仿生家具设计毕业论文

浅谈设计仿生学的由来与其在家具设计中地位

随着现代科学技术的迅猛发展，现代人对大自然中许多生物的认识也逐步地由整体到局部、由表象深入细胞、由宏观到微观;人类对自然界生物形态与结构的研究与认识己有了空前的提高，随着一些相关边缘学科的相互渗透，又紧密关联，再将这些边缘学科综合开发利用，使得家具设计师的设计视野、思维能力、想象力和创造力有了广阔的发展空间。

设计仿生学作为一种人类进行设计创作活动与自然界的锲合点，它既可使人类的生存环境与自然达到高度统一，又能够为人们的日常工作与生活带来便利，带来美！那么就由我来谈谈设计仿生学的由来与其在家具设计地位吧。

一、 家具设计中的形态仿生

大自然真是一个神奇的造物主，能够令设计师们从中发现许多为设计带来灵感的原始素材：如小到蝴蝶翅膀上那精美的图案、蜻蜓婷婷玉立的倩影、海螺螺旋纹的结构，大到大象笨拙沉重的体态、狮子飒爽的雄姿、猴子灵动机敏的神情等，都将成为设计师进行设计创造的原动力，开启设计师们智慧与灵感的钥匙。

人类日常生活用品的形态差不多都是源于自然的形态仿生，这是因为人生活在自然之中，与周围的生物界中的各种种类繁多的动物、植物共处一方，耳闻目睹了这些生灵们利用自身的奇异形态，呈现出作非凡的生存本领，不由地引发出人们的模仿兴趣和想象思维，并运用其观察、思维和设计的创造能力，进行对生物的形态仿生设计。

我们知道，飞机的造型源于模仿飞鸟，这不仅仅是因为飞鸟的形态优美，而是其形态上的合理，由于它展开时身体扁平，体积小、重量轻，因而产生的风阻力小，使飞机飞行速度快且飞得高!

同样，潜水艇是模仿游鱼，蛙泳是模仿青蛙，形态仿生便是利用具象的自然形态，结合相应的艺术处理手法与设计理念，使之成为一个既有观赏性，又具使用功能的设计作品。

家 具设计也不例外，许多优秀设计的家具，都是利用形态仿生原理而设计的，其仿生的内容涉猎极为广泛，既有自然界的生物体(植物、动物、人物、微生物等)，也有自然界中的物质存在(山川、日月、雷电)的外部形态及其象征寓意。

如法国设计师吉恩·米歇尔的玛里琳嘴唇沙发，便是依照性感影星的嘴唇仿生而设计的。

丹麦设计师汉斯·韦格纳的孔雀椅，设计师将椅背制作成扇状孔雀尾的形态，令椅子呈现出孔雀开屏般地动人姿态。

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。

二、家具设计中的结构仿生

大自然仿佛是一个天才的设计师，令存在于世间的每一种自然形态都拥有自身巧妙而独特的结构，许多的动、植物在漫长的进化与演变中，会形成一种实用而合理的、完整的形态结构与功能，以逐渐形成了适应自然界变化的本领，这些结构的形成都与其生存的环境、生活的习性密切关联。

然而，如果你稍加留意，便会发现我们周围许多商品的结构形式大多来源于对动植物结构的模仿，如悬索桥的结构源于蜘蛛结网、钢结构的建筑结构仿制于蜂巢、海螺螺旋纹路、飞机的结构始于飞鸟的翼、建筑中的扇形叶脉拱顶、鸡蛋形的薄壳结构建筑!

家具设计中的结构仿生是将自然生物的结构原型转换成独特造型元素，运用创造性的思维与巧妙的工艺相结合，再辅之于现代的'设计理念，以巧妙、夸张的手法，舒适的造型形态，创作出既有现代时尚的原创之美，又不失于原始自然形态结构的共性之美。而且还有利于激发家具设计师设计思维的原动力，是拓宽设计师创作思维能力的一种有效途径。

三、家具设计中的功能仿生

你别看荒野中的小草瘦小娇嫩，但它能凭借其纤细结构与风雨叫劲!蚊子尖细的针刺嘴，能够深透人的皮肤吮吸浓浓的血液。也别小看蜻蜓的翅膀又薄又轻，可它恰好是推动身体向前飞行的有力武器。因此在家具设计中，注重仿生学的运用，能从极为普通而平常的生物结构功能上，领悟出深刻的结构功能原理，从生物的结构上、功能上获得直接或间接的形态造型启发，对家具产品进行创造性设计。

在远古时代，人类就开始学会从动物、植物身上吸收其各自不同的长处来创造自己的文明。不管人类社会发展到那一个时期，生活中仿生学无时无刻不在影响着人类生存的生活质素，作为在新世纪对人类的日常工作与生活有重要创造意义的家具设计，同样也离不开仿生学在家具设计中的运用。

刘勰的《文心雕龙·诠赋》中提出“情以物兴”，“物以情观”。就是要家具设计师们以“物我交感”“心物应合”双向生成的设计理念，将自然形态转化为富于生命力和情趣的设计形式，从而创造出有生命力的作品。

只有开启自己心灵之窗，迈向自然的大门，从大自然形形色色的不同形态中去认识并利用它们的结构与功能，并抓住自然形态结构的典型之处，进行归纳夸张，提取神韵，在家具设计中融合人的神情与自然万物的气韵，并演绎成浸透艺术活力的家具造型。

2008年8月Angewandte Chemie杂志报道了澳大利亚莫纳什大学的利昂·斯皮西亚、罗宾·布里姆布来可比和安妮特·可罗，澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）的格哈德·斯伟格斯和美国普林斯顿大学的查尔斯·迪斯莫克斯共同开发了由一层涂层和维持植物光合作用的基本化学物质——锰组成的系统。该系统可模拟植物的光合作用，为利用阳光将水分解成氢和氧开辟了一条新途径。此项技术突破有望革新制氢工艺，从而利用太阳光大规模生产清洁的绿色能源——氢气。光合作用是植物、藻类和某些细菌利用叶绿素，在可见光的照射下，将二氧化碳和水转化为有机物，并释放出氧气的生化过程。对于生物界的几乎所有生物来说，这个过程是赖以生存的关键，而在面临能源和环境瓶颈的今天，这一过程中的能量转换也为人类提供了极其重要的启示。由于自然光谱的吸收率等原因，光合作用在多数植物中效率非常低，通常均低于。在人工设计的系统中，研发人员借鉴其光反应与电子传递的机制，并提高通量转化的效率，使其适于太阳能的转化利用。事实上，在上述模拟光合作用的研究取得突破前，微生物制氢的已经成为了研究热点。自然界已发现有类似甲烷菌的制氢菌，但其菌种繁育不如甲烷菌那样简单。若能建立合适的菌种群落，制造氢气也会像制造沼气一样得到大规模应用。模拟光合作用制氢或者微生物制氢过程正是仿生学“向自然学习”的思想典型。20世纪40年代以来，工程技术领域中出现了调节理论，人们开始在一般意义上把生物与机器进行类比，认识到二者包含自动调节系统。此后，科学研究和生产实践完全证实了生物和机器在许多问题上的共同之处。而控制论则把生物科学和工程技术从理论上联系起来，成为在原理上沟通生物系统与技术系统的桥梁，奠定了生物与机器在控制与通信方面进行类比的科学理论基础。之后，斯蒂尔提出了仿生学的研究理念。自上个世纪末以来，人们认识到大约35亿年的生命演化与协同进化过程优化了生物体宏观与微观结构，形态与功能具有无可比拟的优越性，仿生学也因此显示出巨大的生命力。从研究模式上看，仿生学作为模仿生物建造技术装置的科学，是一门新兴的边缘科学，研究生物体的结构、功能和工作原理，并将这些原理移植于工程技术之中，发明性能优越的仪器、装置和设备，创造新技术。模拟光合作用制氢过程的例子很好地诠释了这一点。在植物的光合作用中，锰参与几种酶系统。由于锰可以在正二价和正四价两种化合价之间转换，所以主要在氧化还原和电子转移中发挥作用。这一思想为斯皮西亚等人的研究提供了启发。他们在确定锰簇是植物利用水、二氧化碳和阳光制造碳水化合物和氧气的中心枢纽后，开发出这种人造锰簇，并利用这些分子的能力将水分解成氢和氧。研究者将一层质子导体――Nafion薄膜覆盖在一个电极上，形成一层仅几微米厚的聚合体膜，这层聚合体膜充当锰簇的载体。锰在正常情况下不溶解于水，但可以和Nafion薄膜小孔中的催化剂结合，形成不易分解的稳定结构，当水到达此催化剂时，在阳光的照射下便发生氧化反应。在能源和环境领域，这一技术显示了仿生技术的巨大应用潜力和价值。初步测试表明，此催化剂连续使用3天之后还有活性，由此分解出来的氢气和氧气可以在燃料电池中结合成水，产生电力供住宅和电动车全天24小时使用，且不排放碳而是排放水。虽然此系统的效率还有待提高，但研究者可以不断地从自然界中学习，使之更为高效，从而使氢这一能效高且没有碳排放的绿色清洁能源为未来社会所用。生物体的电子传递过程在能源仿生技术上的另一重点研究领域是生物发光。生物发光和光合作用都是“电子传递”现象，而从某个角度上看，生物发光可以看作是光合作用的逆反应。光合作用是绿色植物吸取环境中的二氧化碳和水分，在叶绿体中，利用太阳光能合成碳水化合物，同时放出氧气。光能从水分子上释放电子，并把电子加到二氧化碳上，产生碳水化合物，这是一个还原过程。光合作用把光能转变成化学能，而生物发光是电子从荧光素分子上脱下来和氧化合，形成水，产生光。生物发光是将化学能转变成光能。生物光作为冷光源，具有效能高、效率大、不发热、不产生其它辐射、不会燃烧、不产生磁场等特点，对于手术室、实验室、易燃物品库房、矿井以及水下作业等，都是一种安全可靠的理想照明光源。通过模仿发光生物把一种形式的能量转换成另一种形式的能量，制造冷光板使其不需要复杂的电路和电力，就能白天吸收太阳光，晚上再将光能释放。人们先是从发光生物中分离出纯荧光素，后来又分离出荧光酶。现在已能人工合成荧光素，这就使人类模仿生物发光，创造一种新的高效光源——冷光源成为可能。然而，人们对于萤火虫等发光机制的研究仍然有待深入。如果将光合作用和生物发光机制在仿生学框架下同时加以研究，就有可能在能量利用的电子传递现象中取得进展，从而实现能源利用更为巨大的进步。从仿生学的诞生、发展，到现在短短几十年的时间内，研究成果已经非常可观。仿生学的问世开辟了独特的技术发展道路，也就是向生物界索取蓝图的道路，它大大开阔了人们的眼界，显示了极强的生命力，在能源技术上的应用潜力也极其巨大，有助于破解人们所面临的能源瓶颈问题，同时解决石化能源等所带来的环境问题。

1.舒适实用：客厅家具的设计应注重“以人为本”的功能需求，有80%的群 体认为家具应注重舒适实用。 2.搬运方便：把客厅家具作为摆设，放置后“巍然不动”甚至于“传宗接代”已不能适应人们生活方式的变化了。希望客厅家具方便搬动的占44%，而持“无所谓”态度的占10%。 3.客厅家具色彩：客厅家具的色调与现代居室环境相协调，同时又能体现出主人的性情和爱好，将是未来客厅家具流行色调的个性化主题。有36%的人群希望客厅家具“与居室装修协调”。 4.价格：现在客厅家具市场上的“价格战”越演越烈，但是，调查显示，我们可以看到消费者对价格势不是唯一的选择目标（当然，这与消费层次有所关联）。将近52%的人群希望价格“再低一点”，48%的调查人群对价格“无所谓”。 5.环保：在被调查的人群中有60%的人群要求所购买的客厅家具“无毒无害”，只有4%的人群对家具环保持“无所谓”的态度。 6.客厅家具用材：用“木材”制作家具是人们心目中永恒的追求，关键是怎样把木材的品质发挥得淋漓尽致。另外，“玻璃”、“织物”和“皮革”等材料能体现家具产品的质感和亲和力，也受到了人们的欢迎。调查显示，希望家具用“木材”的占居了42%；用“玻璃、皮革、织物”38%；“其他”占20%。 7.客厅家具的使用年限：家具在人们的心目中并不要“传综接代”了。有36%的被调查者要求家具能使用“10-15年”，而只有6%的被调查要求使用“30年以上”。 8.客厅家具设计：客厅家具的“时装化”引起了业界的关注，而不赶时髦，追求个性是现代客厅的概念，是从“跟从型”消费转向“理智型”消费的具体表现。越来越多的人怀念以前的优秀作品，是生活与艺术的追求，体现优质的生活品味（如右图的组合沙发，色彩鲜艳、线条柔和、结构精致——基本和人们对女性本身的概括一致）。家具设计个性化已日益凸现，有48%的被调查希望能亲自参与设计，有30%的被调查对家具设计特一般的态度，只有6%的被调查者对家具设计“无所谓”。 6、知名厂家的家具分析 1、EDRA家具 edra家具的设计一直代表着前卫设计的力量，它几乎每件产品都可以单独作为一件很好的艺术品很快地融入到室内空间中，它的产品特色主要是一用材料来表现一种机理美，让机理质感来提取材质更多的内在美，如下图的一张用碎木板粘的坐椅，它除了保留木本身自然质感外，它更多的是把表现一种解构主义设计理念的自由与张扬。但是我们不能说它的产品只受到什么设计理念的影响，因为它的每件产品都不只是为了某种理念而产生，他在生理学意义、语义学意义和工业意义上都表现得很理性，这是我很值得学习的一个家具公司。 2、LAGO客厅家具 LAGO是一家意大利家族家具公司，改革是他天然本能的一部分，他认为，“规则在他那里就是没有规则”。客厅家具能具有更多的逻辑功能，具有更理性的灵活性，他们做到了真正在设计一种生活。 右图是LAGO的电视组合柜，把大的整体单元化，是他客厅家具的特点，表现了生活的灵活性，或许还可以分出个酒柜来，企求满足更多的消费者的需要。 保护环境，善待地球已成为当今世界的最强音。国际上各种民族之间的冲突需要文化的交流，而家具文化之间的交流对互相了解，包容是很重要的。了解区域性民族文化，这是Lago设计开发的一个重要的依据，他们大多产品总能带些民族文化和趣味性。左图的七巧板组合架是根据中国古代的一种活动设计的，它也具有空间的灵活性，多用于客厅装饰架，也可用与卧室，书房。 7、市场调查小结 现代的客厅家具让人们欣喜地发现了让家具适应人的生活而不是人适应家具的好处。沙发，放弃了所有花俏的细节，方方正正，纯色，柔软，棉布，深藏青或者铁锈红，或者干脆米白，配上银色脚。即使是真皮沙发，或者再欧陆一点，扶手也简化成了弧线，雕花，不见了。

鲨鱼皮肤－泳衣 一件泳衣，在悉尼奥运会上改变了世界泳坛的格局。几乎大半金牌得主都穿上一种特殊的泳衣———连体鲨鱼装。这种鲨鱼装仿造了海中霸王鲨鱼的皮肤结构，泳衣上设计了一些粗糙的齿状凸起，能有效地引导水流，并收紧身体，避免皮肤和肌肉的颤动。 此后，仿生泳衣越仿越精。第二代鲨鱼装又增加了一些新的亮点，加入了一种叫做“弹性皮肤”的材料，可使人在水中受到的阻力减少4％。此外，还增加了两个附件，附在前臂上由钛硅树脂做成的缓冲器能使运动员游起来更加轻松；附在胸前和肩后的振动控制系统能帮助引导水流。 海蜇－水母耳 每当风暴来临前，最古老的腔肠生物海蜇仿佛能未卜先知，早早就离岸游向大海避灾。原来，海蜇有个“顺风耳”，其“耳”（细柄上的小球)中有小小的听石，上面布满神经感受器，能听到风暴产生时发出的次声波（由空气和波浪摩擦而产生，频率为8赫兹-13赫兹，传播比风暴、波浪的速度快）。 模拟海蜇感受次声波的器官，科技人员设计出一种“水母耳”仪器，可提前15小时左右预报风暴。它由喇叭、接受次声波的共振器和把这种振动转变为电脉冲的转换器以及指示器组成。将这种仪器安装在船的前甲板上，喇叭做360°旋转。当它接收到8赫兹－13赫兹的次声波时，旋转自动停止，喇叭所指示的方向，就是风暴将要来临的方向。指示器还可以告诉人们风暴的强度。 仿生成果走向产业 京沪两地科学界级别最高的“香山科学会议”和“东方科技论坛”最近联合就仿生学召开学术研讨会，此举在科学界引起不小震动:为何给予仿生学如此高规格？ 缘自国际科研和高新技术产业的竞争态势。越来越多的科学家认识到：模仿自然更有无限的潜力和机会，更有可能提升原始创新的能力。 人类进化只有500万年的历史，而生命进化已经历了约35亿年。大自然的奥秘不胜枚举。每当我们发现一种生物奥秘，就有可能成为我们一种新的设计可能性，也可能带给我们新的生存方式，仿生思维就是在大自然中寻找解决问题的方程式。10年前，许多国家就开始通过仿生学，提升科技创新活力和产业能级。在美国，有一项长期研究计划与仿生科技紧密相关，其优先发展的先进制造、先进材料和先进军事装备等，不少是从模拟与仿真入手；德国研究与技术部已就“21世纪的技术”为题，从仿生学出发，在电子技术、纳米技术、富勒碳材料、光子学、材料、生物传感器等领域投入了相当大的财力和人力；英国、日本、俄罗斯以及韩国等国都有相应的仿生科技和仿生产业中长期计划,在先进制造、材料、生物技术、高性能计算与通信计划等领域开展基础性研究。 仿生成果已不断涌现，并开始从基础研究发展到商业化竞争阶段。中科院上海生命科学研究院植物生理生态研究所研究员杜家纬介绍，这些仿生学成果应用于经济、军事和人类卫生事业后，在全球经济中所创造的份额会越来越大。如德国轮胎设计专家根据跑行中的猫前爪垫的功能和蜘蛛网的柔顺结构及其稳定性，设计出一种AMC垫型轮胎，其表面的柔软性和硬性网状结构设计，具有较大的抓地性和运行精度，增加了轮胎与地面的摩擦力，使刹车距离从现在的19米缩短为9米，大大提高了安全性。这种轮胎已完成了实地试验，一旦投产，对世界轮胎业产生的冲击可想而知。又如，德国米勒公司新设计的一款洗衣机内桶表面结构仿造蜂巢和龟背壳形状，所洗的衣服非常干净，但洗涤过程却非常柔顺，不伤衣料。据统计，我国每年洗衣机更新量为500万台，有关专家已经担忧，一旦这种仿生洗衣机进入市场，将大大挤压我国的洗衣机市场。 将仿生研究纳入国家战略 机器人、纳米自洁涂料、生物农药……仿生科研在本市和全国其它城市的不少领域已有开展，但始终难以形成规模产业，缘于仿生学缺乏系统的研究规划和研究体系，因此源头创新性研究还远远不够。为此有关专家认为，科研主管部门、科技界和产业界都应转变观念和视角，从模仿国外转变为模仿自然，向大自然汲取科技创新的灵感。 据了解，我国当前优先发展的高技术产业化重点领域共有141个方面，其中将近有30个领域与仿生学相关。例如:光传输系统，生物医学材料及体内植入物和人造器官，生物反应器及分离技术与成套设备，医药新剂型，新型医用精密诊断及治疗仪器，新型材料－纳米材料，膜工程技术，子午线轮胎生产技术及关键设备和原材料，新型传感器，工业机器人及机器人自动化生产线，环境与污染源监测仪器及自动监测系统，高效、安全新农药、兽药及生物防治技术，新型墙体材料等。由此可见，加强仿生科研和仿生成果的转化，将使我国的高新技术产业的质与量都产生飞跃。 杜家纬介绍，21世纪的仿生学，正朝着微观、系统、智能、精细、洁净方向发展，更多地表现为将生物系统构造和生命活动过程融合到技术创新的设计思想中去。当前仿生结构和力学的研究在国际上受到高度关注，研制微型飞行器，机器昆虫和机器鱼等正形成热潮。在新材料研究方面，世界各国也都将目标放在模仿生物界的结构，如海洋壳类构造、蜘蛛丝、植物表面超微结构、动物角趾皮肤等等。 仿生学是多学科的交叉，需要多学科的专家，尤其是生命科学家和工程技术专家的共同关注与参与。专家呼吁：要将仿生学的发展放在国家重要战略地位加以考虑，把握21世纪国际仿生学的发展方向和前沿，加强原始创新研究，从仿生结构与力学，仿生材料与微纳系统，仿生功能器件及控制，分子仿生，神经和信息科学等五大“仿生科学与技术”系统性基础研究方向，建立复杂生物体系的研究与发现体系。在仿生材料,仿生工艺，仿生机械，仿生功能器件，微纳米仿生技术，仿生传感器，基因仿生工程，组织仿生工程，生物膜仿生工程和人工智能等10个前沿领域，加强仿生研究和产业孕育。