仿生設計
關注創建者：Inspire增材創新設計 創建時間：2019-09-03
仿生設計的實例教程
大自然就是設計師最好的靈感庫，
自然中的動物、植物以及肉眼不易察覺的微生物都值得我們去發掘和借鑒。
也許現在還有很多人不太清楚仿生設計的概念，以為仿生設計就是一個對大自然事物外形的仿生。
其實不然，仿生設計是對大自然界中的
“形態”、“色紋”、“聲音”、“功能”、“結構”
等為對象，
有選擇地在設計過程中應用這些特征原理進行的設計，在某種意義上，仿生設計學可以說是仿生學的延續和發展。
今天老工則分別以不同的案例來展示每一種仿生方式，希望大家看過后能夠獲得更多的設計靈感~
一、“形態”仿生：
“形態”仿生是仿生設計種最為常見的一種仿生形式。
1、鹿角插座
設計 :佐藤大
該插座的頂部靈感來源于鹿角形態，除了外形的模仿外，它的存在嗨為插座增加了可收納放置的功能，方便
手機充電時的拿取。
2、CLERD-云形狀的空調
設計 :Yeonkyung Jeong
靈感來源于云朵的空調設計，這種更具然的形態設計會令人們的生活空間更舒適。
3、東京2020奧運火炬
設計 :Tokujin Yoshioka
2020奧運會的火炬設計，外形靈感來源于日本國花櫻花的花瓣。
4、小鳥文具
設計 :BKID CO
該設計靈感來源于小鳥，是一款仿生文具盒設計。
展開 所以對中部的復合材料結構進行優化仿生設計，使其滿足外覆蓋件的結構性 能要求就是本文的重點。
3 設計驗證
參考對標車型中的長寬高尺寸，在Evolve軟件中建立車身外形蒙皮曲面，考慮外覆蓋支撐梁的一般設計尺寸，將曲面加厚成實體曲面，作為設計空間整體導入Inspire中。
車身覆蓋件在結構設計中一般會考察頂壓、雪載、SLAM分析等，考慮車身覆蓋件的一般濫用力情況，建立整體的四種工況如下表。
表1 工況載荷表
在軟件中約束是紅色的小圓錐表示，而載荷是紅色的箭頭表示。由于結構是概念設計階段， 不考慮重力帶來的相關影響。加載好的模型見圖2.
圖2 車身外覆蓋件設計空間
軟件采用的是拓撲優化的經典理論，即優化三要素為：設計變量單元密度，設計目標柔度最小，設計約束體積分數小于某一個數值（一般為30%）。在Inspire中對模型的有限元處理是自動化的，即不需要手工進行網格劃分，只需要設計優化參數即可。這里通過設定不同的體積分數約束可以取得不同的方案。經過計算，結果如下圖3所示。
分析四種方案的結果，都出現了樹枝狀的仿生結構，說明在覆蓋件的結構設計中樹枝狀的結構可以為其提供更大的剛度，得到更好的性能。然而四種結構都沒有明顯的給出各個子面板的具體形狀結構，難以進行加工制造。如此，經過驗證，車身外覆蓋件可以進行基于優化的仿生設計。
圖3 不同優化參數下的計算結果
4 設計流程
根據設計驗證的思路，建立設計流程如下：
1.
展開 04、Kemitt鯊魚頭仿生設計
Kemitt_將鯊魚頭仿生設計，賦予了餐桌可愛的特質。
05、Baby M兒童監視器
在設計過程中，鳥兒的主要特征被提取和簡化，創造出這種獨特的產品形式，使環境、產品和人之間的互動更加有趣。使用時，Baby M像一只棲息在樹枝上的鳥兒，正在向嬰兒唱歌。
Baby M通過技術完善了嬰兒護理的過程。所有功能都可以通過其應用程序進行管理，包括跟蹤嬰兒的健康狀況和管理設備的工作狀態。
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6、榛果便攜快客杯
源自《冰河時代》呆萌、憨憨的松鼠摯愛松果為靈感設計，融入生活日常所見又自帶萌
系基因。突破傳統泡茶的束縛，嵌入式收納，一體成型化設計。
07、
OM lounge chair
設計：ODESD2 design bureau；Igor Pinigin
根據仿生學原理，設計師創造了一種富有表現力的家具，其中椅子的塑料部分像蘭花花瓣，而鋼制底座則像螳螂。OM椅子視覺感官上十分輕巧，具有所有人體工程學特性，并且360度旋轉的特性可讓腿部保持舒適的姿勢。
展開 仿生設計是設計領域中常見的設計手法，不僅深受設計師們喜愛，也給使用者帶來很大的愉悅感，以自然界萬物為原型，對大自然中的“形態”、“色紋”、“聲音”、“功能”、“結構”等為對象，有選擇地在設計過程中應用這些特征原理進行的設計，生動有趣！
今天我們來看看10個關于“鳥”的仿生設計，希望帶給大家好的靈感~
01、CLIPPY-情緒燈
設計：JunYoung Jang、Joonhyeok Heo
這是一款便攜式夾式情緒燈設計，當把它夾到桌子、沙發或需要照明的地方時，就像一只鳥坐著陪伴你！
02、投影儀
設計：FUFU
FUFU的喙投影儀從鳥類中汲取設計靈感，尤其是巨嘴鳥，它可以將頭和長喙整齊地塞在脖子上。有趣的設計 + 創新的靈感使這款投影機成為您的必備品！
03、小鳥棉簽盒
設計：余杰俊
一只炸毛小鳥的棉簽盒設計，可愛有趣！
04、桌面擺件
設計：Geonwoo Kim
以小鳥形態進行仿生設計，抽象的邏輯和簡潔的表達，賦予產品靈動的生命。
05、小鳥過鏡，不留痕跡
設計：享伽家居
簡單的幾何線條處理，勾勒出憨態的小鳥形象，軟軟的肚皮，可以幫你解決很多小問題。剛洗完澡的浴室，霧氣蒙蒙，鏡子里看不清人影，這個時候，用它撥開鏡中迷蒙，儀式感滿滿。剛切完菜的臺面，雜亂不堪，廚余散亂四處，這個時候，用它掃除桌上臟亂，輕松簡單。用水給它沖個澡，立馬干干凈凈，隨手掛，不占空間！
展開 好的設計是“有序”的
那怎樣才是有序的設計？
那就是來自造物主——大自然所賦予的
也就是所謂的仿生設計
仿生學主要是觀察、研究和模擬
自然界各種各樣的生物
并借此為自己提供新的設計靈感
所以今天老工整理了
部分仿生設計產品
希望大家能夠從中尋找到新的設計靈感~
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“小鳥仿生”篇
1、筆筒設計
這款筆筒設計來自韓國BKID設計團隊，靈感來源于熱帶鳥的彩色尾翼，清新可愛，曾獲2013年的紅點設計大獎。
2、臺燈設計
設計師靈感來源于鳥兒的翅膀。它的側面是細長的等腰梯形，兩個斜面掏空，讓燈光從兩頭出來。燈罩是微微傾斜的，恰如小鳥斜立的姿態，簡單優美。
這款燈的燈罩是橡木制作的，方向可調，里面有一個燈泡。有吊燈、臺燈和落地燈多種。
3、燈具設計
同樣的靈感來源，這款小鳥燈具的設計師以另一種全新的角度和表現手法設計出了與上圖完全不同的燈具感覺。
4、雕塑設計
設計師
“我注意到人們喜歡撿起鳥，拿著它。這在某種程度上是一種平靜
”，所以設計師將鳥兒重新設計，變成家庭或者辦公室的一種新的裝飾。
展開 
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仿生設計的最新內容
首次試駕表現完美無瑕，仿生設計與制造工藝均展現出卓越品質。
Krause DiMaTec GmbH總經理Johannes Tominski博士對整體項目及創成式設計軟件的表現給予了高度評價：“這個開發項目令人印象深刻地展示了拓撲優化和3D打印的深度融合所能創造的附加值。
小鵬IRON：仿生優先的“肌腱”控制
其仿生脊椎和肌肉設計不僅是外形上的模仿，更是運動控制理念的體現。這種設計旨在模擬人體的柔順性和能量吸收能力，使其行走姿態（如“貓步”）更自然，對意外沖擊（如被碰撞）有更好的容錯性。
這不僅有助于理解生物的進化機制，還可以為仿生機器人的設計提供指導。
7、比較與驗證：最后，將模擬結果與實驗數據進行比較，以驗證模擬的準確性和可靠性。常用手段有水槽實驗、粒子圖像測速（PIV）等。
本文綜述了近年來在MXene或石墨烯基復合氣凝膠中設計仿生單向孔隙結構的研究，促進了輕型電磁干擾屏蔽的發展。全面總結了具有排列多孔結構的MXene和石墨烯基氣凝膠的制備方法、目前的進展、面臨的挑戰以及未來的前景。這為未來開發高性能氣凝膠型電磁干擾屏蔽提供了有價值的指導。
首先，從仿生結構設計和功能耦合的角度概述了NPCM的最新發展。在此基礎上，具體闡述了仿生結構設計與功能之間的關系，即“共同的自然起源和互補”，旨在探索先進NPCM設計的基本準則。接下來，本文概述了NPCM在人體運動，醫學，能量轉換和智能熱管理系統中的新興應用。
首先，從仿生結構設計和功能耦合的角度概述了NPCM的最新發展。在此基礎上，具體闡述了仿生結構設計與功能之間的關系，即“共同的自然起源和互補”，旨在探索先進NPCM設計的基本準則。接下來，本文概述了NPCM在人體運動，醫學，能量轉換和智能熱管理系統中的新興應用。
馬勒還指出了仿生結構的設計優勢。受珊瑚啟發，工程師們在新的制造工藝中使用更薄的材料，并消耗更少的能量。
風扇氣動噪音是空調外機噪音的一個主要來源，目前為了降低風葉氣動噪音，風葉外形在逐步進行仿生設計，例如風葉邊緣做成鋸齒狀，風葉端面打孔，葉片增加“蜻蜓痣”等方法，通過大量實驗證明仿生設計可以降低風葉的氣動噪音。本文對風葉外形進行優化設計，研討風葉外形與噪音的關系。
為節省計算時間，CFD 模擬僅對風扇模型進行分析，研討風扇性能。優化前風葉幾何參數如表1所示。
中國仿真學會制造系統仿真專業委員會主任、中國工業合作協會仿真技術產業分會副會長朱文海，報告有：濟南大學機械工程學院教授、濟大長江節水裝備技術研究院院長呂冰“創新設計探尋設計本質規律及引導我國農業生產方式的進化”，達索系統技術經理焦中華“面向增材制造的創成式設計”，北京華如科技股份有限公司首席專家、空軍事業部總經理張建康“裝備論證與驗證的數字化技術路線”，哈爾濱理工大學機械動力工程學院副教授劉強“金屬切削刀具仿生創新設計
來源 | Advanced Science
原文 | https://doi.org/10.1002/advs.202300340
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背景介紹
能源危機已成為最緊迫的問題和首要任務，其中建筑占全球能源消耗的40%以上。世界各地的建筑行業占全球能源消耗的40%以上，是溫室氣體的最大生產者之一
