这些价值连城的设计灵感都来自于大自然

IDC中国创新整合负责人分享如何从大自然中吸取价值连城的设计灵感。

对于设计中的优雅和高效,自然界永远是我们学习的对象,经过漫长时间进化的自然界生物拥有着最优化的系统和方式,和我们现有的技术相比,它们在解决一些关键问题时采用的方法常常更高效、更具可持续性。

工程师们希望从大自然的鬼斧神工中寻找启发和灵感应用于人为设计,于是生物仿生便应用而生。它主张对自然界的生物进行研究,模拟其内在的、天然的特性,并将其应用于我们设计的优化、提高产品的性能,并促进环保和健康事业的发展。

在企业与高校研发实验室里,生物仿生是如今快速发展的一门学科,因为科学家正逐步意识到,在适者生存的生物进化中,不同种属的生物所启用的自我保护方式是一个大型的资料库。 生物仿生的历史可追溯到15世纪。那时的达芬奇就是这一概念雏形的先行者,他的许多发明都启发于对自然的观察。当时达芬奇对鸟类翅膀和飞行进行过深入的研究,试图以此为蓝本设计一种飞行机器。他的这些想法后来成为发明飞机的莱特兄弟的灵感源泉。


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在现代的科学、商业或是生活中,工程师、设计是也越来越多地从大自然中吸取设计灵感,在此挑选了几个比较有代表意义的实际应用与大家分享,希望能给你们一些启发。

1. 鲸鱼和风力涡轮叶片

鲸鱼在海洋生存了很长时间并进化成一种十分高效的生物。他们可以在水面下数百英尺潜游并在那呆上好几个小时。他们依靠捕捉食他们肉眼无法看到的动物为生,他们依靠鳍和尾巴获取前进的推动力。

2004年,杜克大学、西切斯特大学和美国海军学院发现鲸鱼鱼鳍前的一块突起能帮助其大幅减少阻力提高升力。于是Whale Power这样的公司就借用了这一概念创造了风力涡轮叶片,来大大提高每个涡轮能产生的能量。其他的公司则将之应用到冷却风扇、飞机机翼和螺旋桨上。


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2. 翠鸟和新干线

日本的工程师们成功地制造出了新一代新干线列车,其运行时速超过320公里,但是当列车高速行驶时其产生的噪音超过了环境标准,这是由于列车高速通过狭窄的车道时将产生音爆效应。 这一问题的一部分原因是列车的车头是子弹型,因此它会“推挤”前方的空气而非“切穿”过去。

为了解决这个问题,工程师们从翠鸟的嘴巴上得到了灵感,这种鸟类在冲向水中捕鱼时只会溅起很少的水花。


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观察发现,翠鸟拥有一个流线形的长长鸟嘴,其直径逐渐增加,以便让水流顺畅向后流动。通过生物仿生学设计,工程师们对子弹车头进行重新改造,西日本铁路公司制造出了500系列列车,并于1997年投入使用。

实践证明这种列车的车速比起原有设计提升了10%,而电力消耗降低了15%,而噪音水平也有了显著下降。


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3. 旗鱼和汽车

旗鱼是世界上游泳速度最快的动物之一,它在水中前进的速度甚至比猎豹奔跑的速度还要快。麦克劳伦汽车公司的设计总监史蒂芬森从中得到启发进而领导公司的研究人员对旗鱼高速游动的秘密展开研究。

研究显示旗鱼皮肤上的鳞片会产生微小的漩涡,将整个身体包裹在一层气泡层中,而不是密度更高的海水。这就减小了阻力,让快速的游动更加方便。


sailfish


麦克劳伦公司的设计师们将相同的结构技术应用于他们最新款P1超级跑车的发动机管路内壁。这一改进让发动机的进气通量提升了17%,从而大大改善了该车的性能:新型P1发动机可以产生903马力的强劲混合动力,因而需要更多的空气输入来帮助燃烧和引擎冷却。

P1引擎同时也借鉴了旗鱼身体后侧靠近尾部的两根鱼鳍结构,其作用是实现身体周边气泡和水流的稳定导流。当将这项概念运用于车身设计之后,汽车的外形整体更加符合空气动力学原理。


P1 Car


大自然已经经历了数十亿年的进化设计,这也是为何像史蒂芬森这样的设计师会借鉴并将这些理念运用于设计的原因。史蒂芬森曾这样评价生物仿生:“这样做是有理由的。蜥蜴为什么能垂直甚至倒过来贴在墙壁上?如果你找到了其背后的原因,你就可以将这项技术应用于汽车设计之中,使其在一些特定环境,如因下雨而潮湿的表面防滑。”

当然生物仿生并不意味着对自然一味的模仿,它更加注重将自然界的规律加以掌握和创新。大自然历来是个节约者,她运用最少的能量、耗费最少的资源、自我净化废物利用,来实现最大化的目的。James认为,随着科学的发展和人们对大自然演变的进一步理解,大自然中优化的系统与方式一定能更多地应用到我们方方面面的设计中。

23 February 2016