仿生设计理念在创意类服装中的应用研究

通过文献研究与案例分析法,探究了仿生设计理念在创意类服装设计中的具体表现形式及其应用。仿生设计理念在创意类服装设计中的应用不仅能够融合多样化的自然元素,同时将环保理念融入设计实践,为创意类仿生服装设计提供了丰富的灵感来源,并具有重要的实践价值与未来发展潜力。

生物医用支架仿生设计及在组织工程中的应用

背景:基于解剖学对生物组织功能与结构的认识,对于具有恢复、维持或改善组织功能的生物活性材料仿生设计是目前再生医学领域研究的热点。目的:从生物医用支架的机械性能、三维空间结构和生化活性对细胞行为的影响进行讨论,并综述生物医用支架在组织工程领域的应用。方法:应用计算机检索中国知网、万方、Web of Science、PubMed数据库2003年1月至2023年4月发表的文献,中文检索词为“细胞外基质,组织工程,支架,生物材料,仿生结构,机械性能,三维结构,腱骨界面,骨软骨,神经导管,人造血管”;英文检索词为“extracellular matrix,tissue engineering,scaffolds,biomimetic structures,biomaterials,tendon bone interfaces,osteochondral,neural conduits,artificial blood vessels”。结果与结论:细胞处在一个复杂且动态变化的三维环境中,因此细胞外基质是生物材料模拟的最终目标,在设计生物医用支架的仿生结构时需要与其所处真实的微环境相似,让细胞可以正常地贴壁、生长和迁移,并保持其多样的生理功能。生物医用支架在机械性能、三维空间结构以及生物化学性质方面对细胞外基质的仿生设计可以对组织修复过程中的细胞起到决定性作用,从而影响组织修复最后的结果。进行仿生设计的生物医用支架在腱骨界面、骨软骨界面、神经、血管再生等领域已有广泛的应用,在临床上提供了一个有前途的新思路。

MAX相陶瓷增强金属基复合材料:制备、性能与仿生设计

由于原子间存在共价键、金属键与离子键的混合键合状态,MAX相陶瓷兼具金属和陶瓷材料的性能特点,并且常与金属之间表现出良好的润湿性,有助于形成强界面结合,独特的层状原子结构使MAX相陶瓷表现出良好的断裂韧性、阻尼与自润滑性能。因此,作为金属基复合材料的增强相,MAX相陶瓷具有显著优势,本文着重介绍相关研究进展。目前,MAX相陶瓷增强金属基复合材料主要通过搅拌铸造、粉末冶金和熔体浸渗等途径制备,得到的复合材料表现出优于金属基体的强度、硬度与模量,同时还具备良好的耐磨、导电、抗电弧侵蚀等性能。此外,借助真空抽滤、冰模板等工艺可实现超细片状MAX相陶瓷粉体的择优定向排列,然后利用金属熔体浸渗多孔陶瓷骨架,可获得具有类贝壳结构的MAX相陶瓷增强金属基仿生复合材料,进一步提升材料的强韧性能。MAX相陶瓷增强金属基复合材料在承载、电接触等应用领域具有显著优势和广阔前景。

齿鲸声呐系统多频段声波定向调控功能的仿生设计与力学分析

目的声波作为水下唯一有效的信息载体,其指向性对水下通信探测有着十分重要的作用。齿鲸通过肌肉收缩调整声呐系统组分及构型对多频段信号进行定向调控以满足不同需求,如捕食定位(40~200 k Hz)、种群通讯(5~15 k Hz)与环境探索(0.25~1 k Hz)。然而,齿鲸声呐系统复杂的几何构型与生物组织分布难以人为制备。方法基于此,基于水声超材料来重现齿鲸类声呐系统的多频段声波定向调控功能。本研究通过在细长梁单侧排列接触块设计了一种具有“接触-失稳”双向变刚度的单胞,当单胞向接触块一侧偏转呈现为接触高刚度,向另一侧偏转则呈现为失稳低刚度,刚度差异使单胞在两种形态下的声学相位差为π。单胞的周围采用水凝胶作为基体,保证了单胞的柔性大变形与阻抗匹配。结果和结论通过设计加载模式实现对超材料刚度分布的主动控制,模拟齿鲸主动控制声呐系统的过程,实现对10、30、100 k Hz球面波不同距离的声聚焦。本研究不仅加深了对齿鲸类声呐系统机制的理解,同时采用外力主动调节单胞的声学属性,为多功能仿生柔性水声超材料提供了一种设计思路。

纤维复材仿生设计及曲面多点成形柔性制造研究进展

纤维复合材料凭借其比强度高、比模量大、可设计性强等特点,在航空航天、轨道交通等领域应用越来越广泛。随着对纤维复材构件性能需求的提高,通过调控材料成分实现纤维复合材料性能的提升已到瓶颈,且传统纤维复材构件的制造技术也难以满足“多品种、小批量”的纤维复材曲面构件精准成形的制造需求。针对这些问题,吉林大学“多点成形柔性智造”团队基于仿生设计理念,将自然界的生物结构特征应用于纤维复材构件的优化设计中,研发了仿螳螂虾螺旋纤维正弦结构层合板、仿螳螂虾玄武岩纤维增强夹层结构复合材料、仿生层压玄武岩纤维增强复合材料、双螺旋玄武岩纤维增强复合材料)、仿生双螺旋纤维金属层压板和仿生正弦波纹螺旋夹层结构蜂窝板,实现了材料性能的提高,并通过多点柔性成形技术成功制造了碳纤维复合材料机翼蒙皮,开发了复材曲面构件多点柔性精准成形新装备和新技术。

基于仿生设计理念下“荷语”陶瓷餐具设计

仿生设计是陶瓷设计中常用的形式,有将其运用在造型中,还有运用在器物装饰上。“荷语”陶瓷餐具设计是以人们熟知的荷来进行仿生设计的,荷叶整体外观像极了一个圆圈,造型上以荷叶外观圆形为主,装饰上主要以浅浮雕的方法来进行荷叶图案的雕刻,餐具整体运用淡雅的颜色,加以浅浮雕的图案来展现,给人一种恬静舒适的感觉,使人们在用餐的同时仿佛置身于微风徐来的荷塘池畔,憩于荷、一粥饭、一杯茶,紧绷的心灵也能得以松弛。

仿生设计在陶瓷马克杯造型中的应用研究

仿生设计原则应用于马克杯的外观和造型,能提高其功能性、美学价值和情感价值。本研究运用图像学、统计学等研究方法,对市面上的仿生设计马克杯产品进行分类、比较、分析、归纳,研究得出仿生设计在马克杯造型上的应用变化规律。本文主要从概念定义、造型的仿生元素来源、满足功能前提下的结构变异、工艺的加减法和元素的抽象化与具象化等方面进行研究。旨在揭示仿生设计在日用陶瓷马克杯设计中的内在规律。

基于仿生设计理念的武汉市蔡甸区高庙村公共厕所设计研究

近些年随着乡村振兴的快速发展,农民生活质量的不断提高,对农村公共设施的需求正不断提升。但当前大多数农村缺乏公共厕所,少数公共厕所又不够完善。基于仿生设计的方法,以武汉市蔡甸区高庙村的4座老旧公共厕所为调研对象,通过图表分析和数据对比,梳理出各种如厕痛点。采用荷叶、热干面、莲藕、玉米、武昌鱼、花生、西瓜等元素对高庙村公共厕所进行仿生设计。同时运用沼气化粪池、三格化粪池的粪便处理方式,对高庙村公共厕所进行无害化处理。开展农村公共厕所的设计应用探讨,势必提升农村公共卫生设施的建造水准。

生态美学视域下儿童家具的仿生设计与应用研究

从生态美学的视角出发,根据仿生学原理,探究基于生态美学视角意向仿生在儿童家具造型设计中的可能性。首先通过大量文献阅读,深入了解生态美学的审美定义,归纳总结出其基本的审美立场及原则;其次,以儿童家具为研究对象,探究仿生学在儿童家具中的基本原则及应用形式;再次,将生态美学的审美定义与儿童家具的仿生设计原则进行结合探究,得出其生态美学视域下儿童家具仿生设计的设计原则;最后基于原则展开设计实践及评价的研究,归纳总结出生态美学在儿童家具仿生设计实践构想。

基于仿生设计的乡村景观装置设计探究

在乡村景观空间特色趋同、场所精神缺失进而引发人们对当下乡村问题的重新审视之际,研析仿生性景观装置的设计案例、原则和策略,综合分析其对乡村景观质量提升的价值,指出仿生性景观装置介入乡村景观的意义。通过在微山县满口村的设计实践,试图通过景观装置激发人与乡土景观的深度共鸣,搭建人与自然的对话通道,以实现一种“自然生长”的景观形态。

仿生设计在纺织品中的应用方法研究

我国纺织业在完成了产能建设的发展阶段以后,伴随而来的是一个以消费者意志为转移的市场环境。随着经济体系的不断演化以及生产效率的提高,社会正在由服务经济时代向体验经济时代过渡,纺织品的设计开发手段更需着眼于功能性与多元取向的表达设计。文章探究了现代设计方法——仿生设计在纺织品设计中的应用价值,并论述了其在纺织品形态、色彩、肌理、功能中的具体设计方法。仿生概念内生式、多元化的设计思想可以推动纺织品设计行业持续的理念创新与设计输出,对纺织设计的发展具有实际的美学价值与经济意义。

力学仿生设计耦合力电转换的多孔钛合金支架制备及促成骨效应研究

目的设计制备力学仿生设计耦合力电转换的多孔钛合金支架并研究其成骨效应。方法通过有限元分析筛选孔隙结构仿生及应力分布均匀的结构模型,利用3D打印技术制备仿生多孔钛合金支架,于表面构建具有压电效应的钛酸钡涂层并进行极化处理,分别对多孔支架组(p Ti)、未极化钛酸钡涂层多孔支架组(p BT/Ti(unpoled))及极化钛酸钡涂层多孔支架组(p BT/Ti(unpoled))进行SEM、PFM、d33、XRD、等表征分析,活死细胞染色及CCK-8细胞增殖等生物相容性检测,体外茜素红染色、免疫荧光染色、westernblot、RT-PCR等成骨效应检测,并构建兔股骨髁骨缺损模型进行体内成骨效应分析。结果与传统桁架结构相比,Gyroid-sheet结构具有更均匀的应力分布、与骨类似的平均零曲率、适当的弹性模量和足够的抗压强度。支架表面构建的压电涂层具有良好的生物相容性。动态压力培养下,免疫荧光染色及RT-PCR结果提示p BT/Ti(poled)组成骨相关基因表达较p Ti组及p BT/Ti(unpoled)组均显著增加。体内实验中,Micro-CT及组织染色结果提示p BT/Ti(poled)组BV/TV、骨小梁量以及支架与骨界面骨整合均优于p Ti组。结论构建了基于Gyroid-sheet仿生结构的压电涂层力电耦合多孔钛合金支架,体内外实验证实其良好的成骨效果,为承重部位骨缺损修复提供了选择。

基于珍珠层和凤凰螺内部结构的混合仿生设计

融合多种生物材料内部结构的混合仿生结构设计是近年来兴起的一种材料强韧化设计新策略。采用碳纤维增强环氧树脂设计了一种由贝壳珍珠层“交错”结构和凤凰螺“交叉”结构融合而成的新型“交错-交叉”复合结构材料。实验和理论研究发现,珍珠层“交错”结构和凤凰螺“交叉”结构在内部载荷传递和应力分布调控方面存在显著差异,将两者进行简单混合将会导致局部应力集中,进而使材料性能劣化。通过优化该复合结构,提出了一种新型小角度连续纤维“交叉”叠层仿生结构,该结构能够优化材料内部的全场应力分布、抑制局部应力集中,形成延迟整体结构断裂失效的强韧化机制,有效解决材料性能的劣化问题。该研究结果有望为解决材料的强韧矛盾提供有益参考。

液滴输运功能表面的仿生设计与制备研究进展

液滴输运功能表面在绿色能源、医疗科技、新材料等领域具有重要应用,例如雾中淡水收集、药物靶向治疗等.自然界具有多种可实现液滴定向运输与定点转移的生物表面,为液滴输运功能表面的设计与制备提供了绝美的范例,已涌现出大量新颖的、巧妙的仿生设计研究成果,本文首先概括总结了自然界具有自发输运液滴的典型生物体功能表面,阐述了表征固体表面浸润性相关的基础理论;其次,综述了不同自驱动机制下液滴输运功能表面的仿生研究进展,对比分析了不同功能表面的液滴自驱动机理及影响因素;进一步分类阐述和分析了磁场、电场、温度场等外场调控实现液滴定向运输或定点转移功能表面的研究现状;最后归纳总结了此类仿生功能表面在实际工程中的应用,并对该方向的研究前景和发展趋势提出展望.

水下观测机器人波动鳍推进器仿生设计

为改善传统螺旋桨推进器噪声大、稳定性差及破坏性强的问题,对水下观测机器人仿生波动鳍进行研究。采用边缘提取算法和CT扫描法分析并提取线翎电鳗的形态和结构特征;设计两自由度的鳍条致动单元,重建仿生波动鳍的机械结构;通过流体动力学仿真试验,对比分析波动鳍的推进机制和性能,研究了推力的影响因素。结果表明:仿生波动鳍的平均阻力为3.88 N,小于长方体波动鳍,平均速度的峰谷差值比长方体波动鳍更小;推力系数与雷诺数及波长负相关,与波幅及波频正相关;在水速为0.2 m/s,波幅为60°,波长为217.5 mm,波频为4 Hz的条件下,平均推进力最大,达14.873 N。仿线翎电鳗波动鳍相对于传统波动鳍,阻力更小,速度更稳定,其形态设计和运动规律研究对水下观测机器人的发展具有一定价值和意义。

仿生设计与制造的性能研究

仿生设计是一种全新的设计思路与方法,经过优胜劣汰而选择自然界生物,其具有良好的结构和性能,这为科学技术的研究提供了一种新的设计思路。运用理论与案例相结合的思想,将简要介绍仿生设计与制造,包括汽车仿生设计、飞行器设计、传感器设计、陶瓷设计等方面,阐明其灵感来源与实现过程,以期促进现代科学的进一步发展。

仿生设计在现代家具设计中的应用及其发展形式探析

目的:德国知名设计大师路易吉·科拉尼曾深刻地陈述,“设计的根基应源于那些大自然生命所显现的真理”。仿生家具设计的目的是通过对自然的深入理解和模仿,创造出更具人性化、创新性和可持续性的家具,以满足当代社会对生活品质和设计美感不断提升的需求。方法:通过模仿自然的结构、形态和功能,设计出更符合人体工程学、更贴近自然环境的家具,从而创造出更舒适、宜居的生活空间。文章聚焦于当代家具设计,探讨仿生设计在现代家具领域的广泛应用。结果:仿生设计的精髓在于汲取自然界的美学和功能性元素,从而创造出既具有独特艺术价值又实用的家具作品。这种设计方法使家具不再仅仅是单一的实用工具,还是充满灵性和生命力的艺术品。结论:这种设计方法不是仅简单效仿自然,而是通过深入理解生态系统、生物结构和功能原理,将自然的智慧融入家具设计的方方面面,为人们创造出更符合生活需要、更具创意和美感的居住环境,促进可持续发展,实现人与自然和谐共生。

论紫砂艺术作品《容德壶》的仿生设计和人文内涵

从整体上来看这件紫砂艺术作品《容德壶》,我们能够看到许多的关于传统竹器的风格特征,因为宜兴天然的地理优势,江南多竹,紫砂匠人们也经常用竹子来装点自己的艺术空间,所以能够把竹子捏塑得更加栩栩如生,而且在长期的共同生长的过程之中,竹子精神也潜移默化地影响着更多的紫砂匠人,也让我们广大的壶友们能够更好地体会其中的精气神韵。

论紫砂艺术作品《竹韵壶》的仿生设计和陶刻装饰

从整体上来看这件紫砂艺术作品《竹韵壶》,我们能够清晰地感受到作者在长期的紫砂抟制过程之中积累了丰富的经验,特别是对传统器型的仿生研究,有着异于旁人的灵敏的感悟,才能够把这样具有人文风情的诗句镌刻其上,同时还加入了很多自身的理解,所以让我们广大的紫砂壶友在使用的过程之中更好地体验到紫砂良好的透气性、可塑性,以及蕴藏其中的丰富文化元素。

器法自然——基于自然美学研究陶瓷仿生设计之“真”

“道法自然”思想中的“道”是老子哲学的中心范畴,“自然”是“道”的存在方式。道家美学认为,“道”产生万物,以自然为纲,遵循事物的发展规律。“器”是“道”的一部分,因“道法自然”,故“器法自然”。在陶瓷仿生设计中,人们常重视对于自然物形态的模拟是否真实,而忽视了形而上的自然美学对于仿生设计的影响。本文将基于道家自然美学从审美意象,审美创造,审美欣赏三个角度举例分析中外陶瓷仿生艺术具象的模仿或提炼自然中的某个事物的某部分元素对“真”表达。