仿生設計-理解與作業(yè)PPT課件

1、1 仿生設計 2 仿生設計的基本概念仿生設計的基本概念 仿生設計學是以自然界萬事萬物的仿生設計學是以自然界萬事萬物的 “形形”、色、色”、音、音”、“功能功能”、 “結構結構”等為研究對象，有選擇地在等為研究對象，有選擇地在 設計過程中應用這些特征原理，為設設計過程中應用這些特征原理，為設 計提供新的思想、新的原理、新的方計提供新的思想、新的原理、新的方 法和新的途徑。法和新的途徑。 師法自然的仿生設計是一種重要的設師法自然的仿生設計是一種重要的設 計方法。建構人與機器、生態(tài)自然與計方法。建構人與機器、生態(tài)自然與 人造自然之間的高度和諧，是仿生設人造自然之間的高度和諧，是仿生設 計的主要目標。

2、計的主要目標。 3 仿生設計的發(fā)展歷史仿生設計的發(fā)展歷史 相傳在公元前三千多年，我們的祖先有 巢氏模仿鳥類在樹上營巢，以防御猛獸的傷 害；四千多年前，我們的祖先“見飛蓬轉而 知為車”，即見到隨風旋轉的飛蓬草而發(fā)明 輪子，做有裝成輪子的車。古代廟宇中大殿 之前的山門的建造，就其建筑結構來看，頗 有點像大象的架勢，柱子又圓又粗，仿佛像 大象的腿。 我國古代勞動人民對水生動物魚類 的模仿也卓有成效。通過對水中生活的魚類 的模仿，古人伐木鑿船，用木材做成魚形的 船體，仿照魚的胸鰭和尾鰭制成雙槳和單櫓， 由此取得水上運輸的自由。后來隨制作水平 提高而出現的龍船，多少受到了不少動物外 形的影響。還有古代水

3、戰(zhàn)中使用的火箭武器 “火龍出水” 。 4 仿生設計形式仿生設計形式 1.1.形態(tài)的仿生形態(tài)的仿生 2.2.功能的仿生功能的仿生 3.3.結構和材料的仿生結構和材料的仿生 4.4.綜合仿生設計綜合仿生設計 5 仿生設計形式仿生設計形式 具象形態(tài)是透過眼睛構造以生理的自具象形態(tài)是透過眼睛構造以生理的自 然反應，誠實地把外界之形映入眼睛膜刺然反應，誠實地把外界之形映入眼睛膜刺 激神經后感覺到存在的形態(tài)。它比較逼真激神經后感覺到存在的形態(tài)。它比較逼真 的再現事物的形態(tài)。由于具象形態(tài)具有很的再現事物的形態(tài)。由于具象形態(tài)具有很 好的情趣性、可愛性、有機性、親和性、好的情趣性、可愛性、有機性、親和性、 自然

4、性，人們普遍樂于接受，在玩具、工自然性，人們普遍樂于接受，在玩具、工 藝品、日用品應用比較多。但由于其形態(tài)藝品、日用品應用比較多。但由于其形態(tài) 的復雜性，很多工業(yè)產品不宜采用具象形的復雜性，很多工業(yè)產品不宜采用具象形 態(tài)。態(tài)。 1.1.形態(tài)的仿生形態(tài)的仿生-具象形態(tài)的仿生具象形態(tài)的仿生 6 仿生設計形式仿生設計形式 7 仿生設計形式仿生設計形式 1.1.形態(tài)的仿生形態(tài)的仿生-抽象形態(tài)的仿生抽象形態(tài)的仿生 抽象形態(tài)是用簡單的形體反映事物抽象形態(tài)是用簡單的形體反映事物 獨特的本質特征。此形態(tài)作用于人時，會獨特的本質特征。此形態(tài)作用于人時，會 產生產生“心理心理”形態(tài)，這種形態(tài)，這種“心理心理”形態(tài)

5、必形態(tài)必 需生活經驗的積累，經過聯(lián)想和相象把形需生活經驗的積累，經過聯(lián)想和相象把形 浮現在腦海中，那是一種虛幻的，不實的浮現在腦海中，那是一種虛幻的，不實的 形，但是這個形經過個人主觀的喜怒哀樂形，但是這個形經過個人主觀的喜怒哀樂 聯(lián)想所產生的形變化多端、色彩豐富，這聯(lián)想所產生的形變化多端、色彩豐富，這 與生理上感覺到的形大異起趣。與生理上感覺到的形大異起趣。 8 仿生設計形式仿生設計形式 9 仿生設計形式仿生設計形式 -形態(tài)高度的簡化性和概括性形態(tài)高度的簡化性和概括性 -形態(tài)豐富的聯(lián)想性和想象性形態(tài)豐富的聯(lián)想性和想象性 -同一具象形態(tài)的抽象形態(tài)的多樣性同一具象形態(tài)的抽象形態(tài)的多樣性 抽象的仿

6、生形態(tài)具有以下特征：抽象的仿生形態(tài)具有以下特征： 10 仿生設計形式仿生設計形式 2 2、功能的仿生、功能的仿生 人們發(fā)現，動植物的某些方面的功能， 實際上遠遠超越了人類自身在此方面的科技 成果。生存在自然界中的各種各樣的動植物 能在各種惡劣復雜的環(huán)境中生存與運動，這 是因為其運動器官和形體與惡劣復雜環(huán)境斗 爭進化的結果。植物和動物在幾百萬年的自 然進化中，不僅完全適應自然，而且其進化 程度接近完美。今天，我們生活在科學技術 飛快發(fā)展的時代，學習和利用生物系統(tǒng)的優(yōu) 異結構和奇妙的功能，已經成為技術革新和 技術革命的一個新方向。 11 仿生設計形式仿生設計形式 根據蛙眼原理，科學家利用電子技術根

7、據蛙眼原理，科學家利用電子技術 制成了雷達系統(tǒng)，能準確快速地識別目標制成了雷達系統(tǒng)，能準確快速地識別目標 。 12 仿生設計形式仿生設計形式 根據加重的翅痣蜻蜒在高速飛行時安然無恙， 人們仿效其在飛機的兩翼加上了平衡重錘，解決 了因高速飛行而引起振動的棘手問題； 仿昆蟲復眼的構造特點，人類造出了大屏幕 模塊化彩電和復眼照相機； 13 仿生設計形式仿生設計形式 3 3、結構和材料的仿生、結構和材料的仿生 隨著仿生學的深入開展，人們不但 從外形、功能去模仿生物，而且從生物 奇特的結構和肌理中也得到不少啟發(fā)。 人們在“仿生制造”中不僅是師法大自 然，而且是學習與借鑒他們自身內秉的 組織方式與運行模式

8、。 14 仿生設計形式仿生設計形式 蜂巢由一個個排列整齊的 六棱柱形小蜂房組成，每個小 蜂房的底部由 3 個相同的菱 形組成，這些結構與近代數學 家精確計算出來的菱形鈍角 109 28 和銳角 70 32 完全相同，是最節(jié)省材 料的結構，且容量大、極堅固 ，令許多專家贊嘆不止。 人們仿其構造用各種材料 制成蜂巢式夾層結構板，強度 大、重量輕、不易傳導聲和熱 ，是建筑及制造航天飛機、宇 宙飛船、人造衛(wèi)星等的理想材 料。 15 仿生設計形式仿生設計形式 所有的柔性材料如藤所有的柔性材料如藤, ,繩繩, ,索都具索都具 有極強的抗拉特性有極強的抗拉特性, ,由柔性材料組成的由柔性材料組成的 建筑結構

9、稱為懸索結構建筑結構稱為懸索結構, ,它具有跨越大它具有跨越大 跨度的能力跨度的能力, ,而且特別節(jié)省材料而且特別節(jié)省材料. .蜘蛛網蜘蛛網 就是自然界中的懸索結構就是自然界中的懸索結構. .蜘蛛網能承蜘蛛網能承 受很大的力受很大的力, ,有的蜘蛛網上放上一個啤有的蜘蛛網上放上一個啤 酒瓶也不會掉下地酒瓶也不會掉下地. . 16 仿生設計形式仿生設計形式 4 4綜合仿生設計綜合仿生設計 在現代工業(yè)產品設計中，單純地在現代工業(yè)產品設計中，單純地 從形態(tài)、功能、結構或材料的某一個從形態(tài)、功能、結構或材料的某一個 方面來仿生是很少見的，更多的是綜方面來仿生是很少見的，更多的是綜 合形態(tài)、功能、結構和

10、材料的多個方合形態(tài)、功能、結構和材料的多個方 面來進行仿生設計，而且還從大自然面來進行仿生設計，而且還從大自然 的生存哲學即和諧與共生的角度進行的生存哲學即和諧與共生的角度進行 仿生設計，諸如綠色仿生設計，可持仿生設計，諸如綠色仿生設計，可持 續(xù)仿生設計等。續(xù)仿生設計等。 17 仿生設計形式仿生設計形式 自然中空結構自然中空結構 在自然界，我們發(fā)現很多高度復雜 的中空結構，重量保持最輕，卻有出色 的韌性和強度，這些正是汽車生產需要 的特性。于是，鳥類的羽毛骨質，螃蟹 、蜘蛛等的殼就成為我們研究自然界的 原型。 18 仿生設計形式仿生設計形式 寶馬的H2R氫燃料汽車最高時速達300.175 公里。無庸置疑，發(fā)揮到極至的空氣動力學是 實現這一高速的關鍵因素。寶