论仿生学与工业设计结合——以以植物仿生灯具为例

黄 韬 肖小英

（中南林业科技大学家具与艺术设计学院，湖南 长沙 410004）

地球生物经过漫长的进化过程，在大自然之中形成了多样化和复杂性的形态、结构和功能。而这种充满变化性和多元性的生物形态也为当前工业设计提供了多姿多彩的设计资源和灵感，将仿生学与工业设计进行结合能够增添现代工业设计产品的人文性与时代性，同时能够促进产品更具审美价值和优越的性能，提升人们的生活质量。近年来世界各国越来越重视环境保护，许多建筑、空间的设计规划，除了重视材质、结构和设计感外，社区的绿化或是在居住空间中放置绿色植物，也成为设计的一部分，重要的是能在生活中融入自然植物，也为居家空间更增添自然气息与美感，植物仿生的设计理念越来越被人们关注。

1 仿生学与工业设计结合的价值

1.1 仿生设计

所谓仿生设计，就是指在进行工业设计的过程中，将仿生学与设计学进行结合，创造出一种能够对自然界万事万物的形状、色彩、声音、功能、结构等多方面的特点进行充分研究，并在此基础上选取那些能够应用于工业设计的原理和特征加以利用，结合仿生学的研究成果进行创新设计的行为[1]。仿生设计本质上就是仿生学和工业设计的结合，是仿生学在工业设计之中的创新和发展。仿生设计在人类社会的工业设计运用之中，极大地促进了人们适应自然和创造新产品的实践活动，为整个社会带来了更为丰富的产品和巨大的经济价值，同时也促进了多种学科的发展和完善。自然界的万事万物为新材料研发与新工艺的产生带来了许多设计灵感，而效仿还仅仅只是实验阶段的第一步，将仿生材料与工业设计相结合，从而进入实际的应用领域才是更为重要的一步[2]。

1.2 仿生学与工业设计结合的重要意义

1.2.1 有效地消解工业产品的距离感 在进行工业产品设计的过程中使用仿生学的相关原理实现最终的产品设计能够有效地消解现代工业产品所表现出的冷漠和呆滞给人们的直观感受。自工业革命以来，现代工业产品在审美和设计层面往往呈现出呆滞和钢铁的冷漠感。而在工业产品之中进行仿生设计，就将工业产品与观赏者、消费者之间建立起一种更为具象的连接，能够带给人以亲切感和自然感，例如图1中玛莎拉蒂3200GT在跑车设计得过程中，利用仿生设计，将其后视镜设计得像是毛驴的耳朵，有效地拉近了人与产品之间的距离感[3]。

1.2.2 增进产品趣味性 在进行工业产品的设计过程中，恰当地提取自然界中相关事物的原理进行仿生设计，能够在很大程度上增强产品所体现出的趣味性，帮助人类获得别具一格的审美体验和感受。如图2所示，在进行水龙头的设计过程中，设计师让整个水龙头与大象的鼻子在形态上进行仿生，并在出水的部分和基础部分使用不同的材质，促进更为鲜明化表现和对比。这一产品能够让消费者在使用水龙头的过程中，感受到其温馨和俏皮，为消费者创造超越产品本身的审美价值体验。在造型设计方面，除了纯粹的依照工业产品机械结构去包裹外壳的方法以外，还可以着眼于从文化与情感的角度出发，通过对产品结构不同形态下外观、线条、动态性的提取，将单一的形态进行再组合而形成多变灵活的做法。通过这样设计出来的工业产品不仅仅会让结果的形式变得更加多样多元，还增加了一定的趣味性，显示出对于不同用户群体的个性化情感关怀[4]。

1.2.3 极大地丰富了产品形态设计的形式 在工业产品的设计之中引入仿生学的概念和原理，充分挖掘自然界中的各种有趣现象结合工业生产的需求进行创造，这使得仿生在与工业设计结合的过程中产生了多姿多彩、风格各异的设计形式，极大地丰富了整个工业产品产品的产品形态。如图3所示，自仿生学观念引入到工业设计领域后，相较于传统的椅子设计形式，出现了形式众多、各有千秋的产品设计，有嘴唇形状的、有鸡蛋形状的、同时也有水滴、椰子壳等多种形状[5]。这些设计在兼顾椅子功能性的同时，极大地丰富了产品设计的多种形式，也极大地促进了整个市场产品设计的多样化发展。在自然界中存在的无数动物和植物,它们本身所具有的丰富多维的形体结构、运动变化层面、巧妙的色彩装饰与图形组织以及它们各式各样的生存方式、肢体语言、声音特征等等能力都为产品的形态设计提供了全新的设计方式和造型法则[6]。

图1 玛莎拉蒂跑车与动物耳朵

图2 大象鼻子和水龙头

图3 多姿多彩的椅子形式

2 仿生学与工业设计结合的灯具设计实践

2.1 形态仿生设计

2.1.1 形态仿生设计概念 所谓形态仿生设计就是指在进行工业设计的过程之中，对于生物的整体形态或者生物在某一部分所展现出的特性进行模仿、变换，从而保障最终创造出的设计产品能够在造型上具备其一定的特征。这种仿生与工业设计的结合本身并没有将工业产品的性能进行改变，只是在其外在的表现形态之上进行特定的设计和变化，含有一定的特殊意义。这种设计本身既可能是出于设计师在进行设计过程中个人格调和喜好的体现，也可能是为了迎合消费者的偏爱而进行的选择。这种仿生设计在形式上既可以是具象化的体现，也可以是抽象化的体现，其能够有效地增强工业产品的亲切感和活力。大自然一直以来都是人类创新的源泉，人类的早期活动大部分都是以自然界中存在的生物作为蓝本，通过对生物的学习模仿，以达到制作和使用工具的目的。人们在长期性地向大自然学习的过程中，仿生外形的设计是通过积累经验教训，不断地抉择和改良产品新的功能、形态而设计出的更加优良、多样化的形态[7]。尤其是在当下这个信息多元的时代，人们对于产品设计的要求不同于过去路易斯·沙利文所提出来的形式追随功能的观点，不只是注意产品功能的优异性是否领先，或者一切都围绕着产品的实用性为主，同时还要追求产品的审美。

2.1.2 形态仿生设计实例 由于受到十九世纪中到二十世纪初的美术工艺运动与新艺术运动的影响，以及当时回归自然的概念，使得当时出现大量以植物、花卉为主的造形灯饰，其中大多保留了大自然植物与花卉的原始结构，而在茎或叶的线条表现上则有较多的曲线以及律动感。

如图4所示，在进行灯饰的设计过程中，由埃米尔·加勒所设计的两款桌灯，一为由铁锻造的叶纹底座，配合上左右各一，有着花图案的玻璃蚀刻灯罩，另一个其底座由四片叶子组成，并且延伸至上方支撑有着叶脉纹路的灯罩。设计师在进行外形设计的过程中，大胆地结合了自然界中的植物花叶的形态并且进行了艺术化的抽象处理，并将其运用到产品设计之中。仿生形态设计的产品中蕴含着一股生命的活力，使得人们从无机的、冰冷的工业产品当中感受到了一种自我意识的生命和活力，因此能够给我们以舒适和安全感。最终灯饰体现出的产品外形正如同自然界之中优雅的植物一般，这种外形的设计让其有别于一般的灯饰产品，能够有效地向消费者传达其产品的特性，对消费者造成强烈的吸引。这种在形态上努力追求表达的情感性和趣味性，着力于激发出人类自身所产生出来的激情[8]。

图4 埃米尔·加勒设计的桌灯

2.2 功能仿生设计

2.2.1 功能仿生设计概念 所谓功能仿生设计，就是指人们在进行工业设计的过程中，将自然界的生物所展现出的由于自然进化而保持的先进机能的原理进行运用，充分将其与工业设计产品理念相结合，在进行工业设计之中选取这些具有价值的功能原理与现有的相关技术和设计进行结合，创造出更具先进性和优化性的技术系统，从而促进整个工业设计的最终产品能够在性能上得到极大的提升，帮助产品实现更新换代或者促进新产品的开发创造[9]。生物学家拉马克认为，自然界中的各种形态的产生，都有其功能及其存在之目的，而最大的目的即是提供生物其生存所需的养分、保护、进化……等功能，即所谓“生命力”。举例来说：在沙漠中的仙人掌，由于生存的环境高温且干燥，所以仙人掌其茎部则因为需储存大量水分而变得肥大，其叶片呈现针状，目的则是为了减少水分蒸发，除此之外还有避免被动物吞食的防御功能；阔叶植物生长在低海拔地区，气温高且较为潮湿，所以叶片面积较大，目的是能更快地帮助植物散热；针叶植物生长在高海拔地区，气候较为寒冷，其叶片呈细长的针状，除了避免热量太快流失外，也使降雪不易堆积于叶片上导致树枝折断。这些例子都更加凸显大自然在物种形态上设计之奥妙，若我们更仔细观察会再次发现，除了适应环境所产生的造形需求外，这些自然界中的花草树木其生长的构成方式，都存在某些秩序性。

2.2.2 功能仿生设计的实例 如图5所示，法国设计师Patrick Jouin所设计之花桌灯（Bloom Table Lamp），采用3D印刷技术制成，设计师只要将设计灯饰制作3D档案，使用3D打印机将其印出，便可得到一个不需任何组装与3D档案里一模一样的灯。在进行灯饰中心的设计之中可以看见类似花梗的设计元素，这种在现代灯饰产品中的设计安排，不仅是对于植物花苞形状上的模仿，更为重要的是，灯饰产品的这种“轴心旋转”设计本身就是对于植物开花过程中其花苞展现的特殊效果的功能仿生形态。设计师Patrick Jouin这款花桌灯，从花苞的形态开放至完全绽放之形态，只需要简地用手旋转中间的轴心即可，此外在旋转花桌灯其绽放的大小的同时，也同步在调节光线的强弱。这就是一种显而易见的功能仿生设计。这个优秀的设计让Patrick Jouin获得2010年的优秀设计奖（Good DesignAward）及2011年的红点设计奖（Red Dot Design Award）。

图5 Patrick Jouin所设计之花桌灯（Bloom Table Lamp）旋转中间的轴心来达到开合之效果

图6 巴勃罗·雷诺索（Pablo Reinoso）所设计之富贵竹灯（Lucky Bamboo Light）

2.3 结构仿生设计

2.3.1 结构仿生设计的概念 所谓结构仿生设计，就是指在进行工业设计的过程中将工行才能力学的原理作为基础，通过对不同生物体在结构层次之中的多元化的表现形态作为进行工业设计的基本灵感和原理，从而对整个工业设计的材料、结构以及系统等方面进行仿生模拟，从而实现促进工程结构效率的目的。结构仿生设计在实际运用当中涉及多种学科，既包括生物学和材料学，也必须运用结构设计、控制科学等方面的专业知识实现最终的设计，是一种具有先进性的跨学科研究，对于现代工业设计的发展和工业产品的创造具有重要的影响力。

2.3.2 结构仿生设计实例 由拥有法国与阿根廷双重国籍的巴勃罗·雷诺索（Pablo Reinoso）所设计，并委托日本的山际（Yamagiwa）公司制造的富贵竹灯。其优雅又简单的造形，灵感来自于观察日本人对竹子的广泛应用。

富贵竹灯（Lucky Bamboo Light）由两种不同的单位形灯管所组成，一为几近垂直的灯管，另一个则具有弧度的弯曲状灯管。其单位形的设计让每个灯管都可以依个人喜好相互连接成不同造形，并且还可以依个人需求组装成落地灯、吸顶灯、吊灯、竖灯及壁灯。如图6所示，其植物仿生设计为富贵竹的结构。

3 结论

仿生设计是人类在与大自然接触的过程中，不断学习各种知识和原理，并结合自身的发展需求，改进和完善各种工业设计的产品而进行的努力，也是未来工业设计发展的一种潮流。随着科技的发展，人类早已经习惯在生活周遭安置许多照明设备，好让人们能在日落之后，继续手边的事情。大自然保有着最原始的美，植物仿生设计的灯饰能够引发人的本能，使人想要更亲近大自然，它有着可让人忘却烦恼、释放压力的功能。希望本文研究能够对促进仿生学研究设计，完善工业设计发展有所裨益。

[1] 冯达伟.工业设计中仿生设计的运用[J].工业设计,2017,(08):65-66.

[2] 谢歆雯,黄立志.仿生设计：沟通生物与新材料的桥梁［EB/OL］.(2017-10-27)［2017-10-29］.http://china.caixin.com/2017-10-27/101161872.html.

[3] 魏专.包装容器仿生设计初探[J].中国包装,2011,31(5):20-22.

[4] 康石石.工业设计中有机形态是什么意思［EB/OL］.(2017-07-10)［2017-10-29］.https://www.zhihu.com/question/59928366/answer/196389784.

[5] 李宪才.仿生设计在汽车造型设计中的应用[J].科技创新导报,2017,14(13):101-102.

[6] 梁家琳.从景观形态看建筑造型的仿生设计[J].大舞台,2012,(03):147-148.

[7] 杜杰.产品形态仿生设计探讨[J].中国新技术新产品,2011,(20):85-85.

[8] 张春明.试谈工业仿生设计[J].教师教育学报,2011,(9):108-109.

[9] 王琳.工业设计仿生学的应用分析[J].现代装饰(理论),2016,(11):19.