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1、仿生学在汽车上的应用,3130100026-第一组6号-应王敏,CONTENTS,仿生学的定义,仿生学是指人类模仿生物功能，来发明创造技术结构的科学。它是一门生物学、数学和工程技术学新型边缘学科，研究对象是生物体的结构、功能和工作原理，并将这些原理移植于人造工程技术之中，用以发明、创造新技术。1 很多生物在自然界严酷的环境中得以生存和繁衍，皆是因为其自身有某种特殊功能而成为食物链中的某一环节，才没有在物竞天择的自然环境中灭绝。生物所具有的这些功能对于人类来讲都有着借鉴意义，人们对其进行观察、研究和模仿，从而产生了仿生学，主要包括功能仿生、形态仿生和色彩仿生。,仿生学与汽车,信息时代，汽车已成为
2、生活中不可缺少的交通工具，人们对它的要求也越来越高，尤其是在造型方面，汽车的艺术造型不仅能体现汽车卓越的性能还能满足人们的审美要求。并且汽车的其他装置的仿生设计可以进一步提高汽车各方面的性能，例如仿生学在汽车轮胎和车漆上运用可以坚守阻力，保证汽车的高速运行。现代社会的激烈竞争也带给人们高负荷的工作生活状态，基于以上情况，富有亲切感、温存感的仿生产品开始进入人们的视野，融合大自然气息的产品成为人们生活的需求。于是，仿生也登上了汽车设计的舞台。2,仿生学在汽车造型设计的应用,形态仿生是产品仿生设计中应用较为普遍的一种仿生形式。形态仿生可以给设计师提供许多源于自然的素材，使产品形态富有生机，唤起观察
3、和使用者对自然的亲近感受，使设计的产品在外观上具有某些和仿生对象相呼应的特征。汽车设计中的形态仿生设计是指在汽车设计过程中，设计师将仿生对象的形态特征，经过简化、抽象、夸张等设计手法应用到汽车外观设计中去，使汽车的外观和仿生对象产生某种呼应和关联性，最终实现设计目标的一种设计手法。在汽车形态仿生设计中，对仿生对象的选择有很多种，对自然物的模仿毫无疑问被认为是仿生设计。但是有一种情况是存在争议的，就是对人造物的模仿是否算作仿生设计。早先人们对抗自然的能力弱于当代，生活环境中自然物所占比重较大，向自然学习，仿生对象多为自然形态。当下人们生活环境中产生越来越多的人造物，人们对人造物质形态也具有亲近感
4、和易识别感，将人造物质形态作为仿生对象应用于产品设计中，也取得了良好的设计效果，有些人造物具有一些个性、情感等类似于生命的特征。3,仿生学在汽车造型设计的应用,形态仿生的应用:为了体现车子风驰电掣的速度感，设计IJ币将汽车外形的设计刻意模仿善于奔跑的猎豹、狮子等的形象。也许这些造型并不能降低风阻、提高速度，但是这些外形给人们的心理和视觉赋予了某些隐含的暗示。大众公司的甲壳虫汽车或许是动物世界里知名度最高也是汽车领域里最经典的车型之一，你可以亲切地叫它“虫虫”或“甲壳虫”，它的外形、名称包括历史都是难以复制的经典。甲壳虫是一款经久不衰的经典车型，外观充满神采和灵气给人以温馨、可爱的感觉。车内的每
5、一个部件都精心雕琢，工艺之精美与设计之巧思天衣无缝，成为人类汽车世界里为数不多的几个经典之一，以至于现在，当我们提起甲壳虫时，第一时间想到的不是“甲壳虫”这个昆虫，而是一辆甲壳虫汽车。形态仿生设计可以采用具像仿生和抽象仿生2种方法，将生物体的整体或局部通过 提炼、夸张、减弱、变化、归纳等手法的处理，在不丢弃“形的同时更要生动、形象、概括 地传递“神”。,仿生学在汽车造型设计的应用,功能仿生是指通过研究生物体和自然界物质存在的功能原理，并使用这种原理去改变现有的或者是建造新的技术系统，以促进产品的更新换代或新产品的开发。人们通过功能的仿生设计，便捷地实现许多原来不可能实现的目标。功能仿生的设计手
6、法让我们更清晰地认识世界，进而合理地改造世界。虽然仿生学研究的历史并不长，但功能的实践却有着悠久的历史。相传我国古代的木牛流马，就是诸葛亮为了解决几十万大军的粮草运输问题而模仿牛马的运输功能设计的。古人模仿自然进行功能仿生时，更多的是依靠日常观察和反复试验，以及凭借自己的经验进行判断，又经过长期的实践检验才能获得最终的功能仿生产品。这样的仿生虽然也有效果，但缺乏理论依据，容易产生隐患，并且需要较长时间来对产品进行实践检验，因此人们没能在更大范围和更深层面上获得更多仿生产品。,仿生学在汽车造型设计的应用,功能仿生的应用:随着汽车日新月异的发展，汽车的速度、安全性、舒适性等越来越受到设计师的关注，
7、所以，在考虑设计时会有意识的将他们作为决定性因素。在风阻、防滑、材料、空间安排等方面作足够的功课.福特S-MAX车身侧面的通风口，模仿了鱼类的鳃裂.这种鱼鳃式设计不只是形态上的仿生，在功能上也有重要意义。当汽车高速行驶时，空气阻力主要包括空气对车身正面的阻力和侧面的摩擦力，而在侧翼加上通风口可减少汽车高速行进日寸侧面空气的阻 力，增强行驶中的稳定性，提高行驶速度。,福特S-MAX车身侧面的通风口,仿生学在汽车造型设计的应用,结构仿生设计是深入地了解生物体自身内部的组织方式与运行模式，从中受到启发并且提取需要的元素在恰当的时候以恰当的方式运用到我们的设计中。随着仿生学的深入发展，人们从生物体的结
8、构和肌理中得到不少启发。梅塞德斯一奔驰公司新推出的一款仿生概念车的雏形是一种热带硬鳞鱼箱鲍，其外表非常光滑，该款汽车车头形状模拟鱼类头骨的生理结构设计而成，因为鱼头骨的结构使鱼类克服了水中游动时遇到的大部分水流阻力，狭小的前脸和光滑的表面可以让空气顺利地通过身体，几乎不会产生影响空气动力效率的紊流。另外，箱鲍独 特的外形使其身体上、下部的边缘产生很多小旋涡，使箱纯在任何位置都能保持平稳、安全地游动，并且不用摆动鱼鳍，有效减少体力的流失。奔驰公司希望箱纯独特的汽动力性和稳定性应用到这一款概念车上，经风洞实验结果表明，该车在同级车中将空气动力学发挥到了极致，风阻系数仅为0.1。,仿生学在汽车造型设
9、计的应用,结构仿生的应用:在车辆材料上人们也充分借鉴生物的某些特点，如现在用于汽车外壳或装甲输送车的外表材料，就是鲍鱼的壳带给人们的启示，鲍鱼的壳外表扁平、非常坚固，能够抵御 136kg的巨浪，而丝毫无损。科学家们已合成一种牢固程度两倍于鲍鱼壳的材料，这种材料可以使车辆更加坚固。张希可等汽车仿生设计奔驰仿生概念车.宝马的轻质技术专家通过对哺乳动物和鸟类的骨骼结构的研究，发现发泡塑料具有质轻、省料、隔热、隔音、吸收冲击载荷等多项功能。而发泡材料出色的能量吸收性能在自然中发 挥最突出的例子是猫头鹰和大象的头部。大象的头部虽然只有几公斤，却能轻松移动几百公斤的重量。镁作为一种有巨大发展前景的轻质材料
10、，其在汽车设计中的重要性不容忽视。宝 马在新的直列六缸发动机上运用了镁、铝曲轴箱。这一镁铝组合，使宝马重量减轻了lOkg，而广泛应用于汽车中的镁铝组合模式的原理正是来源于海葵和水母。具有自清洁功能的荷叶、芸苔等植物表面微结构的特征启发人们研发了一种高分子仿生涂层，这种纳米材料涂层为汽车穿上了防尘衣。这种仿生涂层表现出类似天然荷叶的自清洁功能，同时该仿生表面还具有类似荷叶的“自修复”功能。越来越轻便的车身，越来越舒适安全驾驶，越来越眩目的 功能无不昭示着仿生学在材料领域的突破给汽车设计的发展注入新的生机，将带领汽车设计进入新的时代。4,M ercedesBenz bionic concept c
11、ar,仿生学在汽车轮胎上的应用,轮胎对汽车的重要性不言而喻，轮胎设计师们已经开始了对动物运动原理的探究，以期设计出更安全、更优质的轮胎.为了保持运动中的稳定性、安全性、准确度和灵敏度，各种动物都有自己的高招，新近推出的轮胎中就有不少是仿生学作品。美国威斯康辛州麦迪逊的聚合物研究中心研制出了一种截然不同的轮胎，它是一种非气动蜂窝结构的轮胎。利用仿生学原理，将蜂窝的多六边形结构互相支撑，达到降低震动、提高车轮强度的作用。这种非气动蜂窝结构的轮胎具有不怕炸的特点，当然这种不怕炸只是不怕一定程度的爆炸，利用结构设计的优势在保持一定减震性能的同时最大化地提高车轮强度。由于它并不是充气轮胎，所以不必担心胎
12、压的问题。同时这样的结构可以避免轮胎爆胎，在噪音抑制和轮胎摩擦发热量上也比普通轮胎更为优越。目前，这种非气动蜂窝结构的轮胎正在进行一系列的相关测试，包括受到外力破坏时的应力作用测试、结构破坏试验、试验台床滚动测试，相信完成这些测试后，真正运用在量产车上的时间就不远了。悍马越野车的越野能力超强，但在伊拉克战争中最令悍马头疼的问题莫过于路边炸弹和地雷。再好的马没了腿脚也不行，传统的防爆轮胎要么就是防护能力有限要么就是成本高昂。虽然也许没有普通轮胎舒适，但这绝对是一个伟大的发明。据悉，这款轮胎现在已经开始交付军方使用，成本将降低到跟普通轮胎相近。或许，不久之后，一种非气动蜂窝结构的轮胎就能风靡改装车
13、市场了。5,仿生学在汽车车漆上的应用,日本日产公司的研究人员从南美蝴蝶两翼颜色永不退色受到启发,制成的新型仿生漆中含有类似蝴蝶双翅结构的聚合物纤维,这种纤维结构不被破坏,则车漆的颜色可一直保持不变。仿生学在车漆上运用，可以使汽车受到的阻力减少，并且其被空气氧化的也比较少，长期看来，这种车漆是经济实惠且环保的。,仿生设计在未来交通工具发展中的应用,面对当下和未来交通系统设计规划中的问题和挑战，设计师们不能孤立地探讨基于外观形态的仿生汽车造型变化，而是应该将其作为一个系统架构进行思考，其中包括车、人、环境、社会、文化等。汽车作为最为复杂的人造产品系统和服务介质，是集当代设计科学与哲学观念为一身的代
14、表性人造物这种产品应该被设计制造成为与自然生命系统和谐共处的“人工有机系统”。运用仿生学原理创造基于生态观念的交通工具服务系统需耍不同领域的专家进行跨学科合作，实现协同创新与可持续发展。汽车仿生设计的未来将不仅停留在通过三个层而的模拟自然寻求被动的“模拟生态”维度上。国际设计研究领域正在努力与生命科学、医学、农业学、材料学等众多学科领域合作，试图对自然生命系统进行积极的“干预”和“再设计”，创造“可控的生物系统”以替代“仿 生的人造世界”。例如，日本的科学界和设计界已经展开通过感性工学和基因组学的交叉合作，对未来生命形态进行预测与设计改良的前沿性研究，进而构建可控的生命系统，为人类社会的有序化发展提供新的范式。这种生态设计将超越本文所论述的仿生学传统方法和观念，也将成为未来生态交通系统设计研究的发展方向。,参考文献,THANKS,
