第一篇：仿生智能材料在生活中的應(yīng)用論文

仿生智能材料在生活中的應(yīng)用設(shè)想

學(xué)

院：生命科學(xué)學(xué)院 班

級：1班

年級專業(yè)：11級生物科學(xué) 學(xué)

號：1109010318 姓

名：吳小華

電

話：*** 序

號：

材料是人類一切生產(chǎn)和生活水平提高的物質(zhì)基礎(chǔ), 是人類進步的里程碑。隨著科技的發(fā)展, 特別是20世紀80年代以來,現(xiàn)代航天、航空、電子、機械等高技術(shù)領(lǐng)域取得了飛速的發(fā)展, 人們對所使用的材料提出了越來越高的要求, 傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)材料或功能材料已不能滿足這些技術(shù)的要求, 材料科學(xué)的發(fā)展由傳統(tǒng)單一的僅具有承載能力的結(jié)構(gòu)材料或功能材料, 向多功能化、智能化的結(jié)構(gòu)材料發(fā)展。20世紀80年代末期, 受到自然界生物具備的某些能力的啟發(fā), 美國和日本科學(xué)家首先將智能概念引入材料和結(jié)構(gòu)領(lǐng)域, 提出了智能材料結(jié)構(gòu)的新概念。智能材料是指具有感知環(huán)境（包括內(nèi)環(huán)境和外環(huán)境）刺激，對之進行分析、處理、判斷，并采取一定的措施進行適度響應(yīng)的智能特征的材料。

1.仿生智能材料

1.1智能材料的仿生特點

從生物學(xué)角度看，人類能夠?qū)ν饨缱龀鲋鲃有苑磻?yīng)是因為人體具有收集、分析外界信息并做出適當(dāng)反應(yīng)的能力。收集信息需要“神經(jīng)元”（如觸覺神經(jīng)、視覺神經(jīng)等），分析信息需要“大腦”，對信息做出適當(dāng)反應(yīng)需要“肌肉”；“神經(jīng)元”、“大腦”及“肌肉”相互之間的信息傳遞則需要“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”。因此，與人類相類似，具有仿生功能的智能材料和由它所構(gòu)成的系統(tǒng)應(yīng)具備以下四個要素：

（1）含有附著的、埋入的或內(nèi)在的傳感器，它是智能材料的“神經(jīng)元”，用以感知外界變化并收集外界信息。

（2）含有中央處理器，它是智能材料和結(jié)構(gòu)的“大腦”，用它對傳感器所收集到的外界信息進行分析、處理并發(fā)出適當(dāng)?shù)摹⑦m時的動作指令。

（3）有附著的、埋入的或內(nèi)在的執(zhí)行器，它是智能材料的“肌肉”，其作用是根據(jù)中央處理器發(fā)出的反應(yīng)指令進行相應(yīng)的動作，因而也稱之為動作器。

（4）擁有通信網(wǎng)絡(luò)，它是智能材料和結(jié)構(gòu)的“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”，擔(dān)負著傳感器、執(zhí)行器與中央處理器相互間的信息傳輸任務(wù)。此外，智能材料和結(jié)構(gòu)還應(yīng)具有與人的骨架功能相類似的先進復(fù)合材料，用以支承、連接這些硬件系統(tǒng)和受控結(jié)構(gòu)。由此可以看出，智能材料是一種用來描述自身含有傳感器、執(zhí)行器、中央處理器及通信網(wǎng)絡(luò)的仿生材料。它具有與生物體相類似的自適應(yīng)功能，能夠?qū)χ車饨绛h(huán)境的變化作出適時、靈敏和恰當(dāng)?shù)姆磻?yīng)。1.2智能材料的特征

因為設(shè)計智能材料的兩個指導(dǎo)思想是材料的多功能復(fù)合和材料的仿生設(shè)計，所以智能材料系統(tǒng)具有或部分具有如下的智能功能和生命特征：

（1）傳感功能（Sensor）能夠感知外界或自身所處的環(huán)境條件，如負載、應(yīng)力、應(yīng)變、振動、熱、光、電、磁、化學(xué)、核輻射等的強度及其變化。

（2）反饋功能（Feedback）可通過傳感網(wǎng)絡(luò)，對系統(tǒng)輸入與輸出信息進行對比，并將其結(jié)果提供給控制系統(tǒng)。

（3）信息識別與積累功能能夠識別傳感網(wǎng)絡(luò)得到的各類信息并將其積累起來。

（4）響應(yīng)功能能夠根據(jù)外界環(huán)境和內(nèi)部條件變化，適時動態(tài)地作出相應(yīng)的反應(yīng)，并采取必要行動。

（5）自診斷能力（Self-diagnosis）能通過分析比較系統(tǒng)目前的狀況與過去的情況，對諸如系統(tǒng)故障與判斷失誤等問題進行自診斷并予以校正。

（6）自修復(fù)能力（Self-recovery）能通過自繁殖、自生長、原位復(fù)合等再生機制，來修補某些局部損傷或破壞。

（7）自調(diào)節(jié)能力（Self-adjusting）對不斷變化的外部環(huán)境和條件，能及時地自動調(diào)整自身結(jié)構(gòu)和功能，并相應(yīng)地改變自己的狀態(tài)和行為，從而使材料系統(tǒng)始終以一種優(yōu)化方式對外界變化作出恰如其分的響應(yīng)。一般來說智能材料由基體材料、敏感材料、驅(qū)動材料和信息處理器四部分構(gòu)成。

2.仿生智能材料的應(yīng)用設(shè)想

2.1 在醫(yī)療方面

智能材料和結(jié)構(gòu)可用來制造無需馬達控制并有觸覺響應(yīng)的假肢。這些假肢可模仿人體肌肉的平滑運動，利用其可控的形狀回復(fù)作用力，靈巧地抓起易碎物體，如盛滿水的紙杯等。藥物自動投放系統(tǒng)也是智能材料一顯身手的領(lǐng)地。日本推出了一種能根據(jù)血液中的葡萄糖濃度而擴張和收縮的聚合物。葡萄糖濃度低時，聚合物條帶會縮成小球，葡萄糖濃度高時，小球會伸展成帶。借助于這一特性，這種聚合物可制成人造胰細胞。將用這種聚合物包封的胰島素小球，注入糖尿病患者的血液中，小球就可以模擬胰細胞工作。血液中的血糖濃度高時，小球釋放出胰島素，血糖濃度低時，胰島素被密封。這樣，病人血糖濃度就會始終保持在正常的水平上。2.2軍事方面 在航空航天器蒙皮中植入能探測激光、核輻射等多種傳感器的智能蒙皮，可用于對敵方威脅進行監(jiān)視和預(yù)警。美國正在為未來的彈道導(dǎo)彈監(jiān)視和預(yù)警衛(wèi)星研究在復(fù)合材料蒙皮中植入核爆光纖傳感器、X 射線光纖探測器等多種智能蒙皮。這種智能蒙皮將安裝在天基防御系統(tǒng)平臺表面，對敵方威脅進行實時監(jiān)視和預(yù)警，提高武器平臺抵御破壞的能力。智能材料還能降低軍用系統(tǒng)噪聲。美國軍方發(fā)明出一種可涂在潛艇上的智能材料，它可使?jié)撏г肼暯档?0 分貝，并使?jié)撏綔y目標的時間縮短100倍。2.3智能皮膚

研制出觸覺靈敏、能夠自我修復(fù)、自我愈合的“智能皮膚”是人類夢寐以求的愿望，如今這一理想正在變?yōu)楝F(xiàn)實。用光纖材料或高分子材料制成能像人的手那樣可以“感覺”和“動作”的傳感器與執(zhí)行器；運用電子技術(shù)和計算機技術(shù)制造出能夠像人的大腦那樣可以分析判斷、邏輯推理及綜合理解的微型數(shù)據(jù)信息處理系統(tǒng)；將這些傳感器、執(zhí)行器及控制系統(tǒng)埋入到結(jié)構(gòu)材料之中就形成了一種具有類似人皮膚那樣功能的復(fù)合智能材料結(jié)構(gòu)。這種“智能皮膚”不僅可以用來制成飛機的機翼和機身的蒙皮，以防止鳥撞飛機等意外事故的發(fā)生；而且，它還可以用在潛艇上，吸收來自聲納的反射波，使其擺脫敵方聲納系統(tǒng)的監(jiān)控，成為一個真正的“秘密”武器。2.4智能生活用品

在日常生活方面，智能材料結(jié)構(gòu)也具有廣闊的應(yīng)用前景。在不久的將來，家庭中由智能材料結(jié)構(gòu)制成的物品到處可見：坐椅可根據(jù)人的體型調(diào)整其形狀和溫度，使人能更好地解除疲勞；餐桌可使用磁感應(yīng)來保持食品的溫度；墻壁上的智能裝飾材料能夠改變顏色和紋路，使人們免受洗衣機、吸塵器、抽油煙機等家電帶來的噪聲之苦；由電致變色智能材料制成的“智能靈巧窗”可以隨氣候的變化和人們的活動而自適應(yīng)地調(diào)節(jié)熱流和采光。此外，用在高級轎車擋風(fēng)玻璃上的智能雨刷可自動感覺雨量的大小并將其調(diào)節(jié)到最佳的運動速度?！半S身聽”是當(dāng)代青年人所喜歡的娛樂用品之一。它上面的磁頭定位器是由智能材料———壓電陶瓷晶片制成的。這種壓電陶瓷定位器可以控制磁帶始終垂直地貼緊磁頭，精確地沿著磁道軌跡運動，使我們能夠聽到悅耳動聽的音樂。

3.結(jié)束語

仿生智能材料現(xiàn)已成為材料科學(xué)中的重要研究課題，各國科學(xué)家正為此不懈地努力，相信終有一天會出現(xiàn)各種實用的仿生智能材料。

附：參考文獻：

[1] 張文毓.仿生智能材料研究進展[J].船舶物資與市場.2010(06)[2] 張青,戴起勛,趙玉濤,程曉農(nóng).仿生材料設(shè)計與制備的研究進展[J].江蘇大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版).2003(06)

[3] 謝建宏,張為公,梁大開.智能材料結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀及未來發(fā)展[J].材料導(dǎo)報.2006(11)

第二篇：物理論文力學(xué)在生活中的應(yīng)用

力學(xué)在生活中的應(yīng)用

物理作為一門重要的自然科學(xué)的基礎(chǔ)科學(xué)，已經(jīng)是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的中心學(xué)科之一，隨著科技的發(fā)展，物理已經(jīng)滲入到了人類生活的方方面面，包括我們的身邊。

今天我就專門從力學(xué)方面給大家講解一下力學(xué)在日常生活和現(xiàn)代科技中的應(yīng)用。力學(xué)的發(fā)展和我們的生產(chǎn)、生活密切相關(guān)。在古代雖然沒有力學(xué)的理論的指導(dǎo)，但古人在生產(chǎn)。生活實踐中卻廣泛的運用了力學(xué)原理。例如原始鉆木取火等，隨著社會的發(fā)展，偉大的物理學(xué)家們建立了力學(xué)理論知識，于是力學(xué)知識在我們生活中的應(yīng)用就越來越頻繁、廣泛。將我們所學(xué)的知識應(yīng)用到我們的生活中，不僅能鞏固我們所學(xué)的知識，而且會使我們養(yǎng)成一個勤于思考的好習(xí)慣。同時在生活中遇到各種事物可以聯(lián)想到所學(xué)的知識能為我們美好的生活打下扎實的基礎(chǔ)。

力學(xué)對我們的貢獻是很大的。1880年成功修建第一條標準軌距鐵路；1962年3月成功發(fā)射第一顆導(dǎo)彈；1995年9月武漢長江大橋建設(shè)成功；從1999年到2012年神舟一、二、三……九號發(fā)射等等無一不利用了力學(xué)知識

人不是十全十美的，也有犯錯的時候，當(dāng)我們不小心把生雞蛋和熟雞蛋混在一起，這就遭了，無論是生雞蛋還是熟雞蛋，他們的外形看上去是一模一樣的，我們無法只看他們的外形將他們區(qū)別開來，這個時候怎么辦呢？我們就可以利用我們所學(xué)的物理知識來解決問題，我們把雞蛋在桌子上轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)的很慢而且只轉(zhuǎn)一兩圈就停下的一定是生雞蛋，而轉(zhuǎn)動很快，而且連續(xù)轉(zhuǎn)好幾圈才停下來的就是熟雞蛋。、，為什么呢？

這是因為熟雞蛋的蛋清和蛋黃凝固成了固體，旋轉(zhuǎn)蛋殼的時候由于慣性，蛋是一個整體一起轉(zhuǎn)動的，所以轉(zhuǎn)動的很快。而生雞蛋來說，蛋清蛋液都是液體，由于慣性轉(zhuǎn)動時蛋清和蛋黃不僅不能隨著轉(zhuǎn)動，而且還會對蛋殼的轉(zhuǎn)動起到一定的阻礙作用，從而使得生雞蛋轉(zhuǎn)動的速度很慢。這就是慣性的應(yīng)用。

把一個雞蛋放在手中，小小的蛋殼，我們使出九牛二虎之力也不可能將雞蛋捏碎，這是為什么呢？

這是因為雞蛋蛋殼的凸面能把外來的壓力沿著曲面均勻的分散開來，所以雞蛋殼不易碎。不知道大家有沒有注意到橋的形狀和蛋殼的凸面是很相似的，目的是使作用在橋上的壓力沿橋的曲面分散開來，橋受到的壓力變少，橋就不容易被壓壞。不只是橋有這種形狀，建筑工人，煤礦工人他們工作時候要帶的安全帽也是這個形狀，這是因為安全帽本身要求牢固和耐壓以起到保護頭部的作用，安全帽的牢固不僅僅和它本身的材料有關(guān)，最重要的還是他的形狀。由上述的舉例我們可以知道，半球形能把外來的壓力沿著曲面分散開去。

刀是我們生活必不可少的生活用品，但是刀用上一段時間后就會被損壞，切起東西來十分的費力，許多人因此就重新又買一把刀，這費錢也費力是不值得的。其實我們只要知道磨刀的竅訣這件事就可以迎刃而解，我們用刀切東西的時候刀的側(cè)面把東西向兩邊推壓。假設(shè)菜刀是一個理想的劈，根據(jù)李的分解，當(dāng)我們切東西時加在刀上的力為F，可以分解成兩個側(cè)面對東西的推壓力F1和F2。根據(jù)相似三角形的對應(yīng)邊成比例可知道F1和F的比等于刀面寬度A和刀背寬度B的比，即F1:F=A:B。由此可得刀面寬度比刀背寬度大的越多刀就越鋒利，切東西也就越省力。我們磨刀的時候根據(jù)這個道理，設(shè)法將刀口磨得很薄，使刀口鞋面的夾角越少。所以正確的磨刀方法是：在我們磨刀時盡量使刀面貼近磨刀石。這樣子磨出來的刀斜面夾角就會很小，刀口就會鋒利使用起來既順手又省力。

民以食為天，我們都知道世界上大多數(shù)人都以米飯為主，米是由稻子加工而成的，稻子熟土生土長的東西，因此無法避免米中混谷糠和石子，如果我們將這些東西一個一個撿出來是很浪費時間的，但這卻難不倒我們，我們在淘米的時候都知道將米倒入水中清洗，這是為什么呢？

由阿基米德：浸在液體或氣體中的物體由于受到液體或氣體對他豎直向上的浮力，浮力的大小等于物理排開液體或氣體的重可知。谷糠受到的浮力大于向上的重力，因此谷糠就會上浮，這樣子就能將谷糠和米粒分開。而米粒和石子受到的浮力都小于重力，我們區(qū)分它們的話就要用到另一種辦法，我們把盆傾斜一定角度輕輕晃動，一邊把米連水倒入事先準備好的另一個空盆中，最后剩下的就只是石子啦。這就是浮力的應(yīng)用。

摩擦力是一個很重要的力，他在生活中應(yīng)用更是廣泛。如人們行走時，在光滑的地面上行走十分的困難，這是因為接觸面摩擦太小的緣故；鞋底做成各種花紋是增大接觸面的粗糙程度而增加摩擦；汽車上坡打滑時，在路面上撒點粗石子或墊上稻草汽車就可以順利前進，這是靠增大粗糙程度而增加摩擦力；各類機器中加潤滑油是為了減小齒輪的摩擦，保證機器的良好運行；在農(nóng)村，用鐵犁犁地時，鐵犁很光滑，犁尖很鋒利就是為了減小犁和泥土之間的摩擦力提高犁地的速度和效率。

物理在我們生活中應(yīng)用不只是上述這些，我的舉例只是少數(shù)，真正運用到物理的是數(shù)不勝數(shù)貫穿我們整個社會生活的。就是因為人類將我們所學(xué)的知識運用到了我們的生活中，才使得我們的生活發(fā)生了天翻地覆的變化，如今我們次啊能生活在這一個五彩繽紛、豐富多彩的社會中。從原始人的鉆木取火，到發(fā)明機器，再到神舟九號的發(fā)射，科技在發(fā)展中或多或少都應(yīng)用了物理知識，只要人類繼續(xù)研究繼續(xù)鉆研，持之以恒。我相信在不久的將來我們一定能發(fā)明更多我們現(xiàn)在無法預(yù)測的高科技產(chǎn)品！

第三篇：(應(yīng)用物理論文)連通器在生活中得應(yīng)用

連通器在生活中的應(yīng)用

專業(yè)：物理學(xué) 學(xué)號：201010800061 姓名：馮金蓮

摘要：連通器就是上端開口，相連通的容器。其性質(zhì)是連通器里的同一種液體不流動時，各容器中得液面相平。若在U形連通器裝有同一種液體，在連通器的底部正中設(shè)想有一個小液片，假如液體是靜止的。U形連通器左管中的液體對液片右側(cè)的壓強等于右管中的液體對液片左側(cè)的壓強。

關(guān)鍵詞：連通器

水位計

排水管

船閘

開采巷道

連通器的特點是容器內(nèi)裝有同一種液體時各個容器中得液面是相平的，若想液體從U形連通器的右口流出，只有從左口不斷注入液體，液體才可以從右口流出。根據(jù)連通器原理，可以將連通器應(yīng)用到生活中的許多領(lǐng)域，如水壺、自動喂食器、鍋爐與外面的水位計、水塔與自來水管、排水管、船閘、礦井開采巷道等。

一、連通器在鍋爐中應(yīng)用

為了隨時了解鍋爐內(nèi)的水位，在鍋爐上都裝有水位計，水位計和鍋爐構(gòu)成一個連通器。水位表是鍋爐三大安全附件之一。它是一個豎直玻璃管，上下分別與鍋筒的汽空間和水空間相連，作用是顯示蒸汽鍋爐鍋筒內(nèi)水位的高低。鍋爐上如果不安裝水位表或者水位表失靈，司爐工將無法了解鍋筒內(nèi)水位變化，在運行中就會發(fā)生缺水或滿水事故，如果嚴重缺水后盲目進水，還會造成蒸汽鍋爐爆炸事故。

二、連通器在下水道的排水管的應(yīng)用

將下水道的排水管設(shè)計成彎曲管其實相當(dāng)于連通器，這樣可使得排水管彎管里總會留有一段水柱，彎管中的水柱可防止地下水道中的臭氣竄入室內(nèi)，也可有效地防止害蟲沿管道爬進室內(nèi)。同時彎管可使進入管中的雜物沉積于U型管的底部，防止雜物進入地下水道，這段彎管常做成活動連接式或在彎管底部裝有可以卸下的塞子，很容易打開清除管中的雜物。

三、連通器在船閘中的應(yīng)用

水壩由于蓄水，壩兩邊會產(chǎn)生水位差，顯然這時船是不可能直接通過的。要想使船通過，必須要克服這個水位差。于是有人設(shè)計了船閘，這樣輪船就可以通過船閘來過壩了。那船閘又是怎樣利用連通器原理來實現(xiàn)這個過程的呢？我們都知道，大壩蓄水后，上游的水位會比下游的高很多，這樣，如果只有一個閘門的話，打開閘門那就等于開閘泄洪了，而通過一個船肯定不至于這樣大費力氣的。所以一個船閘就設(shè)計了多個閘門，當(dāng)輪船從下游通過閘門駛向上游時，輪船先通過下閘門進入閘室，然后關(guān)閉下游閘門，把上游閘門打開，這樣上游的水和船閘中的水就構(gòu)成一個連通器，使船閘中的水位和上游等高，然后再把上游閘門打開，這樣輪船就可以通過大壩了。同樣的道理，輪船也可以從上游駛向下游。

四、連通器在礦井開采巷道中得應(yīng)用

開采生產(chǎn)有時許多巷道在用完后需要封閉,封閉時需要考慮不讓有害氣體逸出,又要讓封閉側(cè)的巷道淋水可以排出;礦井開采設(shè)計中有些硐室與硐室之間,硐室與其巷道之間需要實現(xiàn)泄水封(隔)氣(風(fēng))(火)。為解決此類問題可將連通器原理引入,且簡單、可靠、安全、方便。

1、封閉傾斜巷道中得應(yīng)用

按照規(guī)定，封閉的傾斜巷道必須在密封時留設(shè)出水孔。但留設(shè)了出水孔，將會出現(xiàn)巷道封閉不嚴、有害氣體瀉出或漏風(fēng)問題。因此利用連通器原理在密封底板掏槽砌注時留設(shè)一個低于巷道水溝的U型泄水槽，將密閉內(nèi)外的排水溝與密閉的U型泄水槽導(dǎo)通，只有密閉底下的U型泄水槽中水注滿后，液體才能流出，利用水實現(xiàn)密閉內(nèi)外的隔斷。起到泄水封氣的作用。

2、硐室與硐室之間

采礦工程手冊規(guī)定硐室內(nèi)清潔水及巷道淋水一般導(dǎo)入汞房吸水井，存在過放火柵欄兩用門過水不過火的隔斷問題。設(shè)計在此處亦可應(yīng)用連通器原理，在防火柵欄門的安裝砌墻底板電纜溝一側(cè)預(yù)留一個低于電纜溝底板的U型泄水槽與進水汞房的電纜溝形成連通器。

五、連通器在施工測量中得應(yīng)用

在裝修房屋時，工人師傅常用一根灌有水且足夠長的透明塑料軟管的兩端靠在墻面的不同地方并做出記號，他們這樣做的目的是為了描繪水平線，利用了連通器原理使其處于同一水平面。利用這個原理還可以在諸如煙囪、水塔、鋼構(gòu)架等高聳構(gòu)筑物施工中，做標高控制和圈梁或現(xiàn)澆平臺的水平面控制，對于這類高聳構(gòu)筑物，由于高空風(fēng)力和腳手架本身的顫動等因素的影響，很難用水準儀進行準確抄平，而采用透明塑料軟管就很容易得到一個精確的封閉水平線。

總結(jié)：本文所介紹的連通器原理在生活中利用的例子都是比較簡單、實用、使用方便的，在連通器原理的利用中只是“冰山一角”，連通器在其它方面的應(yīng)用還需要不斷發(fā)掘、總結(jié)和創(chuàng)新，為生活帶來更多的方便和貢獻。

第四篇：仿生設(shè)計的現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計的應(yīng)用前景論文[范文模版]

摘要：仿生設(shè)計是工業(yè)設(shè)計中非常重要的一種設(shè)計方法和設(shè)計思維。本文指出了仿生設(shè)計對現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計的重要價值，歸納出現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計中仿生設(shè)計的主要應(yīng)用方式，包括形態(tài)、功能、結(jié)構(gòu)、色彩、肌理等，并提出了仿生設(shè)計在工業(yè)設(shè)計中的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：仿生設(shè)計；工業(yè)設(shè)計；設(shè)計方法；仿生學(xué)

自然之美是設(shè)計之源，仿生設(shè)計自古有之。從學(xué)科上來講，仿生設(shè)計也稱為設(shè)計仿生學(xué)，是在仿生學(xué)和設(shè)計學(xué)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的綜合性交叉學(xué)科。其研究范圍涉及生物學(xué)、數(shù)學(xué)、材料學(xué)、人機學(xué)、色彩學(xué)、美學(xué)、工程學(xué)等諸多學(xué)科。仿生設(shè)計因其獨特的價值，在現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計中不僅非常常見而且應(yīng)用廣泛，對工業(yè)設(shè)計的發(fā)展和設(shè)計價值的實現(xiàn)發(fā)揮著重要的作用。

一、仿生設(shè)計對現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計的主要價值

仿生設(shè)計并不是對自然對象形態(tài)的簡單模仿，而是根據(jù)一定的目標，經(jīng)過復(fù)雜的觀察研究和設(shè)計技術(shù)，為工業(yè)設(shè)計提供一種有價值的解決思路和設(shè)計方案的過程。它對工業(yè)設(shè)計至少有如下幾種價值：第一，豐富設(shè)計造型，提供更多設(shè)計選擇。地球有豐富多彩的自然形態(tài)，自然中的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、功能、色彩、肌理都可以成為仿生學(xué)和仿生設(shè)計的對象，為工業(yè)設(shè)計提供無窮的思路和方案。第二、優(yōu)化產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)，節(jié)省設(shè)計成本。仿生設(shè)計通過對符合設(shè)計目標對象的研究，能夠為設(shè)計找到一條便捷而方向準確的道路，不僅能夠獲得最優(yōu)化的設(shè)計方案，還能大大節(jié)約設(shè)計研發(fā)的時間、資金、技術(shù)等成本。第三、增加產(chǎn)品情趣，提升產(chǎn)品附加值。仿生不僅高效地滿足設(shè)計對功能的需要，還能因為仿生具有的形態(tài)或交互趣味，增加設(shè)計的附加值[1]。美國社會未來學(xué)家約翰奈斯比提出：“無論何處，人都需要補償性的高情感，這種補償?shù)母咔楦杏绕潴w現(xiàn)在當(dāng)今社會，社會越進步，人們離大自然越遠，親近大自然的感覺反而越強烈?！钡谒?、增加產(chǎn)品內(nèi)涵，豐富設(shè)計文化。許多生物在人類長期的歷史文化中成為了圖騰或者與民族優(yōu)秀的歷史文化有著緊密的關(guān)聯(lián)。仿生設(shè)計可以為產(chǎn)品增加文化內(nèi)涵，為設(shè)計目標提供符合品位和符號象征的設(shè)計方案。

二、仿生設(shè)計在現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計中的主要應(yīng)用方式

按不同的角度或不同的目的劃分，現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計中的仿生設(shè)計可劃分為不同的方法種類。例如，按生物所屬種類來分，可分為動物仿生、植物仿生、昆蟲仿生、人類仿生和微生物仿生；按模仿的逼真程度來分，可分為具象仿生和抽象仿生；按模仿的完整性可分為整體仿生和局部仿生；按被模仿生物的態(tài)勢來分，可分為靜態(tài)仿生和動態(tài)仿生[2]。目前，按照生物系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的劃分來探討仿生設(shè)計種類是最普遍的方式。據(jù)此，仿生設(shè)計在現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計中的應(yīng)用方式有主要如下幾種：1.形態(tài)仿生設(shè)計通過研究生物（包括動物、植物、微生物和我們?nèi)祟愖陨恚┑膬?nèi)外形態(tài)及其象征寓意，經(jīng)過相應(yīng)的設(shè)計技術(shù)和藝術(shù)手法將其運用到設(shè)計之中的過程即是形態(tài)仿生設(shè)計。形態(tài)仿生包含局部形態(tài)仿生和整體形態(tài)仿生。形態(tài)仿生設(shè)計是工業(yè)設(shè)計中應(yīng)用最大的仿生設(shè)計形式。例如，瑪莎拉蒂的Kuba概念車就是運用局部形態(tài)仿生設(shè)計的案例，該車前臉上大大的格柵像極了鯰魚的厚嘴，因此也被稱為“鯰魚車”。奔馳的Boxfish設(shè)計（見圖1）是整體形態(tài)仿生設(shè)計的典型代表。這款汽車以箱鲀?yōu)樵O(shè)計原型，設(shè)計師模仿箱鲀的外形形態(tài)將汽車風(fēng)阻值降低到了0.06，使得汽車不僅外觀更加流暢，而且油耗降低了20%，氮氧化物等的排放量減少了80%。家喻戶曉的甲殼蟲汽車、熊貓汽車，其獨特的外形早已成為經(jīng)典，深受人們青睞。家具設(shè)計和兒童產(chǎn)品設(shè)計中形態(tài)仿生設(shè)計案例更是比比皆是。2.功能仿生設(shè)計功能仿生設(shè)計是通過對生物功能實現(xiàn)的機理進行研究，將其運用到產(chǎn)品設(shè)計中的方法。早在春秋戰(zhàn)國時期，著名的木匠魯班在一次外出時，不慎被帶齒的草葉劃傷了皮膚，他從中得到啟發(fā)，發(fā)明了鋸子。功能是大部分產(chǎn)品最大的價值，因此在現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計中功能仿生是設(shè)計師和工程師們十分熱衷的設(shè)計方法。比如，潛水艇是對魚的仿生。魚通過魚鰾肌控制魚鰾的收縮和膨脹可以使體內(nèi)空氣的含量產(chǎn)生變化而調(diào)節(jié)身體的密度，在水中產(chǎn)生的浮力也會隨之變化，達到上升或下沉的目的。設(shè)計師們模仿魚類的這一功能特性，設(shè)計出了潛水艇，利用蓄水倉的注水變化，模仿魚鰾功能，下潛時就往蓄水倉中注水，增加潛艇重量，潛艇就下潛；要上浮時就往外排水，清空倉中積水,減輕潛艇重量。除此之外，還有諸多經(jīng)典的功能仿生設(shè)計案例。諸如模仿了蝙蝠的超聲波定位系統(tǒng)的雷達、仿生章魚遇險噴黑色墨汁功能的煙霧彈等等。功能仿生由于其應(yīng)用的廣泛性、實用性和自然性，讓我們在使用相關(guān)產(chǎn)品時幾乎忘了這些產(chǎn)品功能本身的源頭是大自然的生物。3.結(jié)構(gòu)仿生設(shè)計結(jié)構(gòu)仿生是以研究生物結(jié)構(gòu)為主，以工程力學(xué)原理為基礎(chǔ)，進而對材料、結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)進行仿生模擬，以此設(shè)計和優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)[3]。比如，在直升飛機中就運用了結(jié)構(gòu)仿生設(shè)計。飛機在高速飛行時，常會引起共振現(xiàn)象，甚至?xí)蹟鄼C翼引起飛機失事。昆蟲早在三億年前就飛翔在空中了，它們卻沒有顫振的危險。生物學(xué)家通過研究發(fā)現(xiàn)昆蟲每個翅膀前緣的上方都有一塊深色的角質(zhì)加厚區(qū)——翼眼或稱翅痣。這一區(qū)域直接影響昆蟲的飛行穩(wěn)定。根據(jù)這一發(fā)現(xiàn)，人們在飛機的兩翼上加上了平衡重錘，使得這一問題得到解決。在如今科技發(fā)達的現(xiàn)代社會中，人們依然在設(shè)計中運用結(jié)構(gòu)仿生并達到了極好的效果。德國工程公司Festo根據(jù)象鼻子的結(jié)構(gòu)特點，創(chuàng)造了新式的象鼻機械臂（見圖2），先進的仿生設(shè)計使它能靈活地搬運沉重的貨物，并進行伸縮和彎曲動作，使機械臂的性能在靈活度、伸縮性和柔韌度上都提升到了新的高度。4.色彩仿生設(shè)計美國視覺藝術(shù)心理學(xué)家布魯莫曾說：“色彩喚起各種情緒，表達感情，甚至影響我們正常的生理感受?！鄙史律ㄟ^借鑒和運用生物的顏色，能夠為產(chǎn)品設(shè)計提供多樣的色彩方案，為產(chǎn)品吸引消費者和實現(xiàn)價值發(fā)揮著極其重要的作用。玫瑰紅、寶石藍、咖啡色等等諸多顏色都是提取自自然，自然萬物豐富的色彩不僅為人們的視覺審美提供了豐富的資源，也為更好地實現(xiàn)產(chǎn)品功能，保護用戶的安全提供了設(shè)計思路。例如，軍用迷彩服和汽車就是借鑒變色龍的偽裝原理，運用自然環(huán)境中的顏色，降低在自然環(huán)境中的辨識度，達到安全保護的作用。還有在工業(yè)生產(chǎn)和機械操作中，我們廣泛采用黃蜂的黃黑色搭配（圖3），以警醒人們注意安全。5.肌理仿生設(shè)計借鑒和模擬自然物表面的紋理質(zhì)感和組織結(jié)構(gòu)特征屬性，發(fā)揮產(chǎn)品的實用性，以及表面紋理的審美、情感體驗，即為產(chǎn)品的肌理仿生設(shè)計[4]。肌理仿生設(shè)計不僅能夠讓用戶體驗到有如生物對象表皮的質(zhì)感，還能通過對生物表皮機構(gòu)的運用實現(xiàn)特殊功能。在現(xiàn)代服裝設(shè)計和一般工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計中，模擬動物皮革或皮毛的設(shè)計非常多見，人造皮革已經(jīng)成為設(shè)計應(yīng)用中最廣泛的材料之一。荷葉表面是由很多密集排列的突起組成，它們之間存在納米級的微小的空隙，而在此之上還存在更為細小的突起，形成雙重的結(jié)構(gòu)突起。水滴在荷葉上極易滾動，與此同時帶走塵埃細菌。荷葉表面這種不沾泥水和自清理的肌理結(jié)構(gòu)原理，被廣泛應(yīng)用在現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計中。比如，自清潔玻璃通過利用荷葉表面多尺度結(jié)構(gòu)與表皮生物蠟的存在起到清潔的目的而制成，起到自清潔和防結(jié)冰的作用。

三、仿生設(shè)計在現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計中的應(yīng)用前景

事實上，仿生設(shè)計早已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)設(shè)計中，它不僅是一種設(shè)計方法和手段，也是許多設(shè)計師所堅持的設(shè)計觀念和設(shè)計思維。著名設(shè)計師科拉尼一生熱愛仿生設(shè)計，設(shè)計了涵蓋汽車、航天器、家具、家電等許多種類的經(jīng)典仿生產(chǎn)品。他說：“我所做的無非是模仿自然界向我們揭示的種種真實?！盵1]英國設(shè)計師亞歷克斯麥克迪爾米德熱衷于游艇仿生設(shè)計，設(shè)計出諸如Iwana、penna、conch等一系列仿生游艇。著名設(shè)計師羅斯拉古魯夫的設(shè)計理念則是把抽象的大自然的事物賦予具體的有機造型。[6]隨著人們環(huán)保意識和回歸自然思想的不斷加強，仿生設(shè)計毫無疑問會在工業(yè)設(shè)計中受到越來越多的設(shè)計師的青睞。在具體的設(shè)計方法上，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步和消費情感化需求的不斷增加，未來仿生設(shè)計也將面臨諸多新的挑戰(zhàn)。首先，仿生設(shè)計將更加科學(xué)化和高新化。比如，利用眼動跟蹤技術(shù)，根據(jù)可視化和量化的數(shù)據(jù)進行形態(tài)仿生將為形態(tài)仿生設(shè)計提供更為科學(xué)合理的依據(jù)。[7]隨著神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法技術(shù)的提高，特別是人工智能的不斷發(fā)展，仿生設(shè)計將與前言科技的結(jié)合更加緊密。比如，智能機器人通過預(yù)算行為軌跡能夠打乒乓球或羽毛球。其次，仿生設(shè)計的多學(xué)科交叉融合性進一步增強。仿生設(shè)計的本質(zhì)就具有學(xué)科交叉性，在今后的仿生設(shè)計中，隨著“以人為本”的設(shè)計理念的進一步加強，交互體驗需求和要求的增加，技術(shù)工程和人文藝術(shù)將結(jié)合更加緊密。最后，仿生設(shè)計對象將更加豐富多彩。借助微生物技術(shù)的發(fā)展和科學(xué)設(shè)備、儀器的進步，人們將會探索發(fā)現(xiàn)更多的生物對象，以往難以觀察到的深海生物、微生物等將會被越來越多的了解。這些未知生物的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能必然為今后的仿生設(shè)計提供更加豐富的創(chuàng)意來源?？偠灾?，仿生設(shè)計有著越來越廣闊的應(yīng)用前景，合理充分地運用仿生設(shè)計既能夠促進工業(yè)設(shè)計的發(fā)展，亦能促進人與自然的和諧。當(dāng)仿生運用于現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計時，要注意不要將形式與功能、形式與結(jié)構(gòu)、形式與材料人為分離，而使得設(shè)計形神分離。在具體產(chǎn)品設(shè)計中，既要強調(diào)形神一體，也要強調(diào)內(nèi)外一致，將自然形態(tài)與人文思想相結(jié)合。既要考慮模仿對象的自然屬性,又要考慮產(chǎn)品的社會屬性，做到“取于自然，高于自然，人與自然統(tǒng)一”的人文精神，只有這樣方能使仿生設(shè)計在工業(yè)設(shè)計中發(fā)揮出更大的作用。

參考文獻：

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第五篇：工業(yè)設(shè)計中仿生設(shè)計的應(yīng)用論文

仿生設(shè)計在工業(yè)設(shè)計中是最有價值的設(shè)計方法，現(xiàn)今仿生設(shè)計也受到越來越多的關(guān)注，并且成為工業(yè)設(shè)計中最具價值的設(shè)計方法。仿生設(shè)計主要追求的是人與自然完美的結(jié)合，并且在最大限度上減少人對自然環(huán)境的破壞，以達到人與自然的和諧共存。仿生設(shè)計主要是利用生物系統(tǒng)的原理來建造技術(shù)系統(tǒng)，簡而言之就是利用人造技術(shù)來模擬生物所具備的一些特殊特征，并將該項人造技術(shù)運用于工業(yè)設(shè)計中以達到相應(yīng)的效果。另外仿生設(shè)計所彰顯出來的是人與自然和諧相處的理念，而在工業(yè)設(shè)計中采用仿生設(shè)計就是要將這種理念流傳給人們，讓人們在以后的生產(chǎn)生活中能夠最大限度的減少對大自然的破壞。當(dāng)然在工業(yè)設(shè)計中進行仿生設(shè)計主要是利用生物的某些特性來達到人們相應(yīng)的目標，使得人們在從事某項工作的過程中更加容易。

一、仿生學(xué)與工業(yè)設(shè)計概念

仿生學(xué)的誕生并不是很早，但是仿生學(xué)發(fā)展的非常迅速，并且在所運用的各個方面都取得了較好的成績。仿生學(xué)介于生物學(xué)和技術(shù)科學(xué)之間。仿生技術(shù)所涉及的方面較多。工業(yè)設(shè)計所需要設(shè)計師的創(chuàng)新性思維較多，即所設(shè)計出來的產(chǎn)品不僅要能夠滿足人們的日常需求，而且還要滿足人們精神上的需要，所以工業(yè)設(shè)計較為復(fù)雜，其所包含的知識也較為廣泛，工業(yè)設(shè)計與傳統(tǒng)的設(shè)計有較大的區(qū)別，傳統(tǒng)的設(shè)計只是單純的滿足人們的實際需要，而沒有從美學(xué)的角度去思考讓該產(chǎn)品更加符合人們的需求，所以傳統(tǒng)設(shè)計已經(jīng)無法滿足人們的需求。工業(yè)設(shè)計所追求的是實用性與藝術(shù)性的完美統(tǒng)一，讓產(chǎn)品既具備實用性也具有較好的藝術(shù)性（即相應(yīng)的美感）。工業(yè)設(shè)計的方向比較寬泛，即包含相應(yīng)的生活消耗品也包括相關(guān)的環(huán)境設(shè)計，所以仿生設(shè)計在工業(yè)設(shè)計中有非常好的運用。

二、仿生設(shè)計與工業(yè)設(shè)計的關(guān)系

所謂仿生設(shè)計就是依據(jù)生物的某些特性來設(shè)計出符合人們要求的產(chǎn)品，因為生物的某些特性以及其結(jié)構(gòu)都是非常巧妙的，人們研究生物的某些特性以及其結(jié)構(gòu)形態(tài)都可以獲得較好的啟發(fā)，并積累自身的知識。在設(shè)計過程中就會更加出色。而仿生設(shè)計就是人們利用仿生學(xué)原理來進行工業(yè)設(shè)計。仿生學(xué)既不是純粹的生物學(xué)也不是純粹的技術(shù)學(xué)，仿生學(xué)是介于生物學(xué)與技術(shù)學(xué)之間的，仿生學(xué)是將生物作為研究對象并且學(xué)習(xí)生物的某些技術(shù)，在同一個生物的研究中可能會發(fā)現(xiàn)幾種對人們有利的技術(shù)，而一種新技術(shù)的發(fā)現(xiàn)就可以給人們帶來新的生活方式。當(dāng)然仿生學(xué)也不是純粹的技術(shù)學(xué)，仿生學(xué)主要是來開創(chuàng)工業(yè)設(shè)計的新途徑。工業(yè)設(shè)計就可以利用仿生原理來進行仿生設(shè)計。仿生學(xué)并不是按照生物的原型進行創(chuàng)造的，而只是以生物原型為依據(jù)，在此基礎(chǔ)上進行通過多次創(chuàng)造性思維進行創(chuàng)造來獲得設(shè)計形態(tài)，設(shè)計師首先要對生物的特性有一個感性的認識，然后就將其抽象化。抽象化之后進行多次創(chuàng)造來達到新的設(shè)計。仿生只是借鑒生物的某些特征或者是某些結(jié)果，而不是全部的設(shè)計都是來源于生物本身，設(shè)計師只是提取了生物特征的某些形態(tài)，而并沒有將生物的全部特征都采用。所以在進行仿生設(shè)計的過程中是非常復(fù)雜的，要多次提取原型并在原型的基礎(chǔ)上進行仿生創(chuàng)新，這樣才能夠逐步得到所設(shè)計的產(chǎn)品，讓產(chǎn)品更加符合工業(yè)上的需求，達到人們的實際需求。

三、工業(yè)設(shè)計中仿生設(shè)計的應(yīng)用

仿生設(shè)計在工業(yè)設(shè)計中有較多的應(yīng)用，而在工業(yè)設(shè)計中主要是結(jié)構(gòu)仿生、功能仿生以及形態(tài)仿生，這些仿生設(shè)計在工業(yè)設(shè)計中應(yīng)用的較多，下面將進行詳述。

1.工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計中仿生設(shè)計的應(yīng)用

在工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計中仿生設(shè)計主要運用于結(jié)構(gòu)仿生、功能仿生以及形態(tài)仿生，結(jié)構(gòu)仿生和功能仿生的運用較多，在設(shè)計超音速飛機的過程中為了能夠使得機翼更加穩(wěn)固就依據(jù)蜻蜓的翅膀原理，因為蜻蜓在飛行的過程中翅膀的震動頻率非?？?，與飛機飛行過程中機翼震動非常相似，而在研究蜻蜓為什么能夠平穩(wěn)飛行的過程中就發(fā)現(xiàn)了蜻蜓翅膀末端較厚，所以在快速的震動過程中能夠保持穩(wěn)定。那么飛機的機翼就可以借鑒蜻蜓的翅膀。計算機也是運用仿生設(shè)計進行設(shè)計的，人腦的計算能力以及記憶能力都非常好，但是速度比較慢還容易出現(xiàn)遺忘的情況，那么就可以根據(jù)人腦的特征來進行仿生設(shè)計。照相機也是依據(jù)人的眼睛進行仿生設(shè)計的，高速攝像機主要是依據(jù)蒼蠅的復(fù)眼進行仿生而設(shè)計的，這將可以快速快速拍照，達到人們相應(yīng)的需求。在國際市場上鱷魚皮、蛇皮都是非常暢銷的，但是這類物品是很難得到的，那么人們就依據(jù)其表皮特征以及其質(zhì)感來進行仿生，這樣不僅能夠減少對動物的獵殺而且還可以獲得美觀的物品。形態(tài)仿生的工業(yè)設(shè)計也非常常見，例如汽車市場上所出現(xiàn)的鷗翼式汽車就是依據(jù)海鷗的翅膀來進行仿生設(shè)計的，通過仿生設(shè)計使得這款車在汽車行業(yè)中擁有較高的地位，而且能夠使得人們的上下車更加方便，給整個汽車造型行業(yè)一種全新的感受。而在摩托車的設(shè)計過程中設(shè)計師是對兔子進行仿生設(shè)計，首先是兔子的整體形態(tài)，兔子是流線型，所以在奔跑的過程中擁有較高的速度。

2.環(huán)境設(shè)計中仿生設(shè)計的應(yīng)用

環(huán)境設(shè)計中仿生設(shè)計主要也包括結(jié)構(gòu)仿生、功能仿生以及形態(tài)仿生，現(xiàn)今高層建筑物的建造都是依據(jù)植物莖桿的原理進行仿生設(shè)計的，因為這類結(jié)構(gòu)能夠使得其具備較強的變形強度。能夠使得高層建筑能夠屹立不倒。目前建筑中常用的空心磚也是運用仿生設(shè)計進行設(shè)計的，空心磚的設(shè)計師依據(jù)蜂窩結(jié)構(gòu)來設(shè)計的，所仿生設(shè)計出來的空心磚既具有較高的強度，而且質(zhì)量輕隔音效果好。在環(huán)境設(shè)計中形態(tài)仿生則更為常見，其中最為常見的就是悉尼歌劇院，悉尼歌劇院外形類似于一只碩大的貝殼，給人予非常好的美感。仿生設(shè)計在工業(yè)設(shè)計中的應(yīng)用將更大限度的推動工業(yè)設(shè)計的發(fā)展，并且能夠使得人類與大自然能夠更加和諧的共存。