1、淺談交通工具設計中的仿生設計 關鍵字： 汽車造型設計 仿生設計 仿生摘 要：自古以來，自然界就是人類各種科學技術原理及重大發明的源泉。這些自然界的“優良設計”，有的機能完備，讓人嘆服;有的結構精巧，用材合理，符合自然的經濟原則；也有的美不勝收，讓人愛不釋手；有的甚至是根據某種數理法則，形成合乎“以最少材料”構成“最大合理空間”的要求。這些生物形形色色的奇特本領耐人尋味，使人浮想連翩。我們在贊賞之余，也希望從中獲取一些靈感，用仿生設計的方法設計出更多的優秀作品。本文將圖文并茂的詮釋汽車形態設計的仿生設計。從某種程度上來說，汽車就是一種人造動物，它不僅由馬車進化而來，而且和動物一樣，也有身體工作系

2、統，比如它也有自己的 “心臟”、“大腦”和“四肢”，也有自己的生命和意志。本文將介紹在汽車的設計中，那些來源于動物的天才般的設計靈感。在這個即將開啟的“動物世界”里，有我們孩提時代對汽車、對動物的種種渴望，也有我們現在對汽車發展、自然和諧的不懈夢想。1、 交通工具仿生設計歷史悠久縱觀整個交通工具設計的發展，可以說是仿生設計的發展史。早在16世紀，達芬奇模仿蝙蝠的構造構想，繪制了飛行器的設計草圖，后經400余年的研制，美國的萊特兄弟終于借助前人的努力，圓了人類飛上藍天的夢想。當代德國著名仿生學設計大師路易吉科拉尼（Luigi Colani）依據仿生學原理設計的交通工具，把仿生形態造型的設計提高到

3、新的境界，形成獨特的造型風格，至今不衰。早在20世紀50年代，他就為多家公司設計跑車和汽艇。他認為自己的靈感都來自于自然：“我的設計有強烈的仿生意味和變化意識。它們一直試圖打破固有的理性，也許設計出來的作品，看起來很奇怪，但一定符合科學的原理。我是學空氣動力學的，我設計的很多運輸工具看似怪誕，但一定有著空氣動力學的理論依據。比如我設計的地面交通工具，時速可以達到540公里/小時，但非常平穩，因為我在這個設計中，運用了一個仿生學的原理。它像一個顛倒的鳥的翅膀。在正常的狀態下，達到一定速度之后，在空氣動力的作用下，鳥就會起飛，離開地面，但如果反過來，將它放在一個完全顛倒的狀態下，雖然達到了這個速度

4、，它仍然很平穩地在地面上奔跑，因為空氣動力的作用不斷將它壓向地面。我所做的無非是模仿自然界向我們揭示的種種真實?！比缃?， 仿生學成為指導與輔助交通工具設計的一個重要學科，仿生設計也逐漸成為重要的設計手段， 從形態到結構， 從材料到性能，設計師將自然翻譯到交通工具設計的方方面面。圖1圖2圖1,2為達芬奇模仿蝙蝠的身體結構繪制的飛行器草圖及后人根據草圖做出飛行器模型。圖31953年科拉尼用塑料和玻璃纖維等輕量化材料設計制作的Simca汽車。 圖41969年科拉尼以飛行生物為靈感設計出的外形怪誕的高速飛行器。 圖51977年科拉尼為波音公司設計的飛機，借鑒巨齒鯊的形態，顛覆了傳統的飛機外觀。圖619

5、83年科拉尼設計的擁有四個飛翼的超音速飛機。圖71989年科拉尼為法拉利設計的超速跑車，血盆大口的前臉設計已成經典圖81999年科拉尼以毒蛇為靈感設計的一款汽車，冷酷的前臉配上兩顆突出的“毒牙”，讓“毒蛇”兇惡個性顯露無疑。圖92001年科拉尼為奔馳設計的卡車形似大型斯皮策天文望遠鏡。優化的流線型車身讓這款卡車一路挑戰油耗極限。2、仿生設計突破交通工具固有形態交通工具的造型是其設計的核心內容，形態也是設計師設計理念的載體。最初的仿生設計正是從產品外觀入手。上至飛禽下至游魚走獸，甚至自然的水流和樹葉，都成為設計師的借鑒對象。蕓蕓眾生的車河里，從法拉利F1的鯊魚鰭狀引擎蓋到雷諾Nepta鷗翼式車門

6、，從保時捷的青蛙前臉到寶馬犀利的鷹眼車燈，仿生設計讓人們輕易地記住了各大品牌的設計基因，無論局部造型還是整體外觀，一樣不落。（1）、甲殼蟲的變身甲殼蟲在汽車造型仿生設計上，與不帶任何聯想性質、以自然為素材的被造物相比，取得了重大突破。模仿甲蟲的外殼曲面，連續而均衡的曲線傳遞出行云流水般的雅韻。此車一經推出，即成為當時最受歡迎的車型，優美的曲面，打破了塊狀、直線、平而呆板的形態，引領了當時德國汽車的時尚潮流，沖擊了人們的視覺感官。 圖10（2）、熊貓的憨厚熊貓不僅是中國的國寶，其憨厚的神態同樣吸引了國際設計師的眼光。這款意大利設計專業學生設計的菲亞特Panda Splash概念車的大燈、格柵、后

7、視鏡生動地組成了一張熊貓的面孔。該車所配置的兩個前車燈造型活靈活現，好像被賦予了靈魂一樣。 圖11（3）、熱帶魚的靈巧小巧的F0車身玲瓏細致，“JUST COOL”設計理念處處得以體現。仔細看F0的大燈，黑色的眼底是一雙鼓鼓的釋放曖昧的熱帶魚眼睛，再配合類似微笑的嘴的進氣格柵，開心、輕松與怡然自得的表情配合繽紛的色彩，讓人不禁聯想到一群快樂的熱帶魚。 圖12（4）、風的表情除了動態的生物是仿生設計的?？屯?，自然的氣候也被設計師吸納為靈感源泉。馬自達Hakaze的開發過程中，設計人員對各種自然元素的運動形態展開深入的研究，最終確立以風吹動沙丘形成的風紋為核心的外觀設計主題。車身側面的風紋造型，生

8、動地展現了馬自達“Nagare(流動)”的設計主題。 圖133、仿生設計優化交通工具結構和材料在大自然適者生存的淘汰規律指引下，生物身上大多“部件”都是經過趨優進化，它們在大自然環境下必須跑（飛）得更快、更高、有絕佳能耗輸出比，有時候甚至要做出一定的偽裝去迷惑對手。如此獨特、優異的身體構造對于設計交通工具是極具指導意義的。于是，自然的密碼不僅被設計師表現在交通工具的外在形態上，在一些看不出模仿哪個物種設計的產品結構和材料里同樣融合了自然進化的精髓。（1）、奔馳仿生概念車奔馳在2005年發布的Bionic概念車車頭形狀模擬魚類頭骨的生理結構設計而成（魚頭骨的生理結構幫助魚類克服了水中游動時遇到的

9、大部分水流阻力），這種設計結構大大削弱了汽車在行駛過程中遇到的空氣阻力。 圖14 這款仿生車長4.24 米，能容納4人和一些行李，而其風阻系數卻僅為0.19，讓其成為了全球迄今為止空氣動力學效應做得最理想的車型之一。此外，設計者們還意識到，在自然界，體重較輕的動物能有效地避免被捕殺，而堅固的身體結構則能減少受傷。因此，在開發這款車的同時，輕量化車身增加車架的高強度這一原理也被應用進去。隨著全球汽車廠商對于環保車型的倡導，奔馳也推出了多款環保車型，如應用仿生學設計的Synergy概念車，其主要受到了脊椎動物的啟發而設計出來的。該車的車身結構構架與脊椎動物的脊椎十分相似，與燃料電池、輪轂、懸掛以及

10、座椅控制等相互連接，兩個氫燃料箱放置在該車車身構架的中心管上，中心管類似脊椎。（2）、ASF框架結構自然界中有很多高度復雜的中空結構，它們既能使重量保持最輕，又具有出色的韌性和強度，這些正是汽車生產需要的特性。奧迪ASF空間框架結構（Audi AirFrame）設計師海因里希蒂姆（Heinrich Timm）表示他的設計理念來源于各種各樣動物的骨骼。如車身結構的頂柱類似鳥腿骨骼的結構，目的是保證框架強度并降低質量。經實驗證實，車重每減少100公斤，油耗可減少0.3升/百公里。 圖15（3）、大號毛毛蟲的伸縮新外殼除了提高結構強度，軟體動物的柔韌性也是交通工具設計借鑒的對象?？ì斔勾罂ㄜ嚕↘AM

11、AZ Delivery）公司的伸縮卡車（Flex Futurum） 概念車型，是他們設計的2040年馬路上的卡車模樣。設計師埃林娜波特羅娃（Elena Petrova）和康斯坦丁費德羅（KonstantinFedoroc）的靈感也確實是來自大自然中的毛毛蟲。不僅僅是外觀簡單的模仿，采用了仿生學設計后這輛車也能像毛毛蟲那樣進行伸縮，這輛車的長度可以根據實際需要在7.5米到20米之間自由變化，這樣就減少了能量的浪費，提高在狹小空間的通過性。 圖16 能夠自由變化長度得益于其采用了發泡金屬的新型材料。它強度密度比極佳，輕便耐用，同時還能夠吸收沖擊能量，并可以恢復原狀。在自然中，貓頭鷹和大象的頭部都是

12、最具能量吸收性的例子。如大象可以輕松移動超過它頭部重量數倍的物體。設計師巧妙地將這一特性移植到材料生物學上，研發出十分適合制作交通工具的發泡金屬。（4）、與皮膚相近的“布”藝車身是否想過車的外殼可以如人的皮膚一般擁有強大的彈性，可以適度彎曲褶皺，然后回復平滑？寶馬汽車的設計師們一直試想給汽車的鋼筋鐵骨穿上柔韌靈活的外衣，GINA概念車幫他們實現了夢想。GINA 的外表皮是一層布，蒙在可控制活動的框架上，這樣不僅可以控制車的各個活動部位，比如車門、前大燈，同時也可以改變整個汽車的外形。這些活動框架靠電子液壓來控制，如皮膚一般有彈性的表皮材料是聚亞氨酯涂層萊卡，并在相接處做到無縫。這部概念車無論在

13、工程和還是藝術層面上都將仿生學發揮到了極致。寶馬的設計師一致認為GINA外殼所探索的柔性曲面可能開啟汽車設計新紀元。 圖17（5）、擁有自我修復功能的車漆自然的力量是無窮的，就連一個小小的樹脂分子也存在著大學問。英菲尼迪（Infiniti）的設計師根據樹脂能在加熱時軟化，并迅速成型，再次加熱后還可反復成型的特性，研發了一種能自我修復刮痕的烤漆，并應用到全新的FX、EX、G系列車型上。當汽車的車漆受外力刮損時，只需以滾燙的熱水淋于漆面上，被刮傷的漆面會自動恢復成原先的亮度，仿佛像生物體一樣具備傷口愈合能力。 圖184、仿生設計助力交通工具功能性軟件開發隨著仿生學研究的深入，交通工具的仿生設計已經

14、不僅僅停留在產品的形態和結構等硬件方面，產品性能軟件方面的研發也有意識地向自然界尋求靈感。生物的個體和群體的動態成為新一輪的仿生研究熱點。未來，仿生學會逐步滲入交通工具的靈魂中。（1）、動物行走與駕駛行為動物的蹲、走、跑的形態各異，每個姿態的視覺高度也不一樣。仿生概念車的設計師從中得到啟發，希望通過不同的車速來自動調節駕駛員的視覺高度。在慢速行駛時駕駛員視角最高，開在城市中可以方便駕駛者看街邊的風景；正常速度下是以標準的坐姿來駕駛；高速行駛時側重心最低，讓駕駛者領略速度的激情。這樣的一個自動調整行為可以令駕駛員獲得更好的駕駛樂趣，可以提高人車之間的協調性。 圖19（2）、動物群與智能導航小魚成

15、群游動，是我們在魚缸里經常能看到的景象，但仔細觀察會發現魚群可以在前行時繞開障礙物的同時避免互相碰撞。日產汽車根據這一特點做出魚群概念車EPORO，由6個小機器人車組成，能夠在車流中穿梭自如。它們通過本能導航、智能探測和規避障礙物，能夠穿越復雜地帶。在EPORO開發過程中，魚類“避免碰撞”、“同排移動”和“靠近同伴”三種行為規則被應用于駕駛操控上。魚類主要基于側視線和視覺辨識周圍環境，并在三種行為規則約束下組成群體。而激光測距儀和超寬帶無線電波技術分別實現了EPORO的側視線和視覺功能。以安全著稱的沃爾沃汽車也根據與魚群效應類似的蝗蟲群效應，發布了“城市安全”系統。這個應用于交通工具上的防撞系統，通過擋風玻璃 圖20 前的激光感光器對與本車同方向行駛的、停止或移動的前車做出急速剎車反應，幫助低速時車輛追尾的情況發生。未來沃爾沃計劃推出更智能的汽車防撞系統。屆時，對于監測到的物體，系統會先做出評估，判斷它是否會引起碰撞、距離、速度和角度方向，確保不會發