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仿生设计

/Biomimetic Design/
条目作者唐林涛

唐林涛

最后更新 2024-07-14
浏览 165
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将自然界中发现的生物方法和系统应用于工程系统和现代技术的研究和设计。换言之,仿生设计是从生物模型中开发出的工程方案,其涵盖了生物科学在工程、设计、化学、电子等领域的实际应用。又称生物灵感设计(Biologically Inspired Design),或来源于“生物灵感工程”(Biologically Inspired Engineering)这个称呼。

英文名称
Biomimetic Design
又称
生物灵感设计
所属学科
设计学

研究内容主要包括“模仿自然的机制”和“模仿自然的制造方法”。前者如“威扣”(Velcro)尼龙搭扣模;仿鲨鱼皮表面特质的布料可以使水下运动效率更高;模拟动物回声定位设计的声呐、雷达和医学超声成像设备;在结构工程中,自适应可展开的“张拉整体”(Tensegrity)桥可进行自诊断和自修复;在计算机科学领域,仿生学的研究已经产生了人工神经元、人工神经网络等。后者如基于生物工艺的制造方法,比传统的制造工艺对温度、压力以及能源的依赖程度低。生物学中发现的“自清洁”“自组装”和“自组织”的概念不仅适用于纳米级材料制造,也适用于宏观装配和生产系统。

仿生设计方法的研究主要集中于两个领域:①为设计提供搜索、检索和陈述生物现象的方法。比如,由仿生设计研究所开发的仿生设计在线数据库AskNature.org,提供了基于功能索引的仿生设计研究文献,帮助设计师查找生物策略、灵感和资源。②为仿生设计的应用而进行的研究。比如,J.文森特[注]基于“发明问题解决理论”开发出“BioTRIZ”方法,研究从生物领域到工程领域的知识转移问题。

仿生设计通过模仿自然生物的形态、结构、功能、制造以及过程来解决工程和设计问题,是工业设计重要的创新思维和方法。文森特通过研究表明,工程技术主要通过“能量”来解决问题,而生物学主要使用“信息和结构”。这意味着仿生设计所带来的解决方案更具可持续性理念。另外,班娜斯于2005年TED讲座上指出,“学习自然”是一回事,而“从自然中学习”是另外一回事。意在强调将生物学知识付诸设计实践并非易事。除具备可检索的生物现象数据库外,还应具备相应的设计方法和过程。这也是仿生设计面临的两个主要问题。

  • HELMS M, VATTAM S S, GOEL A K.Biologically inspired design: process and products.Design Studies,2009(30):606-622.
  • SHU L.H,UEDA K,CHIU I,CHEONG H.Biologically inspired design.CIRP Annals-Manufacturing Technology,2011(60):673-693.

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