仿生是高科技的代名詞，它是指運用尖端的科學技術，來模仿生物的各種官能感覺和思維判功能，更加有效地為人數服務。各國都在不遺餘力地加大在仿生學方面的研究。可以說，仿生學研究程度的高低，是國家綜合國力的重要標誌之一。
基本介紹
- 中文名：動物仿生學
- 外文名：animal bionics
簡介,研究內容,研究對象,分支與類型,形態仿生,功能仿生,結構仿生,色彩仿生,用途與套用,發展歷史,仿生設計發展,
簡介
生命、植物等自然形態以其自身的豐富性，向我們展現著無限的美。這種高度感性的美的存在，常被設計師作為借鑑的對象。人類在古老的年代似乎就認識到能從自然生態系統中領悟到自身生存、發展、進步的真諦。人類從蒙昧時代進入文明時代就是在模仿和適應自然規律的基礎上發展起來的。回顧中國的古文明史，不難看到人們較早就留下了模仿自然生態的痕跡。從公元前三千多年，我們的祖先巢氏模仿鳥類在樹上營巢，到春秋戰國時期的魯班借鑑草葉的齒形邊緣設計的第一把木鋸，從仰韶文化的以魚紋為著的動物形象和動物紋樣為裝飾的半坡彩陶；到現實生活中以各種動物形態為原型的實用器皿，如牛角杯、豬形杯、鷹形壺等。外國的文明史上，也有很多仿生的案例：如泰爾從魚背骨和蛇的齶骨的形狀受到啟示發明的鋸子；達文西設計的最原始的人類第一架飛行器等等。大量的事例記述了人們對自然生命的外在形態和功能創造性模仿。
到了現代，由於人口的不斷增加，資源消耗量的不斷增大，加上交通、通信事業的飛速發展，人類生漿凝放產活動和社會活動的範圍不斷擴大，資源開發利用突破了區域界限和國界，資源配置向國際化和全球性發展。由此而引起了一系列的全球性問題：環境破壞、生態失衡、能源枯竭，人類意識到艱驗鴉重新認識自然，探討與自然更加與諧的生存方式的高度緊迫感，亦認識到仿生設計學對人類未來發展重要性。特別是在一九六Ο年秋，在美國俄亥俄州召開第一次仿生學討論會，成為仿生學正式誕生之日。此後，仿生技術取得飛躍的發展，並獲得廣泛的套用。仿生設計亦隨之獲得突飛猛進發展，一大批仿生設計作品如智慧型機器狗和雷達、聲納、人工臟器、自動控制器、自動導航器等等應運而生。
研究內容
研究對象
仿生設計學與舊有的仿生學成果套用不同，它是以自然界萬事萬物的“形”、“色”、“音”、“功能”、“結構”等為研究對象，有選擇地在設計過程中套用這些特徵原理進行的設計，同時結合仿生學的研究成果，為設計提供新的思想、新的原理、新的方法和新的途徑。在某種意義上，仿生設計學可以說是仿生學的延續和發展，是仿生學研究成果在人類生存方式中的反映。仿生設計學作為人類社會生產活動與閥盛芝虹自然界的鍥合點，使人類社會與自然達到了高度的統一，正逐漸成為設計發展過程中新的亮點。
分支與類型
進入二十一世紀，仿生學已成為現代科學技術的前沿和熱點領域，受自然和生物啟發模仿自然和生物的各種特性而進行的仿生設計也已成為一種設計潮流。仿生設計從廣泛的角度理解，分支眾多，包括電子仿生設計、機械仿生設計、建築仿生設計、化學仿生設計、人體仿生設計、分子仿生設計、宇宙仿生設計等。在這裡所闡述的主要是與產品設計相關的仿生設計類型，它們分別是：形態仿生（形象仿生、意象仿生）、功能仿生、結構仿生、色彩仿生。腳雅習
形態仿生
自然界中有各種各樣的生物，都有自己獨特的形態特徵，如蝴蝶翅膀上那精美的圖案、駱駝高高的駝峰、大象長長的鼻子笨拙沉重的體態等。各種形態既有區別又有共性，例如同科的種子植物就具有根、莖、葉等共同特徵，但同樣是葉子，生活環境不同,它們葉子的大小形態也不同,生活在南方多雨環境中的植物,如椰子,油棕等,它們葉子又寬又大,這樣使植物可以充分吸收陽光,調節體內水分的含量,而在寒冷或者乾旱地區生長的植物,如油松,楊樹,仙人掌,光棍樹,麻黃等,它們的葉片很小,有的甚至退化成了針狀,用以減少風祝凳重立沙危害和水分蒸發,使植物更好的適應生存環境。站在設計的角度，我們要善於歸納各種生物的形態特徵，才能進行形態的仿生設計。
根據模仿逼真度的不同，我們把形態仿生分為具象仿生和抽象仿生。
具象仿生，它是一種對模仿對象外在特徵的直接模仿與借鑑，以追求設計作品與模仿對象之間外形特徵的形式相似性為主要目標的設計手法。具象一般是指人物、動物、植物、風景、靜物等客觀存在的形態，是根據視覺經驗可以詢洪懂識別、辨別的形體，因此，具象仿生強調的是一目了然式的識別性與認同感，基本上模仿對象的全部主要特徵，使產品的形態具有情趣，活潑可愛。這種方式多運用在玩具、工藝品、簡單的日常生活用品的設計中。
抽象仿生，它是一種墊碑對模仿對象的內在神韻或外在形象特徵進行提煉、概括的基礎上的模仿與借鑑，強調的是神似，甚至是在似與不似之間的微妙把握。
抽象仿生的形態具有高度的簡化性和概括性，在研究形態時，設計者從知覺和心理角度將形象特徵進行提煉、概括，再通過形態抽象變化，用點、線、面的組合來再現模仿對象。因此，在形態上表現出簡化性和概括性。這種形態的簡化性和概括性，正好吻合現代工業產品的要求，因此，它大量的套用於現代產品設計。
抽象仿生的形態具有豐富的聯想性和想像性，抽象仿生形態作用於人時，產生的“心理”形態需要生活經驗的積累，經過聯想和想像才浮現在腦海中。因此，它充分地釋放了人無限想像力。同時因人的生活經驗不同，因此經過個人主觀喜好聯想產生的“心形”也不盡相同，產生形態生命活力的感受自然豐富多彩。
同一具象形態的抽象形態具有多樣性，設計者在對同一具象形態進行抽象化的過程中，由於生活經驗、抽象方式方法以及表現手法不同，因此抽象化所得到的形態有較大的差異，呈現出豐富多樣性的特徵。
功能仿生
地球上的各種生物，在幾百萬年的進化過程中，擁有了適應環境的各種功能，而且其進化程度接近完美。人類模仿生物的功能進行物質改良與創新是一種常用的方法。近代，科學家根據蜻蜓的飛行原理研製成功了直升飛機；根據青蛙眼睛的特殊構造研製了電子蛙眼，用於監視飛機的起落和跟蹤人造衛星；根據螢火蟲和海蠅的發光原理，獲得了化學能轉化為光能的新方法，從而研製出化學螢光燈；再如仿昆蟲單複眼的構造特點，製造出大螢幕模組化彩電和複眼照相機；仿狗鼻子嗅覺功能，製造出電子鼻，可以檢測出極其微量的有毒氣體等等令人驚嘆的創造。
功能仿生主要是研究生物體和自然界物質存在的功能原理，深入分析生物原形的功能與構造、功能與形態的關係，綜合表現在產品形態設計中的方法。
結構仿生
自然界中，很多生物都具有一定的強度、剛度和穩定性的結構，很多結構關係如：一面蜘蛛網、一隻蛋殼、一個蜂巢，看似弱小，有時卻能承受很大的外力，或抵禦強大的風暴。這些巧妙合理的結構關係正逐步被給人們所認識和利用。植物的果實擔負著延續種族的任務，億萬年的進化使其果實多呈圓形。圓的外形使它們在較小的空間占用最大的體積來存貯營養，同時使它們對外界的壓力如風力等有較大的抵抗力。如花生、核桃等還有著堅硬的外殼，可以保護裡面相對嬌嫩的果仁。同樣地，動物也具有對自然力的適應性，如蛋殼、烏龜殼和貝殼等，都巧妙利用了一定的力學原理。如果你握住一個雞蛋，即使加力擠壓，也很難把它弄破。原來蛋殼的拱形結構與其表面的彈性膜一起構成了預應力結構，在工程上稱為薄殼結構。自然界中巧妙的薄殼結構具有各種不同形狀的彎曲表面，不僅外形美觀，還能夠承受相當大的壓力。在建築工程上，人們已廣泛採用這種結構，如大樓的圓形屋頂、模仿貝類製造的商場頂蓋等。
動物界中，辛勤的蜜蜂被稱為昆蟲世界裡的建築工程師。它們用蜂蠟建築的蜂巢的結構由一個個排列整齊的六稜柱形小蜂房組成，每個小蜂房的底部由3個相同的菱形組成，具有結構穩定、用料省和強度高等優點。人們仿其構造用各種材料製成蜂巢式夾層結構板，強度大、重量輕、不易傳導聲和熱，是建築及製造太空梭、宇宙飛船、人造衛星等的理想材料。
結構仿生主要是研究生物體和自然界物質存在的內部結構原理在設計中的套用問題，通過研究生物整體或部分的構造組織方式，發現其與產品的潛在相似性進而對其模仿，以創造新的形態或解決新的問題。研究最多的是植物的莖、葉以及動物形體、肌肉、骨骼的結構。因為是在結構原理上的仿生，其仿生借鑑的主要是對象的內在特徵，對產品外在造型特徵的影響有時非常明顯，有時又不是很明顯。例如：鏟土機的機械臂的工作原理就是模仿螳螂的前臂的結構，實現可以自由伸縮的功能，產品的形態上也留下了直接仿生痕跡。又如：豆莢的結構為人們所熟悉，設計師巧妙的將豆莢一分為二，放大比例關係，設計成一個可愛的果盤，形態逼真而直接。
色彩仿生
色彩是最抽象的語言，當代美國視覺藝術心理學家布魯莫(Carolyn Bloomer)說：“色彩喚起各種情緒，表達感情，甚至影響我們正常的生理感受。”在產品設計上，色彩不僅具備審美性和裝飾性，還具備象徵性的符號意義。作為首要的視覺審美要素，色彩深刻地影響著人們的視覺感受和心理情緒。人類對色彩的感覺最強烈、最直接，印象也最深刻。色彩對產品意境的形成有很重要的作用，在設計中色彩與具體的形相結合，使產品更具生命力。
自然界中存在著千姿百態的色彩組合，在這些組合中大量的色彩表現得極其和諧與統一，體現出色彩理論中的各種對比與調和關係，並經過不斷的進化適合物種生存的需要。色彩仿生是指通過研究自然界生物系統的優異色彩功能和形式，並將其運用到產品形態設計中。
色彩的掩護作用是一種光學上的掩飾，一種遲緩獲取視覺信息的欺騙性偽裝。自然界中有很多動物如樹葉蝶能隨環境的變化迅速改變體色來保護自己的安全，色彩的這種保護、偽裝作用首先被人類借鑑於國防工業，陸軍的“迷彩服”就是很好的例子，綠色或黃褐色斑點與野戰中周圍的環境色近似，起到掩護主體對象不易被敵方發現，提高安全性的目的。
用途與套用
蝙蝠和雷達：蝙蝠的嘴巴和鼻子上長著一個怪異的“鼻狀葉”結構，周圍還有皮膚“皺紋”，這些組成了一種奇特的超音波裝置，當蝙蝠發射超音波的時候，超音波碰到飛舞的昆蟲就能立刻反射回來，這時，蝙蝠就知道：周圍有吃的了。它們只需要快速地行動起來，就能美美地飽餐一頓。蝙蝠的這種本領叫做“回聲定位”。在第一次世界大戰期間，人們根據蝙蝠的“回聲定位”原理髮明了雷達，雷達能及時探測出敵機的方位和距離，以便發出警報，然後進行狙擊。來自英國利茲大學的研究人員大膽地進行了嘗試。他們研製成功一種“蝙蝠拐杖”，這種特殊的拐杖能發出一種人耳聽不見的聲吶波，通過震動的強弱，幫助盲人探測障礙物的遠近。
蒼蠅和照相機：蒼蠅的一隻複眼是由4000多隻小眼組成的，這些小眼睛組成一個蜂窩一樣的形狀堆積在蒼蠅的頭兩邊。複眼對蒼蠅的生活來說可重要了，蒼蠅身上的許多部分都是與複眼直接相連，複眼看到目標之後，蒼蠅就立刻出動，乾起新的壞事。可別小看蒼蠅的複眼，它們觀察物體比我們人類還要仔細和全面。每秒鐘閃爍60次的日光燈，你也許根本無法察覺，可是蒼蠅卻能夠不費吹灰之力地看出來。人類對蒼蠅眼睛的研究至今，收藏非常豐富。人類對蒼蠅眼睛的研究至今，收穫非常豐富。美國人根據蒼蠅複眼的原理髮明了“蠅眼”航空照相機，這種照相機一次能拍攝1000多張高清晰照片。天文學也有一種叫做“蠅眼”的光學儀器，這是一種在無月光的夜晚也能夠探測到空氣簇射光線的儀器。這種儀器的多鏡面光學系統正是根據蒼蠅複眼的結構設計的。
蝴蝶和防偽紙幣：科學家通過研究大鳳蝶發現其翅膀顏色本來是黃色和藍色的，但是，在一般人看起來，它卻是綠色的，這是為什麼呢？原來科學家發現在顯微鏡下：蝴蝶翅膀上有很多很小的下凹的小坑，小坑底是黃色的，而坑的斜坡上是藍色的，當陽光照射在蝴蝶翅膀上的時候，由於發生光的折射作用，人眼看到的蝴蝶翅膀上的時候，由於發生光的折射作用，人眼看到的蝴蝶就是綠色的。根據這個現象，人們在紙幣或信用卡上也設定了許多小坑，這樣，無論假幣有多么逼真，都難逃光學設備的“法眼”。
螢火蟲和人工冷光：螢火蟲的發光器擁有幾千個發光細胞，它們都含有螢光素和螢光酶兩種物質。螢火蟲的發光，實質上是把這兩種物質的化學能轉變成光能的過程，這其中要有氧氣的參加。螢火蟲呼吸的時候，如果氧氣越充分，那么螢火素和螢火酶結合之後的複雜變化就會越劇烈，螢火蟲發出的光就越強烈。科學家用化學方法人工合成了螢光素。由螢光素和水等一些物質混合而成的生物光源，可在充滿爆炸性瓦斯的礦井中充當閃光燈，這種光不會引爆瓦斯。
發展歷史
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。生物界有著種類繁多的動植物及物質存在，它們在漫長的進化過程中，為了求得生存與發展，逐漸具備了適應自然界變化的本領。人類生活在自然界中，與周圍的生物作“鄰居”，這些生物各種各樣的奇異本領，吸引著人們去想像和模仿。人類運用其觀察、思維和設計能力，開始了對生物的模仿，並通過創造性的勞動，製造出簡單的工具，增強了自己與自然界鬥爭的本領和能力。
人類最初使用的工具——木棒和石斧，無疑是使用的天然木棒和天然石塊；骨針的使用，無疑是魚刺的模仿……所有這些工具的創造、生活方式的選擇都不能說是人類憑空想像出來的，只能說是對自然中存在的物質及某種構成方式的直接模擬，是人類初級創造階段，也可以說是仿生設計的起源和雛形，它們雖然是比較粗糙的、表面的，但卻是我們今天得以發展的基礎。
在中國，早就有著模仿生物的事例。相傳在公元前三千多年，我們的祖先有巢氏模仿鳥類在樹上營巢，以防禦猛獸的傷害；四千多年前，我們的祖先“見飛蓬轉而知為車”，即見到隨風旋轉的飛蓬草而發明輪子，做有裝成輪子的車。古代廟宇中大殿之前的山門的建造，就其建築結構來看，頗有點像大象的架勢，柱子又圓又粗，仿佛像大象的腿。
中國古代勤勞勇敢的勞動人民對於絢麗的天空、翱翔的蒼鷹早就有著各種美妙的幻想。根據秦漢時期史書記載，兩千多年前，我國人民就發明了風箏，並且套用于軍事聯絡。春秋戰國時代，魯國匠人魯班，本名公輸般，首先開始研製能飛的木鳥；並且他從一種能劃破皮膚的帶齒的草葉得到啟示而發明了鋸子。據《杜陽雜編》記載，唐朝有個韓志和，“善雕木作鸞、鶴、鴉、鵲之狀，飲啄動靜與真無異，以關戾置於腹內，發之則凌雲奮飛，可高達三丈至一二百步外，始卻下。”西漢時期，有人用鳥的羽毛做成翅膀，從高台上飛下來，企圖模仿鳥的飛行。以上幾例，足以說明我國古代勞動人民對鳥類的撲翼和飛行，進行了細緻的觀察和研究，這也是最早的仿生設計活動之一。明代發明的一種火箭武器“神火飛鴉”，也反映了人們向鳥類借鑑的願望。
中國古代勞動人民對水生動物——魚類的模仿也卓有成效。通過對水中生活的魚類的模仿，古人伐木鑿船，用木材做成魚形的船體，仿照魚的胸鰭和尾鰭製成雙槳和單櫓，由此取得水上運輸的自由。後來隨製作水平提高而出現的龍船，多少受到了不少動物外形的影響。古代水戰中使用的火箭武器 “火龍出水”，多少有點模仿動物的意思。以上事例說明，我國古代勞動人民早期的仿生設計活動，為開發我國光輝燦爛的古代文明，創造了非凡的業績。 外國的文明史上，大致也經歷了相似的過程。在包含了豐富生產知識的古希臘神話中，有人用羽毛和蠟做成翅膀，逃出迷宮；還有泰爾發明了鋸子，傳說這是從魚背骨和蛇的齶骨的形狀受到啟示而創造出來的。十五世紀時，德國的天文學家米勒製造了一隻鐵蒼蠅和一隻機械鷹，並進行了飛行表演。
一八ОΟ年左右，英國科學家、空氣動力學的創始人之一—凱利，模仿鱒魚和山鷸的紡錘形，找到阻力小的流線型結構。凱利還模仿鳥翅設計了一種機翼曲線，對航空技術的誕生起了很大的促進作用。同一時期，法國生理學家馬雷，對鳥的飛行進行了仔細的研究，在他的著作《動物的機器》一書中，介紹了鳥類的體重與翅膀面積的關係。德國人亥姆霍茲也從研究飛行動物中，發現飛行動物的體重與身體的線度的立方成正比。亥姆霍茲的研究指出了飛行物體身體大小的局限。人們通過對鳥類飛行器官的詳細研究和認真的模仿，根據鳥類飛行機構的原理，終於製造了能夠載人飛行的滑翔機。
後來，設計師又根據鶴的體態設計出了掘土機的懸臂，在一戰期間，人們從毒氣戰倖存的野豬身上中獲得啟示，模仿野豬的鼻子設計出了防毒面具。在海洋中浮沉靈活的潛水艇又是運用了哪些原理？雖然我們無據考察潛艇設計師在設計潛艇時是否請教了生物界，但是不難構想，設計師一定懂得魚鰾是魚類用來改變身體同水的比重，使之能在水中沉浮的重要器官。青蛙是水陸兩棲動物，體育工作者就是認真研究了青蛙在水中的運動姿勢，總結出一套既省力、又快速的游泳動作——蛙泳。另外，為潛水員製作的蹼，幾乎完全按照青蛙的後肢形狀做成，這就大大提高了潛水員在水中的活動能力。
仿生設計發展
到了近代，生物學、電子學、動力學等學科的發展亦促進了仿生設計學的發展。以飛機的產生為例：在經過無數次模仿鳥類的飛行失敗後，人們通過不泄的努力，終於找到了鳥類能夠飛行的原因：鳥的翅膀上彎下平，飛行時，上面的氣流比下面的快，由此形成下面的壓力比上面的大，於是翅膀就產生了垂直向上的升力，飛的越快，升力越大1852年，法國人季法兒發明了氣球飛船；1870年，德國人奧托.利連塔爾製造了第一架滑翔機。利連塔爾是十九世紀末的一位具有大無畏冒險精神的人，他望著家鄉波美拉尼亞的鸛用笨拙的翅膀從他房頂上飛過，他堅信人能飛行。1891年，他開始研製一種弧形肋狀蝙蝠翅膀式的單翼滑翔機，自己還進行試飛；此後五年，他進行了2000多次滑翔飛行，並同鳥類進行了對比研究，提供了很有價值的資料。資料證明：氣流流經機翼上部曲面所走路程，比氣流流經機翼下平直表面距離較長，因而也較快，這樣才能保證氣流在機翼的後緣點匯合；上部氣流由於走的較快，它就較為稀薄，從而產生強大吸力，約占機翼升力的三分之二大小；其餘的升力來自翼下氣流對機翼的壓力。
19世紀末，內燃機的出現，給了人類有史以來一直夢寐以求的東西：翅膀。不用說這種翅膀是笨拙的、原始的和不可靠的，然而這卻是使人類能隨風伴鳥一起飛翔的翅膀。
萊特兄弟發明了真正意義上的飛機。在飛機的設計製作過程中，怎樣使飛機拐彎和怎樣使它穩定一直困繞著他們。為此，萊特兄弟又研究了鳥的飛行。例如，他們研究鶙鵳怎樣使一隻翅膀下落，靠轉動這隻下落的翅膀保持平衡；這隻翅膀上增大的壓力怎樣使鶙鵳保持穩定和平衡。這兩個人給他們的滑翔機裝上翼梢副翼進行這些實驗，由地面上的人用繩控制，使之能轉動或彎翹。他們的第二個成功的實驗是用操縱飛機後部一個可轉動的方向舵來控制飛機的方向，通過方向舵使飛機向左或向右轉彎。
後來，隨著飛機的不斷發展，它們逐漸失去了原來那些笨重而難看的體形，它們變的更簡單，更加實用。機身和單曲面機翼都呈現出象海貝、魚和受波浪沖洗的石頭所具有的自然線條。飛機的效率增加了，比以前飛的更快，飛的更高。到了現代，科學高度發展但環境破壞、生態失衡、能源枯竭，人類意識到了重新認識自然，探討與自然更加和諧的生存方式的高度緊迫感，亦認識到仿生設計學對人類未來發展的重要性。特別是一九六Ο年秋，在美國俄亥俄州召開了第一次仿生學討論會，成為仿生學的正式誕生之日。
此後，仿生技術取得了飛躍的發展，並獲得了廣泛的套用。仿生設計亦隨之獲得突飛猛進的發展，一大批仿生設計作品如智慧型機器人、雷達、聲納、人工臟器、自動控制器、自動導航器等等應運而生。
近代，科學家根據青蛙眼睛的特殊構造研製了電子蛙眼，用於監視飛機的起落和跟蹤人造衛星；根據空氣動力學原理仿照鴨子頭形狀而設計的高速列車；模仿某些魚類所喜歡的聲音來誘捕魚的電子誘魚器；通過對螢火蟲和海蠅地發光原理的研究，獲得了化學能轉化為光能的新方法，從而研製出化學螢光燈等等。
仿生設計學在對生物體幾何尺寸及其外形的模仿同時，還通過研究生物系統的結構、功能、能量轉換、信息傳遞等各種優異特徵，並把它運用到技術系統中，改善已有的工程設備，並創造出新的工藝、自動化裝置、特種技術元件等技術系統；同時仿生設計學為創造新的科學技術裝備、建築結構和新工藝提供原理、設計思想或規劃藍圖，亦為現代設計的發展提供了新的方向，並充當了人類社會與自然界溝通信息的“紐帶”。
對人腦的探索，可以展望未來的電子計算機有可能具有生物原理的功能。同它相比，電子計算機只能作為算盤。
對植物光合作用的研究，將為延長人類的壽命、治療疾病提供一個嶄新的醫學發展途徑對生物體結構和形態的研究，有可能使未來的建築、產品改變模樣。使人們從“城市”這個人造物理環境中重新回歸“自然”。
信天翁是一種海鳥，它具有淡化海水的器官——“去鹽器”。對其“去鹽器”的結構及其工作原理的研究，可以啟發人們去改善舊的或創造出新的海水淡化裝置。
白蟻能把吃下去的木質轉化為脂肪和蛋白質，對其機理的研究，將會對人工合成這些物質有所啟發。
同時仿生設計亦可對人類的生命和健康造成巨大的影響。例如人們可以通過仿生技術，設計製造製造出人造器官，如血管、腎、骨膜、關節、食道、氣管、尿道、心臟、肝臟、血液、子宮、肺、胰、眼、耳以及人工細胞。專家預測，在本世紀中後期，除腦以外人的所有器官都可以用人工器官代替。例如，模擬血液的功能，可以製造、傳遞養料及廢物，並能與氧氣及二氧化碳自動結合併分離的液態碳氫化合物人工血；模擬腎功能，用多孔纖維增透膜製成血液過濾器，也就是人工腎；模擬肝臟，根據活性碳或離子交換樹脂吸附過濾有毒物質，製成人工肝解毒器；模擬心臟功能，用血液和單嚮導通驅動裝置，組成人工心臟自動循環器。 隨著對宇宙的開發、認識，又將使人類不但認識宇宙中新形式的生命，而且將為人類提供嶄新的設計，創造出地球上前所未有的新的裝置……
形態仿生
自然界中有各種各樣的生物，都有自己獨特的形態特徵，如蝴蝶翅膀上那精美的圖案、駱駝高高的駝峰、大象長長的鼻子笨拙沉重的體態等。各種形態既有區別又有共性，例如同科的種子植物就具有根、莖、葉等共同特徵，但同樣是葉子，生活環境不同,它們葉子的大小形態也不同,生活在南方多雨環境中的植物,如椰子,油棕等,它們葉子又寬又大,這樣使植物可以充分吸收陽光,調節體內水分的含量,而在寒冷或者乾旱地區生長的植物,如油松,楊樹,仙人掌,光棍樹,麻黃等,它們的葉片很小,有的甚至退化成了針狀,用以減少風沙危害和水分蒸發,使植物更好的適應生存環境。站在設計的角度，我們要善於歸納各種生物的形態特徵，才能進行形態的仿生設計。
根據模仿逼真度的不同，我們把形態仿生分為具象仿生和抽象仿生。
具象仿生，它是一種對模仿對象外在特徵的直接模仿與借鑑，以追求設計作品與模仿對象之間外形特徵的形式相似性為主要目標的設計手法。具象一般是指人物、動物、植物、風景、靜物等客觀存在的形態，是根據視覺經驗可以識別、辨別的形體，因此，具象仿生強調的是一目了然式的識別性與認同感，基本上模仿對象的全部主要特徵，使產品的形態具有情趣，活潑可愛。這種方式多運用在玩具、工藝品、簡單的日常生活用品的設計中。
抽象仿生，它是一種對模仿對象的內在神韻或外在形象特徵進行提煉、概括的基礎上的模仿與借鑑，強調的是神似，甚至是在似與不似之間的微妙把握。
抽象仿生的形態具有高度的簡化性和概括性，在研究形態時，設計者從知覺和心理角度將形象特徵進行提煉、概括，再通過形態抽象變化，用點、線、面的組合來再現模仿對象。因此，在形態上表現出簡化性和概括性。這種形態的簡化性和概括性，正好吻合現代工業產品的要求，因此，它大量的套用於現代產品設計。
抽象仿生的形態具有豐富的聯想性和想像性，抽象仿生形態作用於人時，產生的“心理”形態需要生活經驗的積累，經過聯想和想像才浮現在腦海中。因此，它充分地釋放了人無限想像力。同時因人的生活經驗不同，因此經過個人主觀喜好聯想產生的“心形”也不盡相同，產生形態生命活力的感受自然豐富多彩。
同一具象形態的抽象形態具有多樣性，設計者在對同一具象形態進行抽象化的過程中，由於生活經驗、抽象方式方法以及表現手法不同，因此抽象化所得到的形態有較大的差異，呈現出豐富多樣性的特徵。
功能仿生
地球上的各種生物，在幾百萬年的進化過程中，擁有了適應環境的各種功能，而且其進化程度接近完美。人類模仿生物的功能進行物質改良與創新是一種常用的方法。近代，科學家根據蜻蜓的飛行原理研製成功了直升飛機；根據青蛙眼睛的特殊構造研製了電子蛙眼，用於監視飛機的起落和跟蹤人造衛星；根據螢火蟲和海蠅的發光原理，獲得了化學能轉化為光能的新方法，從而研製出化學螢光燈；再如仿昆蟲單複眼的構造特點，製造出大螢幕模組化彩電和複眼照相機；仿狗鼻子嗅覺功能，製造出電子鼻，可以檢測出極其微量的有毒氣體等等令人驚嘆的創造。
功能仿生主要是研究生物體和自然界物質存在的功能原理，深入分析生物原形的功能與構造、功能與形態的關係，綜合表現在產品形態設計中的方法。
結構仿生
自然界中，很多生物都具有一定的強度、剛度和穩定性的結構，很多結構關係如：一面蜘蛛網、一隻蛋殼、一個蜂巢，看似弱小，有時卻能承受很大的外力，或抵禦強大的風暴。這些巧妙合理的結構關係正逐步被給人們所認識和利用。植物的果實擔負著延續種族的任務，億萬年的進化使其果實多呈圓形。圓的外形使它們在較小的空間占用最大的體積來存貯營養，同時使它們對外界的壓力如風力等有較大的抵抗力。如花生、核桃等還有著堅硬的外殼，可以保護裡面相對嬌嫩的果仁。同樣地，動物也具有對自然力的適應性，如蛋殼、烏龜殼和貝殼等，都巧妙利用了一定的力學原理。如果你握住一個雞蛋，即使加力擠壓，也很難把它弄破。原來蛋殼的拱形結構與其表面的彈性膜一起構成了預應力結構，在工程上稱為薄殼結構。自然界中巧妙的薄殼結構具有各種不同形狀的彎曲表面，不僅外形美觀，還能夠承受相當大的壓力。在建築工程上，人們已廣泛採用這種結構，如大樓的圓形屋頂、模仿貝類製造的商場頂蓋等。
動物界中，辛勤的蜜蜂被稱為昆蟲世界裡的建築工程師。它們用蜂蠟建築的蜂巢的結構由一個個排列整齊的六稜柱形小蜂房組成，每個小蜂房的底部由3個相同的菱形組成，具有結構穩定、用料省和強度高等優點。人們仿其構造用各種材料製成蜂巢式夾層結構板，強度大、重量輕、不易傳導聲和熱，是建築及製造太空梭、宇宙飛船、人造衛星等的理想材料。
結構仿生主要是研究生物體和自然界物質存在的內部結構原理在設計中的套用問題，通過研究生物整體或部分的構造組織方式，發現其與產品的潛在相似性進而對其模仿，以創造新的形態或解決新的問題。研究最多的是植物的莖、葉以及動物形體、肌肉、骨骼的結構。因為是在結構原理上的仿生，其仿生借鑑的主要是對象的內在特徵，對產品外在造型特徵的影響有時非常明顯，有時又不是很明顯。例如：鏟土機的機械臂的工作原理就是模仿螳螂的前臂的結構，實現可以自由伸縮的功能，產品的形態上也留下了直接仿生痕跡。又如：豆莢的結構為人們所熟悉，設計師巧妙的將豆莢一分為二，放大比例關係，設計成一個可愛的果盤，形態逼真而直接。
色彩仿生
色彩是最抽象的語言，當代美國視覺藝術心理學家布魯莫(Carolyn Bloomer)說：“色彩喚起各種情緒，表達感情，甚至影響我們正常的生理感受。”在產品設計上，色彩不僅具備審美性和裝飾性，還具備象徵性的符號意義。作為首要的視覺審美要素，色彩深刻地影響著人們的視覺感受和心理情緒。人類對色彩的感覺最強烈、最直接，印象也最深刻。色彩對產品意境的形成有很重要的作用，在設計中色彩與具體的形相結合，使產品更具生命力。
自然界中存在著千姿百態的色彩組合，在這些組合中大量的色彩表現得極其和諧與統一，體現出色彩理論中的各種對比與調和關係，並經過不斷的進化適合物種生存的需要。色彩仿生是指通過研究自然界生物系統的優異色彩功能和形式，並將其運用到產品形態設計中。
色彩的掩護作用是一種光學上的掩飾，一種遲緩獲取視覺信息的欺騙性偽裝。自然界中有很多動物如樹葉蝶能隨環境的變化迅速改變體色來保護自己的安全，色彩的這種保護、偽裝作用首先被人類借鑑於國防工業，陸軍的“迷彩服”就是很好的例子，綠色或黃褐色斑點與野戰中周圍的環境色近似，起到掩護主體對象不易被敵方發現，提高安全性的目的。
用途與套用
蝙蝠和雷達：蝙蝠的嘴巴和鼻子上長著一個怪異的“鼻狀葉”結構，周圍還有皮膚“皺紋”，這些組成了一種奇特的超音波裝置，當蝙蝠發射超音波的時候，超音波碰到飛舞的昆蟲就能立刻反射回來，這時，蝙蝠就知道：周圍有吃的了。它們只需要快速地行動起來，就能美美地飽餐一頓。蝙蝠的這種本領叫做“回聲定位”。在第一次世界大戰期間，人們根據蝙蝠的“回聲定位”原理髮明了雷達，雷達能及時探測出敵機的方位和距離，以便發出警報，然後進行狙擊。來自英國利茲大學的研究人員大膽地進行了嘗試。他們研製成功一種“蝙蝠拐杖”，這種特殊的拐杖能發出一種人耳聽不見的聲吶波，通過震動的強弱，幫助盲人探測障礙物的遠近。
蒼蠅和照相機：蒼蠅的一隻複眼是由4000多隻小眼組成的，這些小眼睛組成一個蜂窩一樣的形狀堆積在蒼蠅的頭兩邊。複眼對蒼蠅的生活來說可重要了，蒼蠅身上的許多部分都是與複眼直接相連，複眼看到目標之後，蒼蠅就立刻出動，乾起新的壞事。可別小看蒼蠅的複眼，它們觀察物體比我們人類還要仔細和全面。每秒鐘閃爍60次的日光燈，你也許根本無法察覺，可是蒼蠅卻能夠不費吹灰之力地看出來。人類對蒼蠅眼睛的研究至今，收藏非常豐富。人類對蒼蠅眼睛的研究至今，收穫非常豐富。美國人根據蒼蠅複眼的原理髮明了“蠅眼”航空照相機，這種照相機一次能拍攝1000多張高清晰照片。天文學也有一種叫做“蠅眼”的光學儀器，這是一種在無月光的夜晚也能夠探測到空氣簇射光線的儀器。這種儀器的多鏡面光學系統正是根據蒼蠅複眼的結構設計的。
蝴蝶和防偽紙幣：科學家通過研究大鳳蝶發現其翅膀顏色本來是黃色和藍色的，但是，在一般人看起來，它卻是綠色的，這是為什麼呢？原來科學家發現在顯微鏡下：蝴蝶翅膀上有很多很小的下凹的小坑，小坑底是黃色的，而坑的斜坡上是藍色的，當陽光照射在蝴蝶翅膀上的時候，由於發生光的折射作用，人眼看到的蝴蝶翅膀上的時候，由於發生光的折射作用，人眼看到的蝴蝶就是綠色的。根據這個現象，人們在紙幣或信用卡上也設定了許多小坑，這樣，無論假幣有多么逼真，都難逃光學設備的“法眼”。
螢火蟲和人工冷光：螢火蟲的發光器擁有幾千個發光細胞，它們都含有螢光素和螢光酶兩種物質。螢火蟲的發光，實質上是把這兩種物質的化學能轉變成光能的過程，這其中要有氧氣的參加。螢火蟲呼吸的時候，如果氧氣越充分，那么螢火素和螢火酶結合之後的複雜變化就會越劇烈，螢火蟲發出的光就越強烈。科學家用化學方法人工合成了螢光素。由螢光素和水等一些物質混合而成的生物光源，可在充滿爆炸性瓦斯的礦井中充當閃光燈，這種光不會引爆瓦斯。
發展歷史
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。生物界有著種類繁多的動植物及物質存在，它們在漫長的進化過程中，為了求得生存與發展，逐漸具備了適應自然界變化的本領。人類生活在自然界中，與周圍的生物作“鄰居”，這些生物各種各樣的奇異本領，吸引著人們去想像和模仿。人類運用其觀察、思維和設計能力，開始了對生物的模仿，並通過創造性的勞動，製造出簡單的工具，增強了自己與自然界鬥爭的本領和能力。
人類最初使用的工具——木棒和石斧，無疑是使用的天然木棒和天然石塊；骨針的使用，無疑是魚刺的模仿……所有這些工具的創造、生活方式的選擇都不能說是人類憑空想像出來的，只能說是對自然中存在的物質及某種構成方式的直接模擬，是人類初級創造階段，也可以說是仿生設計的起源和雛形，它們雖然是比較粗糙的、表面的，但卻是我們今天得以發展的基礎。
在中國，早就有著模仿生物的事例。相傳在公元前三千多年，我們的祖先有巢氏模仿鳥類在樹上營巢，以防禦猛獸的傷害；四千多年前，我們的祖先“見飛蓬轉而知為車”，即見到隨風旋轉的飛蓬草而發明輪子，做有裝成輪子的車。古代廟宇中大殿之前的山門的建造，就其建築結構來看，頗有點像大象的架勢，柱子又圓又粗，仿佛像大象的腿。
中國古代勤勞勇敢的勞動人民對於絢麗的天空、翱翔的蒼鷹早就有著各種美妙的幻想。根據秦漢時期史書記載，兩千多年前，我國人民就發明了風箏，並且套用于軍事聯絡。春秋戰國時代，魯國匠人魯班，本名公輸般，首先開始研製能飛的木鳥；並且他從一種能劃破皮膚的帶齒的草葉得到啟示而發明了鋸子。據《杜陽雜編》記載，唐朝有個韓志和，“善雕木作鸞、鶴、鴉、鵲之狀，飲啄動靜與真無異，以關戾置於腹內，發之則凌雲奮飛，可高達三丈至一二百步外，始卻下。”西漢時期，有人用鳥的羽毛做成翅膀，從高台上飛下來，企圖模仿鳥的飛行。以上幾例，足以說明我國古代勞動人民對鳥類的撲翼和飛行，進行了細緻的觀察和研究，這也是最早的仿生設計活動之一。明代發明的一種火箭武器“神火飛鴉”，也反映了人們向鳥類借鑑的願望。
中國古代勞動人民對水生動物——魚類的模仿也卓有成效。通過對水中生活的魚類的模仿，古人伐木鑿船，用木材做成魚形的船體，仿照魚的胸鰭和尾鰭製成雙槳和單櫓，由此取得水上運輸的自由。後來隨製作水平提高而出現的龍船，多少受到了不少動物外形的影響。古代水戰中使用的火箭武器 “火龍出水”，多少有點模仿動物的意思。以上事例說明，我國古代勞動人民早期的仿生設計活動，為開發我國光輝燦爛的古代文明，創造了非凡的業績。 外國的文明史上，大致也經歷了相似的過程。在包含了豐富生產知識的古希臘神話中，有人用羽毛和蠟做成翅膀，逃出迷宮；還有泰爾發明了鋸子，傳說這是從魚背骨和蛇的齶骨的形狀受到啟示而創造出來的。十五世紀時，德國的天文學家米勒製造了一隻鐵蒼蠅和一隻機械鷹，並進行了飛行表演。
一八ОΟ年左右，英國科學家、空氣動力學的創始人之一—凱利，模仿鱒魚和山鷸的紡錘形，找到阻力小的流線型結構。凱利還模仿鳥翅設計了一種機翼曲線，對航空技術的誕生起了很大的促進作用。同一時期，法國生理學家馬雷，對鳥的飛行進行了仔細的研究，在他的著作《動物的機器》一書中，介紹了鳥類的體重與翅膀面積的關係。德國人亥姆霍茲也從研究飛行動物中，發現飛行動物的體重與身體的線度的立方成正比。亥姆霍茲的研究指出了飛行物體身體大小的局限。人們通過對鳥類飛行器官的詳細研究和認真的模仿，根據鳥類飛行機構的原理，終於製造了能夠載人飛行的滑翔機。
後來，設計師又根據鶴的體態設計出了掘土機的懸臂，在一戰期間，人們從毒氣戰倖存的野豬身上中獲得啟示，模仿野豬的鼻子設計出了防毒面具。在海洋中浮沉靈活的潛水艇又是運用了哪些原理？雖然我們無據考察潛艇設計師在設計潛艇時是否請教了生物界，但是不難構想，設計師一定懂得魚鰾是魚類用來改變身體同水的比重，使之能在水中沉浮的重要器官。青蛙是水陸兩棲動物，體育工作者就是認真研究了青蛙在水中的運動姿勢，總結出一套既省力、又快速的游泳動作——蛙泳。另外，為潛水員製作的蹼，幾乎完全按照青蛙的後肢形狀做成，這就大大提高了潛水員在水中的活動能力。
仿生設計發展
到了近代，生物學、電子學、動力學等學科的發展亦促進了仿生設計學的發展。以飛機的產生為例：在經過無數次模仿鳥類的飛行失敗後，人們通過不泄的努力，終於找到了鳥類能夠飛行的原因：鳥的翅膀上彎下平，飛行時，上面的氣流比下面的快，由此形成下面的壓力比上面的大，於是翅膀就產生了垂直向上的升力，飛的越快，升力越大1852年，法國人季法兒發明了氣球飛船；1870年，德國人奧托.利連塔爾製造了第一架滑翔機。利連塔爾是十九世紀末的一位具有大無畏冒險精神的人，他望著家鄉波美拉尼亞的鸛用笨拙的翅膀從他房頂上飛過，他堅信人能飛行。1891年，他開始研製一種弧形肋狀蝙蝠翅膀式的單翼滑翔機，自己還進行試飛；此後五年，他進行了2000多次滑翔飛行，並同鳥類進行了對比研究，提供了很有價值的資料。資料證明：氣流流經機翼上部曲面所走路程，比氣流流經機翼下平直表面距離較長，因而也較快，這樣才能保證氣流在機翼的後緣點匯合；上部氣流由於走的較快，它就較為稀薄，從而產生強大吸力，約占機翼升力的三分之二大小；其餘的升力來自翼下氣流對機翼的壓力。
19世紀末，內燃機的出現，給了人類有史以來一直夢寐以求的東西：翅膀。不用說這種翅膀是笨拙的、原始的和不可靠的，然而這卻是使人類能隨風伴鳥一起飛翔的翅膀。
萊特兄弟發明了真正意義上的飛機。在飛機的設計製作過程中，怎樣使飛機拐彎和怎樣使它穩定一直困繞著他們。為此，萊特兄弟又研究了鳥的飛行。例如，他們研究鶙鵳怎樣使一隻翅膀下落，靠轉動這隻下落的翅膀保持平衡；這隻翅膀上增大的壓力怎樣使鶙鵳保持穩定和平衡。這兩個人給他們的滑翔機裝上翼梢副翼進行這些實驗，由地面上的人用繩控制，使之能轉動或彎翹。他們的第二個成功的實驗是用操縱飛機後部一個可轉動的方向舵來控制飛機的方向，通過方向舵使飛機向左或向右轉彎。
後來，隨著飛機的不斷發展，它們逐漸失去了原來那些笨重而難看的體形，它們變的更簡單，更加實用。機身和單曲面機翼都呈現出象海貝、魚和受波浪沖洗的石頭所具有的自然線條。飛機的效率增加了，比以前飛的更快，飛的更高。到了現代，科學高度發展但環境破壞、生態失衡、能源枯竭，人類意識到了重新認識自然，探討與自然更加和諧的生存方式的高度緊迫感，亦認識到仿生設計學對人類未來發展的重要性。特別是一九六Ο年秋，在美國俄亥俄州召開了第一次仿生學討論會，成為仿生學的正式誕生之日。
此後，仿生技術取得了飛躍的發展，並獲得了廣泛的套用。仿生設計亦隨之獲得突飛猛進的發展，一大批仿生設計作品如智慧型機器人、雷達、聲納、人工臟器、自動控制器、自動導航器等等應運而生。
近代，科學家根據青蛙眼睛的特殊構造研製了電子蛙眼，用於監視飛機的起落和跟蹤人造衛星；根據空氣動力學原理仿照鴨子頭形狀而設計的高速列車；模仿某些魚類所喜歡的聲音來誘捕魚的電子誘魚器；通過對螢火蟲和海蠅地發光原理的研究，獲得了化學能轉化為光能的新方法，從而研製出化學螢光燈等等。
仿生設計學在對生物體幾何尺寸及其外形的模仿同時，還通過研究生物系統的結構、功能、能量轉換、信息傳遞等各種優異特徵，並把它運用到技術系統中，改善已有的工程設備，並創造出新的工藝、自動化裝置、特種技術元件等技術系統；同時仿生設計學為創造新的科學技術裝備、建築結構和新工藝提供原理、設計思想或規劃藍圖，亦為現代設計的發展提供了新的方向，並充當了人類社會與自然界溝通信息的“紐帶”。
對人腦的探索，可以展望未來的電子計算機有可能具有生物原理的功能。同它相比，電子計算機只能作為算盤。
對植物光合作用的研究，將為延長人類的壽命、治療疾病提供一個嶄新的醫學發展途徑對生物體結構和形態的研究，有可能使未來的建築、產品改變模樣。使人們從“城市”這個人造物理環境中重新回歸“自然”。
信天翁是一種海鳥，它具有淡化海水的器官——“去鹽器”。對其“去鹽器”的結構及其工作原理的研究，可以啟發人們去改善舊的或創造出新的海水淡化裝置。
白蟻能把吃下去的木質轉化為脂肪和蛋白質，對其機理的研究，將會對人工合成這些物質有所啟發。
同時仿生設計亦可對人類的生命和健康造成巨大的影響。例如人們可以通過仿生技術，設計製造製造出人造器官，如血管、腎、骨膜、關節、食道、氣管、尿道、心臟、肝臟、血液、子宮、肺、胰、眼、耳以及人工細胞。專家預測，在本世紀中後期，除腦以外人的所有器官都可以用人工器官代替。例如，模擬血液的功能，可以製造、傳遞養料及廢物，並能與氧氣及二氧化碳自動結合併分離的液態碳氫化合物人工血；模擬腎功能，用多孔纖維增透膜製成血液過濾器，也就是人工腎；模擬肝臟，根據活性碳或離子交換樹脂吸附過濾有毒物質，製成人工肝解毒器；模擬心臟功能，用血液和單嚮導通驅動裝置，組成人工心臟自動循環器。 隨著對宇宙的開發、認識，又將使人類不但認識宇宙中新形式的生命，而且將為人類提供嶄新的設計，創造出地球上前所未有的新的裝置……
