仿生智能材料在生活中的应用论文（合集）

第一篇：仿生智能材料在生活中的应用论文

仿生智能材料在生活中的应用设想

学

院：生命科学学院 班

级：1班

年级专业：11级生物科学 学

号：1109010318 姓

名：吴小华

电

话：*** 序

号：

材料是人类一切生产和生活水平提高的物质基础, 是人类进步的里程碑。随着科技的发展, 特别是20世纪80年代以来,现代航天、航空、电子、机械等高技术领域取得了飞速的发展, 人们对所使用的材料提出了越来越高的要求, 传统的结构材料或功能材料已不能满足这些技术的要求, 材料科学的发展由传统单一的仅具有承载能力的结构材料或功能材料, 向多功能化、智能化的结构材料发展。20世纪80年代末期, 受到自然界生物具备的某些能力的启发, 美国和日本科学家首先将智能概念引入材料和结构领域, 提出了智能材料结构的新概念。智能材料是指具有感知环境（包括内环境和外环境）刺激，对之进行分析、处理、判断，并采取一定的措施进行适度响应的智能特征的材料。

1.仿生智能材料

1.1智能材料的仿生特点

从生物学角度看，人类能够对外界做出主动性反应是因为人体具有收集、分析外界信息并做出适当反应的能力。收集信息需要“神经元”（如触觉神经、视觉神经等），分析信息需要“大脑”，对信息做出适当反应需要“肌肉”；“神经元”、“大脑”及“肌肉”相互之间的信息传递则需要“神经网络”。因此，与人类相类似，具有仿生功能的智能材料和由它所构成的系统应具备以下四个要素：

（1）含有附着的、埋入的或内在的传感器，它是智能材料的“神经元”，用以感知外界变化并收集外界信息。

（2）含有中央处理器，它是智能材料和结构的“大脑”，用它对传感器所收集到的外界信息进行分析、处理并发出适当的、适时的动作指令。

（3）有附着的、埋入的或内在的执行器，它是智能材料的“肌肉”，其作用是根据中央处理器发出的反应指令进行相应的动作，因而也称之为动作器。

（4）拥有通信网络，它是智能材料和结构的“神经网络”，担负着传感器、执行器与中央处理器相互间的信息传输任务。此外，智能材料和结构还应具有与人的骨架功能相类似的先进复合材料，用以支承、连接这些硬件系统和受控结构。由此可以看出，智能材料是一种用来描述自身含有传感器、执行器、中央处理器及通信网络的仿生材料。它具有与生物体相类似的自适应功能，能够对周围外界环境的变化作出适时、灵敏和恰当的反应。1.2智能材料的特征

因为设计智能材料的两个指导思想是材料的多功能复合和材料的仿生设计，所以智能材料系统具有或部分具有如下的智能功能和生命特征：

（1）传感功能（Sensor）能够感知外界或自身所处的环境条件，如负载、应力、应变、振动、热、光、电、磁、化学、核辐射等的强度及其变化。

（2）反馈功能（Feedback）可通过传感网络，对系统输入与输出信息进行对比，并将其结果提供给控制系统。

（3）信息识别与积累功能能够识别传感网络得到的各类信息并将其积累起来。

（4）响应功能能够根据外界环境和内部条件变化，适时动态地作出相应的反应，并采取必要行动。

（5）自诊断能力（Self-diagnosis）能通过分析比较系统目前的状况与过去的情况，对诸如系统故障与判断失误等问题进行自诊断并予以校正。

（6）自修复能力（Self-recovery）能通过自繁殖、自生长、原位复合等再生机制，来修补某些局部损伤或破坏。

（7）自调节能力（Self-adjusting）对不断变化的外部环境和条件，能及时地自动调整自身结构和功能，并相应地改变自己的状态和行为，从而使材料系统始终以一种优化方式对外界变化作出恰如其分的响应。一般来说智能材料由基体材料、敏感材料、驱动材料和信息处理器四部分构成。

2.仿生智能材料的应用设想

2.1 在医疗方面

智能材料和结构可用来制造无需马达控制并有触觉响应的假肢。这些假肢可模仿人体肌肉的平滑运动，利用其可控的形状回复作用力，灵巧地抓起易碎物体，如盛满水的纸杯等。药物自动投放系统也是智能材料一显身手的领地。日本推出了一种能根据血液中的葡萄糖浓度而扩张和收缩的聚合物。葡萄糖浓度低时，聚合物条带会缩成小球，葡萄糖浓度高时，小球会伸展成带。借助于这一特性，这种聚合物可制成人造胰细胞。将用这种聚合物包封的胰岛素小球，注入糖尿病患者的血液中，小球就可以模拟胰细胞工作。血液中的血糖浓度高时，小球释放出胰岛素，血糖浓度低时，胰岛素被密封。这样，病人血糖浓度就会始终保持在正常的水平上。2.2军事方面 在航空航天器蒙皮中植入能探测激光、核辐射等多种传感器的智能蒙皮，可用于对敌方威胁进行监视和预警。美国正在为未来的弹道导弹监视和预警卫星研究在复合材料蒙皮中植入核爆光纤传感器、X 射线光纤探测器等多种智能蒙皮。这种智能蒙皮将安装在天基防御系统平台表面，对敌方威胁进行实时监视和预警，提高武器平台抵御破坏的能力。智能材料还能降低军用系统噪声。美国军方发明出一种可涂在潜艇上的智能材料，它可使潜艇噪声降低60 分贝，并使潜艇探测目标的时间缩短100倍。2.3智能皮肤

研制出触觉灵敏、能够自我修复、自我愈合的“智能皮肤”是人类梦寐以求的愿望，如今这一理想正在变为现实。用光纤材料或高分子材料制成能像人的手那样可以“感觉”和“动作”的传感器与执行器；运用电子技术和计算机技术制造出能够像人的大脑那样可以分析判断、逻辑推理及综合理解的微型数据信息处理系统；将这些传感器、执行器及控制系统埋入到结构材料之中就形成了一种具有类似人皮肤那样功能的复合智能材料结构。这种“智能皮肤”不仅可以用来制成飞机的机翼和机身的蒙皮，以防止鸟撞飞机等意外事故的发生；而且，它还可以用在潜艇上，吸收来自声纳的反射波，使其摆脱敌方声纳系统的监控，成为一个真正的“秘密”武器。2.4智能生活用品

在日常生活方面，智能材料结构也具有广阔的应用前景。在不久的将来，家庭中由智能材料结构制成的物品到处可见：坐椅可根据人的体型调整其形状和温度，使人能更好地解除疲劳；餐桌可使用磁感应来保持食品的温度；墙壁上的智能装饰材料能够改变颜色和纹路，使人们免受洗衣机、吸尘器、抽油烟机等家电带来的噪声之苦；由电致变色智能材料制成的“智能灵巧窗”可以随气候的变化和人们的活动而自适应地调节热流和采光。此外，用在高级轿车挡风玻璃上的智能雨刷可自动感觉雨量的大小并将其调节到最佳的运动速度。“随身听”是当代青年人所喜欢的娱乐用品之一。它上面的磁头定位器是由智能材料———压电陶瓷晶片制成的。这种压电陶瓷定位器可以控制磁带始终垂直地贴紧磁头，精确地沿着磁道轨迹运动，使我们能够听到悦耳动听的音乐。

3.结束语

仿生智能材料现已成为材料科学中的重要研究课题，各国科学家正为此不懈地努力，相信终有一天会出现各种实用的仿生智能材料。

附：参考文献：

[1] 张文毓.仿生智能材料研究进展[J].船舶物资与市场.2010(06)[2] 张青,戴起勋,赵玉涛,程晓农.仿生材料设计与制备的研究进展[J].江苏大学学报(自然科学版).2003(06)

[3] 谢建宏,张为公,梁大开.智能材料结构的研究现状及未来发展[J].材料导报.2006(11)

第二篇：物理论文力学在生活中的应用

力学在生活中的应用

物理作为一门重要的自然科学的基础科学，已经是现代科学技术的中心学科之一，随着科技的发展，物理已经渗入到了人类生活的方方面面，包括我们的身边。

今天我就专门从力学方面给大家讲解一下力学在日常生活和现代科技中的应用。力学的发展和我们的生产、生活密切相关。在古代虽然没有力学的理论的指导，但古人在生产。生活实践中却广泛的运用了力学原理。例如原始钻木取火等，随着社会的发展，伟大的物理学家们建立了力学理论知识，于是力学知识在我们生活中的应用就越来越频繁、广泛。将我们所学的知识应用到我们的生活中，不仅能巩固我们所学的知识，而且会使我们养成一个勤于思考的好习惯。同时在生活中遇到各种事物可以联想到所学的知识能为我们美好的生活打下扎实的基础。

力学对我们的贡献是很大的。1880年成功修建第一条标准轨距铁路；1962年3月成功发射第一颗导弹；1995年9月武汉长江大桥建设成功；从1999年到2012年神舟一、二、三……九号发射等等无一不利用了力学知识

人不是十全十美的，也有犯错的时候，当我们不小心把生鸡蛋和熟鸡蛋混在一起，这就遭了，无论是生鸡蛋还是熟鸡蛋，他们的外形看上去是一模一样的，我们无法只看他们的外形将他们区别开来，这个时候怎么办呢？我们就可以利用我们所学的物理知识来解决问题，我们把鸡蛋在桌子上转动，转的很慢而且只转一两圈就停下的一定是生鸡蛋，而转动很快，而且连续转好几圈才停下来的就是熟鸡蛋。、，为什么呢？

这是因为熟鸡蛋的蛋清和蛋黄凝固成了固体，旋转蛋壳的时候由于惯性，蛋是一个整体一起转动的，所以转动的很快。而生鸡蛋来说，蛋清蛋液都是液体，由于惯性转动时蛋清和蛋黄不仅不能随着转动，而且还会对蛋壳的转动起到一定的阻碍作用，从而使得生鸡蛋转动的速度很慢。这就是惯性的应用。

把一个鸡蛋放在手中，小小的蛋壳，我们使出九牛二虎之力也不可能将鸡蛋捏碎，这是为什么呢？

这是因为鸡蛋蛋壳的凸面能把外来的压力沿着曲面均匀的分散开来，所以鸡蛋壳不易碎。不知道大家有没有注意到桥的形状和蛋壳的凸面是很相似的，目的是使作用在桥上的压力沿桥的曲面分散开来，桥受到的压力变少，桥就不容易被压坏。不只是桥有这种形状，建筑工人，煤矿工人他们工作时候要带的安全帽也是这个形状，这是因为安全帽本身要求牢固和耐压以起到保护头部的作用，安全帽的牢固不仅仅和它本身的材料有关，最重要的还是他的形状。由上述的举例我们可以知道，半球形能把外来的压力沿着曲面分散开去。

刀是我们生活必不可少的生活用品，但是刀用上一段时间后就会被损坏，切起东西来十分的费力，许多人因此就重新又买一把刀，这费钱也费力是不值得的。其实我们只要知道磨刀的窍诀这件事就可以迎刃而解，我们用刀切东西的时候刀的侧面把东西向两边推压。假设菜刀是一个理想的劈，根据李的分解，当我们切东西时加在刀上的力为F，可以分解成两个侧面对东西的推压力F1和F2。根据相似三角形的对应边成比例可知道F1和F的比等于刀面宽度A和刀背宽度B的比，即F1:F=A:B。由此可得刀面宽度比刀背宽度大的越多刀就越锋利，切东西也就越省力。我们磨刀的时候根据这个道理，设法将刀口磨得很薄，使刀口鞋面的夹角越少。所以正确的磨刀方法是：在我们磨刀时尽量使刀面贴近磨刀石。这样子磨出来的刀斜面夹角就会很小，刀口就会锋利使用起来既顺手又省力。

民以食为天，我们都知道世界上大多数人都以米饭为主，米是由稻子加工而成的，稻子熟土生土长的东西，因此无法避免米中混谷糠和石子，如果我们将这些东西一个一个捡出来是很浪费时间的，但这却难不倒我们，我们在淘米的时候都知道将米倒入水中清洗，这是为什么呢？

由阿基米德：浸在液体或气体中的物体由于受到液体或气体对他竖直向上的浮力，浮力的大小等于物理排开液体或气体的重可知。谷糠受到的浮力大于向上的重力，因此谷糠就会上浮，这样子就能将谷糠和米粒分开。而米粒和石子受到的浮力都小于重力，我们区分它们的话就要用到另一种办法，我们把盆倾斜一定角度轻轻晃动，一边把米连水倒入事先准备好的另一个空盆中，最后剩下的就只是石子啦。这就是浮力的应用。

摩擦力是一个很重要的力，他在生活中应用更是广泛。如人们行走时，在光滑的地面上行走十分的困难，这是因为接触面摩擦太小的缘故；鞋底做成各种花纹是增大接触面的粗糙程度而增加摩擦；汽车上坡打滑时，在路面上撒点粗石子或垫上稻草汽车就可以顺利前进，这是靠增大粗糙程度而增加摩擦力；各类机器中加润滑油是为了减小齿轮的摩擦，保证机器的良好运行；在农村，用铁犁犁地时，铁犁很光滑，犁尖很锋利就是为了减小犁和泥土之间的摩擦力提高犁地的速度和效率。

物理在我们生活中应用不只是上述这些，我的举例只是少数，真正运用到物理的是数不胜数贯穿我们整个社会生活的。就是因为人类将我们所学的知识运用到了我们的生活中，才使得我们的生活发生了天翻地覆的变化，如今我们次啊能生活在这一个五彩缤纷、丰富多彩的社会中。从原始人的钻木取火，到发明机器，再到神舟九号的发射，科技在发展中或多或少都应用了物理知识，只要人类继续研究继续钻研，持之以恒。我相信在不久的将来我们一定能发明更多我们现在无法预测的高科技产品！

第三篇：(应用物理论文)连通器在生活中得应用

连通器在生活中的应用

专业：物理学 学号：201010800061 姓名：冯金莲

摘要：连通器就是上端开口，相连通的容器。其性质是连通器里的同一种液体不流动时，各容器中得液面相平。若在U形连通器装有同一种液体，在连通器的底部正中设想有一个小液片，假如液体是静止的。U形连通器左管中的液体对液片右侧的压强等于右管中的液体对液片左侧的压强。

关键词：连通器

水位计

排水管

船闸

开采巷道

连通器的特点是容器内装有同一种液体时各个容器中得液面是相平的，若想液体从U形连通器的右口流出，只有从左口不断注入液体，液体才可以从右口流出。根据连通器原理，可以将连通器应用到生活中的许多领域，如水壶、自动喂食器、锅炉与外面的水位计、水塔与自来水管、排水管、船闸、矿井开采巷道等。

一、连通器在锅炉中应用

为了随时了解锅炉内的水位，在锅炉上都装有水位计，水位计和锅炉构成一个连通器。水位表是锅炉三大安全附件之一。它是一个竖直玻璃管，上下分别与锅筒的汽空间和水空间相连，作用是显示蒸汽锅炉锅筒内水位的高低。锅炉上如果不安装水位表或者水位表失灵，司炉工将无法了解锅筒内水位变化，在运行中就会发生缺水或满水事故，如果严重缺水后盲目进水，还会造成蒸汽锅炉爆炸事故。

二、连通器在下水道的排水管的应用

将下水道的排水管设计成弯曲管其实相当于连通器，这样可使得排水管弯管里总会留有一段水柱，弯管中的水柱可防止地下水道中的臭气窜入室内，也可有效地防止害虫沿管道爬进室内。同时弯管可使进入管中的杂物沉积于U型管的底部，防止杂物进入地下水道，这段弯管常做成活动连接式或在弯管底部装有可以卸下的塞子，很容易打开清除管中的杂物。

三、连通器在船闸中的应用

水坝由于蓄水，坝两边会产生水位差，显然这时船是不可能直接通过的。要想使船通过，必须要克服这个水位差。于是有人设计了船闸，这样轮船就可以通过船闸来过坝了。那船闸又是怎样利用连通器原理来实现这个过程的呢？我们都知道，大坝蓄水后，上游的水位会比下游的高很多，这样，如果只有一个闸门的话，打开闸门那就等于开闸泄洪了，而通过一个船肯定不至于这样大费力气的。所以一个船闸就设计了多个闸门，当轮船从下游通过闸门驶向上游时，轮船先通过下闸门进入闸室，然后关闭下游闸门，把上游闸门打开，这样上游的水和船闸中的水就构成一个连通器，使船闸中的水位和上游等高，然后再把上游闸门打开，这样轮船就可以通过大坝了。同样的道理，轮船也可以从上游驶向下游。

四、连通器在矿井开采巷道中得应用

开采生产有时许多巷道在用完后需要封闭,封闭时需要考虑不让有害气体逸出,又要让封闭侧的巷道淋水可以排出;矿井开采设计中有些硐室与硐室之间,硐室与其巷道之间需要实现泄水封(隔)气(风)(火)。为解决此类问题可将连通器原理引入,且简单、可靠、安全、方便。

1、封闭倾斜巷道中得应用

按照规定，封闭的倾斜巷道必须在密封时留设出水孔。但留设了出水孔，将会出现巷道封闭不严、有害气体泻出或漏风问题。因此利用连通器原理在密封底板掏槽砌注时留设一个低于巷道水沟的U型泄水槽，将密闭内外的排水沟与密闭的U型泄水槽导通，只有密闭底下的U型泄水槽中水注满后，液体才能流出，利用水实现密闭内外的隔断。起到泄水封气的作用。

2、硐室与硐室之间

采矿工程手册规定硐室内清洁水及巷道淋水一般导入汞房吸水井，存在过放火栅栏两用门过水不过火的隔断问题。设计在此处亦可应用连通器原理，在防火栅栏门的安装砌墙底板电缆沟一侧预留一个低于电缆沟底板的U型泄水槽与进水汞房的电缆沟形成连通器。

五、连通器在施工测量中得应用

在装修房屋时，工人师傅常用一根灌有水且足够长的透明塑料软管的两端靠在墙面的不同地方并做出记号，他们这样做的目的是为了描绘水平线，利用了连通器原理使其处于同一水平面。利用这个原理还可以在诸如烟囱、水塔、钢构架等高耸构筑物施工中，做标高控制和圈梁或现浇平台的水平面控制，对于这类高耸构筑物，由于高空风力和脚手架本身的颤动等因素的影响，很难用水准仪进行准确抄平，而采用透明塑料软管就很容易得到一个精确的封闭水平线。

总结：本文所介绍的连通器原理在生活中利用的例子都是比较简单、实用、使用方便的，在连通器原理的利用中只是“冰山一角”，连通器在其它方面的应用还需要不断发掘、总结和创新，为生活带来更多的方便和贡献。

第四篇：仿生设计的现代工业设计的应用前景论文[范文模版]

摘要：仿生设计是工业设计中非常重要的一种设计方法和设计思维。本文指出了仿生设计对现代工业设计的重要价值，归纳出现代工业设计中仿生设计的主要应用方式，包括形态、功能、结构、色彩、肌理等，并提出了仿生设计在工业设计中的应用前景。

关键词：仿生设计；工业设计；设计方法；仿生学

自然之美是设计之源，仿生设计自古有之。从学科上来讲，仿生设计也称为设计仿生学，是在仿生学和设计学基础上发展起来的综合性交叉学科。其研究范围涉及生物学、数学、材料学、人机学、色彩学、美学、工程学等诸多学科。仿生设计因其独特的价值，在现代工业设计中不仅非常常见而且应用广泛，对工业设计的发展和设计价值的实现发挥着重要的作用。

一、仿生设计对现代工业设计的主要价值

仿生设计并不是对自然对象形态的简单模仿，而是根据一定的目标，经过复杂的观察研究和设计技术，为工业设计提供一种有价值的解决思路和设计方案的过程。它对工业设计至少有如下几种价值：第一，丰富设计造型，提供更多设计选择。地球有丰富多彩的自然形态，自然中的形态、结构、功能、色彩、肌理都可以成为仿生学和仿生设计的对象，为工业设计提供无穷的思路和方案。第二、优化产品功能结构，节省设计成本。仿生设计通过对符合设计目标对象的研究，能够为设计找到一条便捷而方向准确的道路，不仅能够获得最优化的设计方案，还能大大节约设计研发的时间、资金、技术等成本。第三、增加产品情趣，提升产品附加值。仿生不仅高效地满足设计对功能的需要，还能因为仿生具有的形态或交互趣味，增加设计的附加值[1]。美国社会未来学家约翰奈斯比提出：“无论何处，人都需要补偿性的高情感，这种补偿的高情感尤其体现在当今社会，社会越进步，人们离大自然越远，亲近大自然的感觉反而越强烈。”第四、增加产品内涵，丰富设计文化。许多生物在人类长期的历史文化中成为了图腾或者与民族优秀的历史文化有着紧密的关联。仿生设计可以为产品增加文化内涵，为设计目标提供符合品位和符号象征的设计方案。

二、仿生设计在现代工业设计中的主要应用方式

按不同的角度或不同的目的划分，现代工业设计中的仿生设计可划分为不同的方法种类。例如，按生物所属种类来分，可分为动物仿生、植物仿生、昆虫仿生、人类仿生和微生物仿生；按模仿的逼真程度来分，可分为具象仿生和抽象仿生；按模仿的完整性可分为整体仿生和局部仿生；按被模仿生物的态势来分，可分为静态仿生和动态仿生[2]。目前，按照生物系统结构的划分来探讨仿生设计种类是最普遍的方式。据此，仿生设计在现代工业设计中的应用方式有主要如下几种：1.形态仿生设计通过研究生物（包括动物、植物、微生物和我们人类自身）的内外形态及其象征寓意，经过相应的设计技术和艺术手法将其运用到设计之中的过程即是形态仿生设计。形态仿生包含局部形态仿生和整体形态仿生。形态仿生设计是工业设计中应用最大的仿生设计形式。例如，玛莎拉蒂的Kuba概念车就是运用局部形态仿生设计的案例，该车前脸上大大的格栅像极了鲶鱼的厚嘴，因此也被称为“鲶鱼车”。奔驰的Boxfish设计（见图1）是整体形态仿生设计的典型代表。这款汽车以箱鲀为设计原型，设计师模仿箱鲀的外形形态将汽车风阻值降低到了0.06，使得汽车不仅外观更加流畅，而且油耗降低了20%，氮氧化物等的排放量减少了80%。家喻户晓的甲壳虫汽车、熊猫汽车，其独特的外形早已成为经典，深受人们青睐。家具设计和儿童产品设计中形态仿生设计案例更是比比皆是。2.功能仿生设计功能仿生设计是通过对生物功能实现的机理进行研究，将其运用到产品设计中的方法。早在春秋战国时期，著名的木匠鲁班在一次外出时，不慎被带齿的草叶划伤了皮肤，他从中得到启发，发明了锯子。功能是大部分产品最大的价值，因此在现代工业设计中功能仿生是设计师和工程师们十分热衷的设计方法。比如，潜水艇是对鱼的仿生。鱼通过鱼鳔肌控制鱼鳔的收缩和膨胀可以使体内空气的含量产生变化而调节身体的密度，在水中产生的浮力也会随之变化，达到上升或下沉的目的。设计师们模仿鱼类的这一功能特性，设计出了潜水艇，利用蓄水仓的注水变化，模仿鱼鳔功能，下潜时就往蓄水仓中注水，增加潜艇重量，潜艇就下潜；要上浮时就往外排水，清空仓中积水,减轻潜艇重量。除此之外，还有诸多经典的功能仿生设计案例。诸如模仿了蝙蝠的超声波定位系统的雷达、仿生章鱼遇险喷黑色墨汁功能的烟雾弹等等。功能仿生由于其应用的广泛性、实用性和自然性，让我们在使用相关产品时几乎忘了这些产品功能本身的源头是大自然的生物。3.结构仿生设计结构仿生是以研究生物结构为主，以工程力学原理为基础，进而对材料、结构、系统进行仿生模拟，以此设计和优化产品结构[3]。比如，在直升飞机中就运用了结构仿生设计。飞机在高速飞行时，常会引起共振现象，甚至会折断机翼引起飞机失事。昆虫早在三亿年前就飞翔在空中了，它们却没有颤振的危险。生物学家通过研究发现昆虫每个翅膀前缘的上方都有一块深色的角质加厚区——翼眼或称翅痣。这一区域直接影响昆虫的飞行稳定。根据这一发现，人们在飞机的两翼上加上了平衡重锤，使得这一问题得到解决。在如今科技发达的现代社会中，人们依然在设计中运用结构仿生并达到了极好的效果。德国工程公司Festo根据象鼻子的结构特点，创造了新式的象鼻机械臂（见图2），先进的仿生设计使它能灵活地搬运沉重的货物，并进行伸缩和弯曲动作，使机械臂的性能在灵活度、伸缩性和柔韧度上都提升到了新的高度。4.色彩仿生设计美国视觉艺术心理学家布鲁莫曾说：“色彩唤起各种情绪，表达感情，甚至影响我们正常的生理感受。”色彩仿生通过借鉴和运用生物的颜色，能够为产品设计提供多样的色彩方案，为产品吸引消费者和实现价值发挥着极其重要的作用。玫瑰红、宝石蓝、咖啡色等等诸多颜色都是提取自自然，自然万物丰富的色彩不仅为人们的视觉审美提供了丰富的资源，也为更好地实现产品功能，保护用户的安全提供了设计思路。例如，军用迷彩服和汽车就是借鉴变色龙的伪装原理，运用自然环境中的颜色，降低在自然环境中的辨识度，达到安全保护的作用。还有在工业生产和机械操作中，我们广泛采用黄蜂的黄黑色搭配（图3），以警醒人们注意安全。5.肌理仿生设计借鉴和模拟自然物表面的纹理质感和组织结构特征属性，发挥产品的实用性，以及表面纹理的审美、情感体验，即为产品的肌理仿生设计[4]。肌理仿生设计不仅能够让用户体验到有如生物对象表皮的质感，还能通过对生物表皮机构的运用实现特殊功能。在现代服装设计和一般工业产品设计中，模拟动物皮革或皮毛的设计非常多见，人造皮革已经成为设计应用中最广泛的材料之一。荷叶表面是由很多密集排列的突起组成，它们之间存在纳米级的微小的空隙，而在此之上还存在更为细小的突起，形成双重的结构突起。水滴在荷叶上极易滚动，与此同时带走尘埃细菌。荷叶表面这种不沾泥水和自清理的肌理结构原理，被广泛应用在现代工业设计中。比如，自清洁玻璃通过利用荷叶表面多尺度结构与表皮生物蜡的存在起到清洁的目的而制成，起到自清洁和防结冰的作用。

三、仿生设计在现代工业设计中的应用前景

事实上，仿生设计早已经广泛应用于工业设计中，它不仅是一种设计方法和手段，也是许多设计师所坚持的设计观念和设计思维。著名设计师科拉尼一生热爱仿生设计，设计了涵盖汽车、航天器、家具、家电等许多种类的经典仿生产品。他说：“我所做的无非是模仿自然界向我们揭示的种种真实。”[1]英国设计师亚历克斯麦克迪尔米德热衷于游艇仿生设计，设计出诸如Iwana、penna、conch等一系列仿生游艇。著名设计师罗斯拉古鲁夫的设计理念则是把抽象的大自然的事物赋予具体的有机造型。[6]随着人们环保意识和回归自然思想的不断加强，仿生设计毫无疑问会在工业设计中受到越来越多的设计师的青睐。在具体的设计方法上，随着科学技术的不断进步和消费情感化需求的不断增加，未来仿生设计也将面临诸多新的挑战。首先，仿生设计将更加科学化和高新化。比如，利用眼动跟踪技术，根据可视化和量化的数据进行形态仿生将为形态仿生设计提供更为科学合理的依据。[7]随着神经网络算法技术的提高，特别是人工智能的不断发展，仿生设计将与前言科技的结合更加紧密。比如，智能机器人通过预算行为轨迹能够打乒乓球或羽毛球。其次，仿生设计的多学科交叉融合性进一步增强。仿生设计的本质就具有学科交叉性，在今后的仿生设计中，随着“以人为本”的设计理念的进一步加强，交互体验需求和要求的增加，技术工程和人文艺术将结合更加紧密。最后，仿生设计对象将更加丰富多彩。借助微生物技术的发展和科学设备、仪器的进步，人们将会探索发现更多的生物对象，以往难以观察到的深海生物、微生物等将会被越来越多的了解。这些未知生物的形态、结构和功能必然为今后的仿生设计提供更加丰富的创意来源。总而言之，仿生设计有着越来越广阔的应用前景，合理充分地运用仿生设计既能够促进工业设计的发展，亦能促进人与自然的和谐。当仿生运用于现代工业设计时，要注意不要将形式与功能、形式与结构、形式与材料人为分离，而使得设计形神分离。在具体产品设计中，既要强调形神一体，也要强调内外一致，将自然形态与人文思想相结合。既要考虑模仿对象的自然属性,又要考虑产品的社会属性，做到“取于自然，高于自然，人与自然统一”的人文精神，只有这样方能使仿生设计在工业设计中发挥出更大的作用。

参考文献：

[1]江牧.工业设计仿生的价值[J].装饰，2013，（240）：16.[2]蔡克中，张志华.工业设计仿生学的应用研究[J].装饰，2004（130）：73.[3]杨程.工业设计中的仿生要素[D].武汉：武汉理工大学，2004：32.[4]孙宁娜，董佳丽.仿生设计：Bionicsdesign[M].长沙：湖南大学出版社，2010.[5]罗一墩，尹影.仿生设计在工业产品设计中的应用及前景[J].企业导报，2016，（11）：56.[6]马宏宇.游艇外观造型的仿生设计研究[D].武汉理工大学，2013.[7]戚彬.基于眼动跟踪实验的产品形态仿生设计研究[J].机械设计，2014，（6）：125-128.[8]马泽群.仿生设计在工业设计领域的困境及策略[J].包装工程，2013，（20）：113-128.

第五篇：工业设计中仿生设计的应用论文

仿生设计在工业设计中是最有价值的设计方法，现今仿生设计也受到越来越多的关注，并且成为工业设计中最具价值的设计方法。仿生设计主要追求的是人与自然完美的结合，并且在最大限度上减少人对自然环境的破坏，以达到人与自然的和谐共存。仿生设计主要是利用生物系统的原理来建造技术系统，简而言之就是利用人造技术来模拟生物所具备的一些特殊特征，并将该项人造技术运用于工业设计中以达到相应的效果。另外仿生设计所彰显出来的是人与自然和谐相处的理念，而在工业设计中采用仿生设计就是要将这种理念流传给人们，让人们在以后的生产生活中能够最大限度的减少对大自然的破坏。当然在工业设计中进行仿生设计主要是利用生物的某些特性来达到人们相应的目标，使得人们在从事某项工作的过程中更加容易。

一、仿生学与工业设计概念

仿生学的诞生并不是很早，但是仿生学发展的非常迅速，并且在所运用的各个方面都取得了较好的成绩。仿生学介于生物学和技术科学之间。仿生技术所涉及的方面较多。工业设计所需要设计师的创新性思维较多，即所设计出来的产品不仅要能够满足人们的日常需求，而且还要满足人们精神上的需要，所以工业设计较为复杂，其所包含的知识也较为广泛，工业设计与传统的设计有较大的区别，传统的设计只是单纯的满足人们的实际需要，而没有从美学的角度去思考让该产品更加符合人们的需求，所以传统设计已经无法满足人们的需求。工业设计所追求的是实用性与艺术性的完美统一，让产品既具备实用性也具有较好的艺术性（即相应的美感）。工业设计的方向比较宽泛，即包含相应的生活消耗品也包括相关的环境设计，所以仿生设计在工业设计中有非常好的运用。

二、仿生设计与工业设计的关系

所谓仿生设计就是依据生物的某些特性来设计出符合人们要求的产品，因为生物的某些特性以及其结构都是非常巧妙的，人们研究生物的某些特性以及其结构形态都可以获得较好的启发，并积累自身的知识。在设计过程中就会更加出色。而仿生设计就是人们利用仿生学原理来进行工业设计。仿生学既不是纯粹的生物学也不是纯粹的技术学，仿生学是介于生物学与技术学之间的，仿生学是将生物作为研究对象并且学习生物的某些技术，在同一个生物的研究中可能会发现几种对人们有利的技术，而一种新技术的发现就可以给人们带来新的生活方式。当然仿生学也不是纯粹的技术学，仿生学主要是来开创工业设计的新途径。工业设计就可以利用仿生原理来进行仿生设计。仿生学并不是按照生物的原型进行创造的，而只是以生物原型为依据，在此基础上进行通过多次创造性思维进行创造来获得设计形态，设计师首先要对生物的特性有一个感性的认识，然后就将其抽象化。抽象化之后进行多次创造来达到新的设计。仿生只是借鉴生物的某些特征或者是某些结果，而不是全部的设计都是来源于生物本身，设计师只是提取了生物特征的某些形态，而并没有将生物的全部特征都采用。所以在进行仿生设计的过程中是非常复杂的，要多次提取原型并在原型的基础上进行仿生创新，这样才能够逐步得到所设计的产品，让产品更加符合工业上的需求，达到人们的实际需求。

三、工业设计中仿生设计的应用

仿生设计在工业设计中有较多的应用，而在工业设计中主要是结构仿生、功能仿生以及形态仿生，这些仿生设计在工业设计中应用的较多，下面将进行详述。

1.工业产品设计中仿生设计的应用

在工业产品设计中仿生设计主要运用于结构仿生、功能仿生以及形态仿生，结构仿生和功能仿生的运用较多，在设计超音速飞机的过程中为了能够使得机翼更加稳固就依据蜻蜓的翅膀原理，因为蜻蜓在飞行的过程中翅膀的震动频率非常快，与飞机飞行过程中机翼震动非常相似，而在研究蜻蜓为什么能够平稳飞行的过程中就发现了蜻蜓翅膀末端较厚，所以在快速的震动过程中能够保持稳定。那么飞机的机翼就可以借鉴蜻蜓的翅膀。计算机也是运用仿生设计进行设计的，人脑的计算能力以及记忆能力都非常好，但是速度比较慢还容易出现遗忘的情况，那么就可以根据人脑的特征来进行仿生设计。照相机也是依据人的眼睛进行仿生设计的，高速摄像机主要是依据苍蝇的复眼进行仿生而设计的，这将可以快速快速拍照，达到人们相应的需求。在国际市场上鳄鱼皮、蛇皮都是非常畅销的，但是这类物品是很难得到的，那么人们就依据其表皮特征以及其质感来进行仿生，这样不仅能够减少对动物的猎杀而且还可以获得美观的物品。形态仿生的工业设计也非常常见，例如汽车市场上所出现的鸥翼式汽车就是依据海鸥的翅膀来进行仿生设计的，通过仿生设计使得这款车在汽车行业中拥有较高的地位，而且能够使得人们的上下车更加方便，给整个汽车造型行业一种全新的感受。而在摩托车的设计过程中设计师是对兔子进行仿生设计，首先是兔子的整体形态，兔子是流线型，所以在奔跑的过程中拥有较高的速度。

2.环境设计中仿生设计的应用

环境设计中仿生设计主要也包括结构仿生、功能仿生以及形态仿生，现今高层建筑物的建造都是依据植物茎杆的原理进行仿生设计的，因为这类结构能够使得其具备较强的变形强度。能够使得高层建筑能够屹立不倒。目前建筑中常用的空心砖也是运用仿生设计进行设计的，空心砖的设计师依据蜂窝结构来设计的，所仿生设计出来的空心砖既具有较高的强度，而且质量轻隔音效果好。在环境设计中形态仿生则更为常见，其中最为常见的就是悉尼歌剧院，悉尼歌剧院外形类似于一只硕大的贝壳，给人予非常好的美感。仿生设计在工业设计中的应用将更大限度的推动工业设计的发展，并且能够使得人类与大自然能够更加和谐的共存。