定義「仿生設計」(Bionics design)
從字面上解釋即是以生物為仿效對象之意。使人造技術系統具有關於生物系統特徵或是利用生物生命系統的可靠性、靈敏性、連續性、精巧性、節約性等特徵,藉由認識、了解生命體活動的本質與規律,建立科學數據和應用原理。
仿生學原為一門獨立的系統學科,1960年代斯蒂爾(Jack E. Steele)為仿生定義為:仿生功能的發展主要是根據有生命的系統,或具有生命系統的特徵的生命體進行仿效。
仿生學發展過程中其研究領域可分為信息仿生、化學仿生、醫學仿生等分類,以及近年才流行的設計仿生方面。不論是仿生物信息的雷達設計或仿眼睛成像功能的照相機原理,都是科技仿生的成功例子;80年代以後不論在建築設計、工業設計、產品設計皆出現以仿生為創意之設計手法作品,從文獻資料中不難發現,仿生設計被應用於科技研發方面較早,而應用於創意設計方面較晚。
其實仿生設計應可說是人類的一種以大自然為師的本能,中國久遠的象形文字造字方法就是最好的例子;19世紀末盛行於歐洲的「新藝術」運動,藝術家們以繪畫表現具象到抽象的過渡,因為反寫實的理念而追隨自然,遂發展出線性構成的平面性抽象裝飾圖樣,作品中經常以籐蔓延伸的植物形象作為書籍插畫、室內裝潢與建築藝術之裝飾風格,可見以大自然為學習對象與人類生活早已不可分割。
仿生設計的研究內容
形態仿生設計
研究生物體(包括動物、植物、微生物、人類)和自然界物質存在(如日、月、風、雲、山、川、雷、電等)的外部形態及其象徵寓意,以及如何通過相應的藝術處理手法將之應用於設計中。
功能仿生設計
主要研究生物體和自然界物質存在的功能原理,並用這些原理去改進現有的或建造新的技術系統,以促進產品的更新換代或新產品的開發。
視覺仿生設計
研究生物體的視覺器官對圖象的識別、對視覺信號的分析與處理,以及相應的視覺流程;廣泛應用於產品設計、視覺傳達設計和環境設計之中。
結構仿生設計
主要研究生物體和自然界物質存在的內部結構原理在設計中的應用問題,適用於產品設計和建築設計。研究最多的是植物的莖、葉以及動物形體、肌肉、骨骼的結構。
仿生設計的研究方法
仿生設計的研究方法主要為「模型分析法」,首先從自然中選取研究對象,然後依此對象建立各種實體模型或虛擬模型,用各種技術手段(包括材料、工藝、計算機等)進行研究,做出定量的數學依據;通過對生物體和模型定性的、定量的分析,把生物體的形態、結構轉化為可以利用在技術領域的抽象功能,並考慮用不同的物質材料和工藝手段創造新的形態和結構。
製造生物模型:從功能出發、研究生物體結構形態
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識。從功能出發,研究生物的結構形態,在感性認識的基礎上,除去無關因素,並加以簡化,提出一個生物模型。對照生物原型進行定性的分析,用模型模擬生物結構原理。目的是研究生物體本身的結構原理。
製造技術模型:從結構形態出發,達到抽象功能
根據對生物體的分析,做出定量的數學依據,用各種技術手段(包括材料、工藝等)製造出可以在產品上進行實驗的技術模型。牢牢掌握量的尺度,從具象的形態和結構中,抽象出功能原理。目的是研究和發展技術模型本身。
建立好模型后,開始進行各種可行性的分析與研究:
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識。從功能出發,對照生物原型進行定性的分析。
外部形態分析
對生物體的外部形態分析,可以是抽象的,也可以是具象的。在此過程中重點考慮的是人機工學、寓意、材料與加工工藝等方面的問題。
色彩分析
進行色彩的分析同時,亦要對生物的生活環境進行分析,要研究為什麼是這種色彩?在這一環境下這種色彩有什麼功能?
內部結構分析
研究生物的結構形態,在感性認識的基礎上,除去無關因素,並加以簡化,通過分析,找出其在設計中值得借鑑和利用的地方。
運動規律分析
利用現有的高科技手段,對生物體的運動規律進行研究,找出其運動的原理,針對性的解決設計工程中的問題。