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春秋时期的鲁班依靠齿形草的形态特征，设计发明了锯齿，成为中国最早的仿生设计师之一。在西方国家，达芬奇于公元1500年，仿效鸟翼的仿生飞行，制作了一系列的飞行草稿和模型。到了工艺美术运动时期，拉金斯在其设计准则中提出：师承自然，从大自然中汲取营养, 而不是盲目地抄袭旧有的模式。20世纪前后，新艺术运动兴起，设计师们追求自然造物的根源，通过观察生物生长的内在过程，将自然形态作为设计元素应用于当时的产品设计中。到了20世纪30年代，设计师们开始广泛尝试原本只用于汽车、船艇等设计的“流线型”，而“流线型”本身就源自于鱼、鸟、猎豹等可以快速流畅地移动的生物。

1958年，仿生学概念由美国斯蒂尔博士第一次提出。1960年9月，召开了第一次仿生学会议，标志着一门独立的学科——仿生学，于此正式建立。仿生学作为产品外形仿生设计的基础，以模仿生物系统的功能原理和行为特征来构造技术系统，将自然、社会中优越的系统性能应用到人造系统中去，提高产品设计中的外形、功能、结构等设计要素。由此，仿生学在产品设计领域的应用也随之而生。

1988年的德国，被认为是仿生设计的发源地，在此举行的首届国际仿生设计研讨会，标志着仿生设计的全面兴起，也标志着仿生设计开始在现代设计领域占有一席之地。在此次会议中，学者们就“生命与形态”、“功能与形态”两个主题展开了对自然社会的探索，会议研讨成果极大地促进了仿生设计的发展，也对今后工业设计领域的发展方向产生了一定的影响。工业设计是一门既关注产品功能又需兼顾产品外形的设计类学科，这一特点正好与仿生学的内涵相契合。

自然界绚丽多姿的生物外形及其经历几百万年演化的优越稳定的生物系统，都将是产品创新设计浑然天成且源源不断的灵感来源，为产品创新设计提供了新的设计方法和思路，提升了产品的内涵价值。基于此，产品外形仿生设计开始了其新的征程，在不断探索创新的过程中，结合时代发展的新形式、新内涵，不断发展。

浙江大学的罗仕鉴教授团队在《机械工程学报》2018年21期发表了《产品外形仿生设计研究现状与进展》一文，该团队通过对国内外相关文献的研究，论述了产品外形仿生设计的相关概念，分析了产品外形仿生设计在形态仿生、功能仿生、结构仿生、肌理仿生、色彩仿生、意象仿生领域的发展，针对已有的产品外形仿生设计案例，提出了“自上而下”和“自下而上”两种设计过程，罗列了产品外形仿生设计中的主要方法。在产品外形仿生设计研究方法方面，提出了产品外形仿生设计的本体层、行为层和价值层三个层次模型，系统地探讨了产品外形仿生设计生物外形本征提取、产品外形设计与表达、生物外形本征与产品外形的融合三个方面的研究内容与体系结构，以及关键技术和存在的问题。针对仿生设计与信息技术的融合发展，该团队为读者们归纳总结了产品外形仿生设计的研究热点和发展趋势。

重要结论

这是一个崇敬自然的时代，仿生正是人类师法自然、学习万物的重要途径。仿生设计学同时具有设计学的特点和仿生学的特点，但它又不同于这两门学科，仿生设计学具备艺术性、科学性、商业性、学科知识的综合性、学科的交叉性，这些特征是单纯的仿生学或者设计学所不具备的。产品外形仿生设计不仅在工业设计领域是一种行之有效创新方法，可以指导产品的设计与研究；教育领域，在仿生设计思维的积极影响下，学生将设计知识与其他学科领域有效整合，设计创新能力显著提高。

(1) 文章对国内外产品外形仿生设计的相关研究成果进行了总结和介绍，回顾了关于仿生设计的基本概念及其在形态、功能、结构、色彩、肌理、意象等方面的仿生应用，对产品外形仿生设计的研究方法及其关键技术进行了分析综述。

(2) 目前产品外形仿生设计的研究还显得不足，由此提出了生物外形本征提取-产品外形设计表达-生物外形本征与产品外形融合的研究思路；对如何进行生物仿生，即如何将生物界的形态、材质、结构等融入到产品建模中进行了探讨。

(3) 结合目前工业设计与信息技术的发展，讨论了产品外形仿生设计的研究热点和发展趋势，利用计算机技术，探求生物外形本征与产品外形融合合理有效的映射策略、产品外形仿生设计智能化学习与推理机制，结合自然生态，实现创新设计的可持续发展。

总体来说，目前对于产品外形仿生设计仍处于起步阶段，如何更好地将仿生应用于科研、商业、工业等领域，需要更加深入地探索自然、融合仿生。

主创简介

罗仕鉴，男，1974年出生，博士，教授，博士研究生导师。主要研究方向为用户体验与产品创新设计、计算机辅助工业设计、服务设计、人机工程与人机交互设计。

张宇飞(通信作者)，女，1990年出生，博士研究生。主要研究方向为用户体验与产品创新设计，仿生设计。

边泽，女，1992年出生，博士研究生。主要研究方向为用户体验与产品创新设计，仿生设计。

单萍，女，1994年出生，博士研究生。主要研究方向为用户体验设计，服务设计。

基金资助

国家自然科学基金资助项目(51675476，51175458)。

引用本文

罗仕鉴, 张宇飞, 边泽, 单萍. 产品外形仿生设计研究现状与进展[J]. 机械工程学报, 2018, 54(21): 138-155.

LUO Shijian, ZHANG Yufei, BIAN Ze, CHAN Ping. Status and Progress of Product Shape Bionic Design. Journal of Mechanical Engineering, 2018, 54(21): 138-155.

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