仿生。

1.1形态仿生

在自然界中，每种生物都拥有各自独特的外在形态，而这些形态都是经过上亿年自然选择的结果，其中必然隐藏着某些物种赖以生存的特性能力。通过对生物形态的系统研究，工业产品对其形态进行模仿再现，进而还原这些生物特性并最终体现在产品之中。例如海豚具有流线型形态，在水中游动时的阻力相对较少，因而游速较快，基于这一点，现在汽车外形大多数对海豚形态仿生，模仿设计出流线型的车身，这在很大程度上较少了汽车运行过程中的空气阻力，提高了汽车的运动性能。

1.2功能仿生

在自然界生存的每一种物种都具备与恶劣环境相抗衡的生存功能，正是这些功能保证它们能够经受得住“优胜劣汰、适者生存”的自然法则。功能仿生就是通过研究生物体某些特殊功能并弄清其运作原理，进而将这些功能应用到产品设计之中，使得产品具有生物体同等功能，同时这也是人类不断创新进步的重要源泉。功能仿生在产品设计中的应用十分广泛，例如蝙蝠具有发射超声波的功能，所以能够夜间飞行，设计者对这一功能进行仿生最终制造出雷达，并广泛运用于军事领域。

1.3结构仿生

在很久以前，人类已经开始认识到不同生物体结构各自所表现出迥异的功能特性，例如鱼的尾巴能够自由地控制方向；细长的柳条能够承受巨大的力矩；柔弱的蛛网可以经受住大风等。结构仿生主要以生物体的结构特点作为研究对象，并且对结构原理进行深层次地剖析，进而在产品设计中植入相应的构造已达到同等的功能效果。例如蜂窝结构是无数个正六边形镶嵌拼接而成，具有良好的稳定性，将这一结构应用到汽车轮胎之中能够有效地控制轮胎形变，避免爆胎。

2结构仿生学在工程机械结构设计上的具体应用

工程机械在结构设计要综合考虑各方面的因素，尺寸规格、部件连接和工作装置对机械性能都至关重要，因此结构仿生学应当从这几方面入手对工程机械进行仿生设计。

2.1外形尺寸的结构仿生应用

在生物界中，外形结构尺寸对于生物体的功能特性起着十分关键的重要，例如蚂蚁能够运载比它身体质量重数倍的物体，这在很大程度上归功于蚂蚁外形的尺寸构造。蚂蚁的头部和胸部结构紧凑且灵活，腹部与胸部间依靠三节腹柄来支撑受力，这些独特的外形及合适的尺寸为其赢得了“大力士”的美誉。通过对蚂蚁身体的结构尺寸比例、重心位置及运动方式的研究，设计人员对装载机、挖掘机、自卸车等工程机械的外形尺寸进行了结构仿生，重新定义了桥荷比值，而且也可以通过设计根据工况自动调整的重力平衡装置，从而保证了机械能够在满载情况下仍具有高稳定性和高效率作业能力。

2.2连接部件的结构仿生应用

在生物界生物一直都很擅长利用有限的空间和结构以利于自身的运动，增强对环境的适应能力。生物结构的受力情况十分均匀，很少出现应力过大的区域，所以形成的结构也多是优化的力学结构。基于这一点，工程机械中一些连接部件的设计都进行了结构仿生，具体而言分为以下三种方式：（1）模仿竹节结构、树木的板根结构、王莲的网状助板结构，对直接受力的支撑构件、主要受力结构进行结构加强；（2）较多的采用光滑的曲线作为结构的形线，能有效的减少由于形状或结构的突变引起的应力集中现象。（3）改进结构形式和润滑条件，减少连接结构的能量损失，提高联接结构的可靠性，延长部件的使用寿命。

2.3工作装置的结构仿生应用

人类手的结构十分精巧，对人类的生存来说十分重要。人类的手部结构紧凑，抓握动作灵活稳定，功能强大。人们对了人类部结构的研究巳有较长的历史。而真意义上能实现灵活动作的仿生则是仅有几十年的时间。由于“灵巧”的研究具有很强的应用价值，各国对其都格外重视，也是少数几个一直没有闻断的仿生学研究课题，美国、本、欧洲等国都在“灵巧手”方而的研究投入了大量的科研精力，由德国中航中心与哈尔滨工业大学合作研发的HIT/DLR机器人灵巧手，结构和功能与人体手几乎一样，可以自由活动并能够轻松提取重物[2]。

总而言之，随着人类对自然界的不断探索和了解，许多生物体结构的仿生功能将会广泛应用工程机械设计之中，这将极大地提高机械性能，进而更好地为整个社会服务。

参考文献

[1] 叶青会；陶健等 仿生学原理在空间结构中的应用[J] 结构工程师，2010（26）

篇8：仿生设计在工业设计中的运用

本文所阐述的仿生设计研究对象主要以应用于工业设计之中的自然生物的“形态”、“结构材料”、“功能”、“色彩”四个方面为主。

一、仿生物形态的设计

仿生物形态的设计主要是单纯具有类似于生物外部形态的产品设计，是对生物最具视觉特征的部分进行单纯性、视觉化的再现，是在对包括动物、植物、微生物、人类等所具有的典型外部形态的认知基础上，寻求对产品形态设计的突破与创新。它强调对生物外部形态美感特征与人类审美需求的表现。仿生物“形”的产品设计以利用和体现生物平面外形特征为主，在把握其个性与共性特征的基础上，选择符合产品设计概念和要素要求的生物静态的平面“形”进行设计模拟、再现、演变转化。在对生物“形”的素材进行提炼加工和抽象概括基础上，突出具有鲜明生物个性的外形特征和美感，最终结合产品概念和设计要求进行合目的性和合规律性的仿生设计。针对生物的“态”的产品模拟演化设计，应当根据要求选择有价值的仿生对象，然后对仿生对象进行空间、立体和时间等多层次的认知研究。从不同的环境条件出发，对其不同姿态和美感特征进行观察、记录和概括，寻求最佳的设计原点。成功的仿生设计产品由于生物动态与产品功能、操作和使用动态的巧妙结合，使产品语意更加清晰、明确，产生形象生动的类比与联想的效果，从而使产品的功能与形态更好地融为一体，互为共存。例如乔纳坦·德·帕斯、多纳托·德·乌毕诺、保罗·洛马其三位设计师创作的“五指型”座椅，尽管这件灵巧的家具设计的外形并不能很好地体现椅子的功用，但它依然充分展现了那个时代的设计精髓，因其出色和独特的造型，“五指型”座椅成了风靡那个时代的家具产品。

二、仿生物结构和材料的设计

随着科学技术的发展和社会人文方面的进步，仿生物结构和材料已成为设计的新原理、新方法和新途径，在工业设计中占有重要的地位。只有对自然界中的优秀结构实例进行深入的观察分析和研究，才有可能探索出更合理的应用结构形式。自然界的生物经过了亿万年的进化与演变，令存在于世间的每一种自然生物都拥有自身巧妙而实用的、合理的、完整的形态和独特的结构。结构仿生设计学主要研究生物体和自然界物质存在的内部结构原理在设计中的应用问题。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。例如蜂巢由一个个排列整齐的六棱柱形小蜂房组成，每个小蜂房的底部由三个相同的菱形组成。经近代数学家精确计算而知这种结机是最节省材料的结构，且容量大、极坚固，令许多专家赞叹不已。人们仿其构造用各种材料制成蜂巢式夹层结构板，强度大、重量轻、不易传导声和热，是建筑及制造航天飞机、宇宙飞船、人造卫星等的理想材料。根据这个特征，设计师们还将移动信号的网络覆盖模式设计成“蜂窝状”，试验证明这种结构下材料最节省，覆盖的信号最佳。

三、仿生物功能的设计

“虽有千金之玉卮，至贵而无当，漏不可盛水，则人孰注浆哉?” (《韩非子·外储说右上》) 非常珍贵的玉质容器如果没有底，其功能还不如一个普通的瓦制容器。可见早在中国古代人们就有关于实用功能的价值意识。伴随着人们物质生活水平的极大提高，“功能”的内涵有了相应的延伸与发展，不仅包括使用功能还涉及审美及文化等多种因素。自然界中的各种各样的动植物能在恶劣复杂的环境中生存与运动，正是其运动器官和形体与恶劣复杂环境斗争进化的结果。植物和动物在几百万年的自然进化中，不仅完全适应自然，而且其进化程度接近完美。虽然“功能决定形式”的论调在现代社会受到了极大的质疑，但是我们在选择和评价现代产品时，还是应以其是否能满足人们在物质功能上的需求作为重要标准。因此在今天科学技术飞快发展的时代，我们学习和利用生物系统的优异结构和奇妙功能，已经成为技术革新的一个新方向。例如受蝴蝶身上的鳞片可以随阳光的照射方向自动变换角度而调节体温这一功能的启示，科学家们将人造卫星的控温系统制成了叶片正反两面辐射、散热能力相差很大的百叶窗样式，在每扇窗的转动位置安装有对温度敏感的金属丝，随温度变化可调节窗的开合，从而保持了人造卫星内部温度的恒定，解决了航天事业中的一大难题。

四、仿生物色彩的设计

视觉是人接受外部信息的主要感觉系统，在与视觉相关的产品要素形、色、质中，色的作用是主要的。自然表象中的色彩可以根据色彩的物理、化学性质和人对色彩的知觉规律，按一定的方法归纳、抽象、组合和再造，最终实现色彩的和谐和价值。随着追求感性化时代的到来，产品色彩的语言功能越来越引起重视，利用生物色彩的原理和特征辅助产品功能的实现和语意的表现，是产品设计创新的重要手段。对于自然生物来说，色彩的色相、明度、纯度以及色调只是生物及环境综合整体的一部分，与生物自身形态、结构功能以及生存环境密切相关，是不能独立存在。而产品的色彩往往与其形态、结构、功能、操作和使用环境、品牌意象等因素相联系，同样不能孤立地随便进行色彩的设计。所以自然生物色彩所反映出来的与各相关因素的关系特征对产品色彩的系统性设计具有重要的意义。对于产品设计来说，生物色彩的模拟主要是在客观认知生物色彩的基础上，直接利用生物色彩的要素、形态、功能等关系特征，结合产品设计的概念特征和设计目标的需要，对生物色彩进行直观的模拟。仿生物色彩设计是把自然生物色彩作为取之不尽、用之不竭的设计源泉，将科学抽象的色彩规律与感性直觉的色彩把握相结合，为产品色彩设计开拓新的领域，创造独特的产品色彩视觉效果，丰富产品语义与造型语言的表现力。例如科学家通过对蝴蝶缤纷的色彩，尤其是对翼凤蝶的萤光色丰富的变换特征的研究，利用蝴蝶的色彩在花丛中不易被发现的道理，在军事设施和军服上，模拟生物的色彩伪装功能，这些迷彩服和迷彩装备为军事防御带来了极大的裨益。

古代人类很多生活用品的发明都源于自然生物，相传鲁班因为被野草割伤而从野草的锯齿状边缘获得启发，发明了锯子。今天的生活更是处处有仿生学成果：大的如飞机，其外形来自鸟类高空滑翔的姿态;小的如荧光灯和节能灯，根据萤火虫等发光生物的化学发光原理而设计;更专业的如2008年北京奥运会游泳运动员身上的由美国宇航局科学家参与研制的Speedo LZR RACER泳衣，模仿鲨鱼皮的原理，经过超声波粘合结合成型，可以使运动员的腹部处于最佳泳姿，令运动员们多吸入5%的氧气，从而在奥运场馆“水立方”里打破了多项奥运会记录。可见，仿生设计是人们在解决问题时行之有效的途径之一。工业设计积极运用仿生学原理进行产品创新，或大胆地将仿生技术运用到产品设计中，是非常值得赞扬和推广的一种设计方法。被喻为仿生设计先驱的德国设计师路易吉·克拉尼就说过：“我所做的无非是模仿自然界向我们揭示的种种真理。”从科拉尼的设计作品中我们不难看出他的作品绝不是自然的简单再现，而是借助自然的强大生命力寓情于物，表达一种强烈的生命意义。

自然的人机界面与和谐的人机环境已逐步变成信息世界关心的焦点。因此，仿生设计使产品有更加完备的功能性界面和更加自然和谐的情感性界面，更好地满足了人的需求。作为人类社会生产活动与自然界的契合点，仿生性设计思维使人类社会与自然世界达到高度的和谐统一，仿生设计势必成为工业设计发展创新的主要手段之一。

篇9：仿生学原理在家具设计中的运用研究论文

【关键词】仿生学；科学原理；机械设计；应用

仿生学是指模仿生物建造技术装置的科学，它是一门集生物学、工程学和数学为一体的现代边缘性科学。仿生学的应用已经有一定时间，并且已经取得了非常大的成就，最典型的例子莫过于通过分析鸟类的飞行原理而进行的飞机发明。近年来，仿生学更是应用在智能机器人、雷达、声纳、人工脏器、自动控制器、自动导航器等多个科学研究领域中。可以说，其在机械设计领域的发展中所起到的作用越来越突出，科技地位越来越重要。现本文主要研究了其在机械设计领域中的具体应用。

1、仿生学原理

1.1外形仿生

外形仿生作为一种最常见的设计方法，在建筑和新材料的设计中得到广泛应用，同样也可应用于机械设计。蝼蛄、小家鼠等动物具有优良的挖掘功能。研究发现这几种动物挖掘足的爪趾内轮廓线大多是变曲率曲线，如穿山甲爪趾的爪尖是一面为斜面的圆锥楔形，爪尖顶端圆钝，楔面能分散土壤压力，减小触土面积，从而降低土壤阻力，使爪趾具有较强的入土能力和较好的脱土效果。这种有利于减粘降阻的结构在外形上与某些弯曲型深松部件极为类似，为改进深松部件几何形状，优化切削性能提供了仿生学研究的基础。

1.2结构仿生

（1）非光滑表面的仿生设计

①耐磨 地面触土机械部件失效的主要原因是磨料磨损。为了减少磨料磨损，人们一直在寻找新型的耐磨材料。在一般机械耐磨设计中，多采用硬化技术来提高构件的硬度和刚度，以此来增大耐磨性。但是这种耐磨技术并不能从根本上解决机械部件的磨损问题。而通过仿生学原理，则可以很好的提高机械部件的耐磨性能。这里所用到的仿生学主要是根据生长在粘湿土壤中动物所具备的生物特性来决定的。这些动物为了能够更好的适应环境，其体表都具有几何非光滑的特点，因而在与粘湿土壤接触时不会产生过大的摩擦力，并且能够起到一定的减阻作用，增大体表的耐磨性。若能够对地面触土机械部件的表层进行类似的结构设计处理，必将大大提高这类部件的抗磨性。

②防粘 穿山甲、蜣螂、螃蟹、泥鳅、步甲、蝗虫、潮虫是生活在粘湿环境中的典型土壤動物。通过对它们的防粘特性研究，发现这些动物体表都是一种非光滑鳞片形式。例如穿山甲除腹部及四肢两侧外，全身几乎都厚厚的瓦状角质鳞片所覆盖，且这些鳞片的形状都不是光滑结构，但大小与分布都较为均匀，并且其护蜡层、蜡质层都属于疏水性物质，因此其在泥水中游动时可以更加灵活，不会受到太大的阻力，也不会粘在身上泥水。若能够将穿山甲这种宏观非光滑表面结构的生物特性应用在土方工程的机械设备或工具材料中，则能够将这些原本是亲水性的金属材料变为疏水性，从而很好的提高其在土方工程应用中的减粘降阻性。

（2）仿生涂层设计

人们通过对生物体进行解剖研究发现，生物的微组织结构主要可分为层状结构与矩阵结构，此外还有折叠、螺旋等结构形式。人们通过模拟皮肤、血管壁、海螺壳等层状结构设计成耐磨涂层。模仿自然生物体海葵、海螺的结构设计，在微机电系统中人们开发出很簿的涂层体系。模拟生物结构的矩阵结构，对陶瓷结构进行改性，设计出高韧性陶瓷等。海螺壳、蛤喇壳是生物体通过把强度很低的碳酸钙整合后才具有的较高强度。有鉴于此，现在人们通过以下二种途径来实现整合涂层：一是有效排列分子，使其呈DNA螺旋结构，达到较高的机械强度；二是采用不同的材料组合成整合涂层，从而具有更高的机械强度和摩擦性能。

1.3功能仿生

功能仿生的目的是使人造的机械具有或能够部分实现高级动物丰富的功能，如思维、感知、运动、操作等，这在智能机器人的研究中具有重大意义。目前在工业领域中应用的机器人以焊接、装配、喷涂、搬运等工作为主，其共同特征是作业方式单一、缺乏变化。但是随着社会发展，机器人需要在更加宽泛的领域得到应用。除了进行生产之外，生活、娱乐和享受对于人类来说同样不可缺少，活动方式和身体结构酷似动物的仿生机器人将在这方面大显身手，如防灾救援和教育娱乐等。对人的独特思维功能的仿生是仿生机器人领域的最高目标。

2、仿生学原理在机械设计领域中的具体应用分析

2.1触土机械的设计

（1）钻头 在钻探工作中，经常会遇到钻头泥包问题。吉林大学正在研究设计一种仿生钻头，这种钻头的体表面仿造穿山甲背部鳞片的分布形式，钻头的切削齿仿造穿山甲的爪趾形状，以达到在泥质岩中钻进时减粘、降阻、脱附，有效地防止钻头泥包现象，提高机械钻速。

（2）深松部件 通过在室内大型土壤进行耕作试验，测定各种深松部件耕作以后土壤的宏现扰动轮廓和耕作阻力，结果表明郭志军等制作的外形仿生弯曲型深松部件的深松阻力取得最小值。

（3）推上板 在进行土壤切削试验时，丛茜等设计的仿生非光滑鳞片形推上板不易发生粘附，与光滑的推土板相比平均降低推土阻力15%左右。

2.2复合涂层体系的设计

仿生非光滑耐磨复合层的设计原则是由软、硬多相材料交替叠层形成的非光滑表面，具体来说就是将增强硬质颗粒钎焊在基体材料（碳钢）表面，形成非光滑耐磨复合层。这种结构既保证了基体的强韧性，又能保证非光滑表面具有减阻、耐磨作用。复合层的厚度可从几毫米到几十毫米不等。如任露泉等制备出的钎粒/WC（60/80目）/钎料/钢仿生非光滑耐磨复合层，其耐磨性为基体45钢（淬火态）的29倍。

2.3机械手与机器人的设计

华南农业大学利用仿生学原理设计了水稻工厂化育秧拔苗机械手，用以解决拔秧抛植的有序栽植问题。李明东等模仿骨骼肌的工作原理，用SMA丝（形状记忆合金）来驱动一个微型机器人手臂，将机器人传统的关节驱动方式转变为肌肉驱动方式。马建旭等模仿人体下肢设计的关节式弹性步行机构，在机器人的小腿中安置弹性装置，通过四组并联弹性元件和以机器人腿外壳为机架的四连杆机构的复合，产生缓冲、储能效果。

3、结束语

以仿生学原理为基础对机械设计进行新思想、新观念的指导，是机械设计创建人与自然之间的和谐关系，改进现有机械、仪器、建筑和工艺等的一个重要途径。为了满足未来社会发展的需要，机械性能势必需要进一步的改进与完善，机械设计方法自然也要不断的创新提高。而仿生学作为一种具有很高应用优越性的机械设计手段，也必然会有更大的发展应用空间。

参考文献

[1]钱侠.仿生学在机械设计中的应用[J].高校理科研究，2008，3（1）：51-52

[2]丛茜.鳞片形非光滑表面的仿生设计[J].吉林工业大学学报，1998，28 （2）：12-16

作者简介