1、仿生學在汽車上的應用3130100026-第一組6號-應王敏CONTENTS仿生學的定義、與汽車仿生學在汽車造型設計的應用仿生學在汽車輪胎上的應用 仿生學在汽車車漆上的應用仿生設計在未來交通工具發(fā)展中的應用仿生學的定義 仿生學是指人類模仿生物功能，來發(fā)明創(chuàng)造技術結構的科學。它是一門生物學、數(shù)學和工程技術學新型邊緣學科，研究對象是生物體的結構、功能和工作原理，并將這些原理移植于人造工程技術之中，用以發(fā)明、創(chuàng)造新技術。1 很多生物在自然界嚴酷的環(huán)境中得以生存和繁衍，皆是因為其自身有某種特殊功能而成為食物鏈中的某一環(huán)節(jié)，才沒有在物競天擇的自然環(huán)境中滅絕。生物所具有的這些功能對于人類來講都有著借鑒意義

2、，人們對其進行觀察、研究和模仿，從而產(chǎn)生了仿生學，主要包括功能仿生、形態(tài)仿生和色彩仿生。仿生學與汽車 信息時代，汽車已成為生活中不可缺少的交通工具，人們對它的要求也越來越高，尤其是在造型方面，汽車的藝術造型不僅能體現(xiàn)汽車卓越的性能還能滿足人們的審美要求。并且汽車的其他裝置的仿生設計可以進一步提高汽車各方面的性能，例如仿生學在汽車輪胎和車漆上運用可以堅守阻力，保證汽車的高速運行?，F(xiàn)代社會的激烈競爭也帶給人們高負荷的工作生活狀態(tài)，基于以上情況，富有親切感、溫存感的仿生產(chǎn)品開始進入人們的視野，融合大自然氣息的產(chǎn)品成為人們生活的需求。于是，仿生也登上了汽車設計的舞臺。2 仿生學在汽車造型設計的應用 形

3、態(tài)仿生是產(chǎn)品仿生設計中應用較為普遍的一種仿生形式。形態(tài)仿生可以給設計師提供許多源于自然的素材，使產(chǎn)品形態(tài)富有生機，喚起觀察和使用者對自然的親近感受，使設計的產(chǎn)品在外觀上具有某些和仿生對象相呼應的特征。汽車設計中的形態(tài)仿生設計是指在汽車設計過程中，設計師將仿生對象的形態(tài)特征，經(jīng)過簡化、抽象、夸張等設計手法應用到汽車外觀設計中去，使汽車的外觀和仿生對象產(chǎn)生某種呼應和關聯(lián)性，最終實現(xiàn)設計目標的一種設計手法。在汽車形態(tài)仿生設計中，對仿生對象的選擇有很多種，對自然物的模仿毫無疑問被認為是仿生設計。但是有一種情況是存在爭議的，就是對人造物的模仿是否算作仿生設計。早先人們對抗自然的能力弱于當代，生活環(huán)境中自

4、然物所占比重較大，向自然學習，仿生對象多為自然形態(tài)。當下人們生活環(huán)境中產(chǎn)生越來越多的人造物，人們對人造物質(zhì)形態(tài)也具有親近感和易識別感，將人造物質(zhì)形態(tài)作為仿生對象應用于產(chǎn)品設計中，也取得了良好的設計效果，有些人造物具有一些個性、情感等類似于生命的特征。3 仿生學在汽車造型設計的應用 形態(tài)仿生的應用:為了體現(xiàn)車子風馳電掣的速度感，設計IJ幣將汽車外形的設計刻意模仿善于奔跑的獵豹、獅子等的形象。也許這些造型并不能降低風阻、提高速度，但是這些外形給人們的心理和視覺賦予了某些隱含的暗示。 大眾公司的甲殼蟲汽車或許是動物世界里知名度最高也是汽車領域里最經(jīng)典的車型之一，你可以親切地叫它“蟲蟲”或“甲殼蟲”，

5、它的外形、名稱包括歷史都是難以復制的經(jīng)典。甲殼蟲是一款經(jīng)久不衰的經(jīng)典車型，外觀充滿神采和靈氣給人以溫馨、可愛的感覺。車內(nèi)的每一個部件都精心雕琢，工藝之精美與設計之巧思天衣無縫，成為人類汽車世界里為數(shù)不多的幾個經(jīng)典之一，以至于現(xiàn)在，當我們提起甲殼蟲時，第一時間想到的不是“甲殼蟲”這個昆蟲，而是一輛甲殼蟲汽車。 形態(tài)仿生設計可以采用具像仿生和抽象仿生2種方法，將生物體的整體或局部通過 提煉、夸張、減弱、變化、歸納等手法的處理，在不丟棄“形的同時更要生動、形象、概括 地傳遞“神”。 仿生學在汽車造型設計的應用 功能仿生是指通過研究生物體和自然界物質(zhì)存在的功能原理，并使用這種原理去改變現(xiàn)有的或者是建造

6、新的技術系統(tǒng)，以促進產(chǎn)品的更新?lián)Q代或新產(chǎn)品的開發(fā)。人們通過功能的仿生設計，便捷地實現(xiàn)許多原來不可能實現(xiàn)的目標。功能仿生的設計手法讓我們更清晰地認識世界，進而合理地改造世界。雖然仿生學研究的歷史并不長，但功能的實踐卻有著悠久的歷史。相傳我國古代的木牛流馬，就是諸葛亮為了解決幾十萬大軍的糧草運輸問題而模仿牛馬的運輸功能設計的。古人模仿自然進行功能仿生時，更多的是依靠日常觀察和反復試驗，以及憑借自己的經(jīng)驗進行判斷，又經(jīng)過長期的實踐檢驗才能獲得最終的功能仿生產(chǎn)品。這樣的仿生雖然也有效果，但缺乏理論依據(jù)，容易產(chǎn)生隱患，并且需要較長時間來對產(chǎn)品進行實踐檢驗，因此人們沒能在更大范圍和更深層面上獲得更多仿生產(chǎn)

7、品。 仿生學在汽車造型設計的應用 功能仿生的應用:隨著汽車日新月異的發(fā)展，汽車的速度、安全性、舒適性等越來越受到設計師的關注，所以，在考慮設計時會有意識的將他們作為決定性因素。在風阻、防滑、材料、空間安排等方面作足夠的功課. 福特S-MAX車身側(cè)面的通風口，模仿了魚類的鰓裂.這種魚鰓式設計不只是形態(tài)上的仿生，在功能上也有重要意義。當汽車高速行駛時，空氣阻力主要包括空氣對車身正面的阻力和側(cè)面的摩擦力，而在側(cè)翼加上通風口可減少汽車高速行進日寸側(cè)面空氣的阻 力，增強行駛中的穩(wěn)定性，提高行駛速度。福特S-MAX車身側(cè)面的通風口 仿生學在汽車造型設計的應用 結構仿生設計是深入地了解生物體自身內(nèi)部的組織方

8、式與運行模式，從中受到啟發(fā)并且提取需要的元素在恰當?shù)臅r候以恰當?shù)姆绞竭\用到我們的設計中。隨著仿生學的深入發(fā)展，人們從生物體的結構和肌理中得到不少啟發(fā)。 梅塞德斯一奔馳公司新推出的一款仿生概念車的雛形是一種熱帶硬鱗魚箱鮑 ，其外表非常光滑，該款汽車車頭形狀模擬魚類頭骨的生理結構設計而成，因為魚頭骨的結構使魚類克服了水中游動時遇到的大部分水流阻力，狹小的前臉和光滑的表面可以讓空氣順利地通過身體，幾乎不會產(chǎn)生影響空氣動力效率的紊流。另外 ，箱鮑獨 特的外形使其身體上、下部的邊緣產(chǎn)生很多小旋渦，使箱純在任何位置都能保持平穩(wěn)、安全地游動，并且不用擺動魚鰭，有效減少體力的流失。奔馳公司希望箱純獨特的汽動力

9、性和穩(wěn)定性應用到這一款概念車上，經(jīng)風洞實驗結果表明，該車在同級車中將空氣動力學發(fā)揮到了極致，風阻系數(shù)僅為0.1。 仿生學在汽車造型設計的應用 結構仿生的應用:在車輛材料上人們也充分借鑒生物的某些特點，如現(xiàn)在用于汽車外殼或裝甲輸送車的外表材料，就是鮑魚的殼帶給人們的啟示，鮑魚的殼外表扁平、非常堅固，能夠抵御 136kg的巨浪，而絲毫無損。科學家們已合成一種牢固程度兩倍于鮑魚殼的材料，這種材料可以使車輛更加堅固。張?？傻绕嚪律O計奔馳仿生概念車 . 寶馬的輕質(zhì)技術專家通過對哺乳動物和鳥類的骨骼結構的研究，發(fā)現(xiàn)發(fā)泡塑料具有質(zhì)輕、省料、隔熱、隔音、吸收沖擊載荷等多項功能。而發(fā)泡材料出色的能量吸收性能

10、在自然中發(fā) 揮最突出的例子是貓頭鷹和大象的頭部。大象的頭部雖然只有幾公斤，卻能輕松移動幾百公斤的重量。鎂作為一種有巨大發(fā)展前景的輕質(zhì)材料，其在汽車設計中的重要性不容忽視。寶 馬在新的直列六缸發(fā)動機上運用了鎂、鋁曲軸箱。這一鎂鋁組合，使寶馬重量減輕了lOkg，而廣泛應用于汽車中的鎂鋁組合模式的原理正是來源于海葵和水母。具有自清潔功能的荷葉、蕓苔等植物表面微結構的特征啟發(fā)人們研發(fā)了一種高分子仿生涂層，這種納米材料涂層為汽車穿上了防塵衣。這種仿生涂層表現(xiàn)出類似天然荷葉的自清潔功能，同時該仿生表面還具有類似荷葉的“自修復 ”功能。越來越輕便的車身，越來越舒適安全駕駛，越來越眩目的 功能無不昭示著仿生學

11、在材料領域的突破給汽車設計的發(fā)展注入新的生機，將帶領汽車設計進入新的時代。4M ercedesBenz bionic concept car仿生學在汽車輪胎上的應用 輪胎對汽車的重要性不言而喻，輪胎設計師們已經(jīng)開始了對動物運動原理的探究，以期設計出更安全、更優(yōu)質(zhì)的輪胎.為了保持運動中的穩(wěn)定性、安全性、準確度和靈敏度，各種動物都有自己的高招，新近推出的輪胎中就有不少是仿生學作品。美國威斯康辛州麥迪遜的聚合物研究中心研制出了一種截然不同的輪胎，它是一種非氣動蜂窩結構的輪胎。 利用仿生學原理，將蜂窩的多六邊形結構互相支撐，達到降低震動、提高車輪強度的作用。這種非氣動蜂窩結構的輪胎具有不怕炸的特點，當

12、然這種不怕炸只是不怕一定程度的爆炸，利用結構設計的優(yōu)勢在保持一定減震性能的同時最大化地提高車輪強度。由于它并不是充氣輪胎，所以不必擔心胎壓的問題。同時這樣的結構可以避免輪胎爆胎，在噪音抑制和輪胎摩擦發(fā)熱量上也比普通輪胎更為優(yōu)越。 目前，這種非氣動蜂窩結構的輪胎正在進行一系列的相關測試，包括受到外力破壞時的應力作用測試、結構破壞試驗、試驗臺床滾動測試，相信完成這些測試后，真正運用在量產(chǎn)車上的時間就不遠了。悍馬越野車的越野能力超強，但在伊拉克戰(zhàn)爭中最令悍馬頭疼的問題莫過于路邊炸彈和地雷。再好的馬沒了腿腳也不行，傳統(tǒng)的防爆輪胎要么就是防護能力有限要么就是成本高昂。雖然也許沒有普通輪胎舒適，但這絕對是

13、一個偉大的發(fā)明。據(jù)悉，這款輪胎現(xiàn)在已經(jīng)開始交付軍方使用，成本將降低到跟普通輪胎相近?；蛟S，不久之后，一種非氣動蜂窩結構的輪胎就能風靡改裝車市場了。5仿生學在汽車車漆上的應用 日本日產(chǎn)公司的研究人員從南美蝴蝶兩翼顏色永不退色受到啟發(fā),制成的新型仿生漆中含有類似蝴蝶雙翅結構的聚合物纖維, 這種纖維結構不被破壞,則車漆的顏色可一直保持不變。仿生學在車漆上運用，可以使汽車受到的阻力減少，并且其被空氣氧化的也比較少，長期看來，這種車漆是經(jīng)濟實惠且環(huán)保的。仿生設計在未來交通工具發(fā)展中的應用 面對當下和未來交通系統(tǒng)設計規(guī)劃中的問題和挑戰(zhàn)，設計師們不能孤立地探討基于外觀形態(tài)的仿生汽車造型變化，而是應該將其作為

14、一個系統(tǒng)架構進行思考，其中包括車、 人、環(huán)境、社會、文化等。汽車作為最為復雜的人造產(chǎn)品系統(tǒng)和服務介質(zhì)，是集當代設計科學與哲學觀念為一身的代表性人造物這種產(chǎn)品應該被設計制造成為與自然生命系統(tǒng)和諧共處的“人工有機系統(tǒng)”。運用仿生學原理創(chuàng)造基于生態(tài)觀念的交通工具服務系統(tǒng)需耍不同領域的專家進行跨學科合作，實現(xiàn)協(xié)同創(chuàng)新與可持續(xù)發(fā)展。汽車仿生設計的未來將不僅停留在通過三個層而的模擬自然尋求被動的“模擬生態(tài)”維度上。國際設計研究領域正在努力與生命科學、醫(yī)學、農(nóng)業(yè)學、材料學等眾多學科領域合作，試圖對自然生命系統(tǒng)進行積極的“干預”和“再設計”，創(chuàng)造“可控的生物系統(tǒng)”以替代“仿 生的人造世界”。例如，日本的科學界和設計界已經(jīng)展開通過感性工學和基因組學的交叉合作，對未來生命形態(tài)進行預測與設計改良的前沿性研究，進而構建可控的生命系統(tǒng)，為人類社會的有序化發(fā)展提供新的范式。這種生態(tài)設計將