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一．機械仿生設計的基本內容

就目前而言，從市場需求出發，大量仿生機械產品推出。通過設計師綜合分析歸納，同時經工程師工藝分析和反饋，仿生學應用在機械設計領域中越來越受到重視，要求各類學科的美學設計思想的綜合。機械仿生設計無疑正向著多元化發展，仿生設計作為人類向大自然學習的途徑，相應的研究投入也正逐年增加。產品設計反復從結構、外形與材料、功能等各方面進行優化，逐步從傳統的基礎設計走向了新型的創新設計。通過結構仿生設計、材料仿生設計與運動控制仿生設計四個方面，機械設計行業已然建立起了全面的仿生體系，主要實現了以下幾個方面的仿生設計：

（1）機械仿生設計功能特性仿生

近年來機械仿生設計方面取得的成就也不在少數，產品設計在運用仿生學設計理念的前提下，在自然界的長期發展演變中，產品設計既提升了藝術品位又滿足了用戶需求，并隨著時代的發展而得到了不斷深入。現今已有的設計實例中，通過將自然界生物體的形態、結構、材料和功能等各類要素融入產品設計的思路中，為我國生產機械化的推進提供了巨大的動力。工程師在利用現有工程技術的前提下，適應周圍環境的改變，運用發散性思維，使得機械設計不再拘泥于傳統的模型設計，結合仿生設計的理念和方式，更多擁有了其靈活性與實效性。通過發掘了解自然界各類動植物的結構與生存方式，在機械仿生設計中，實現產品更好的服務人類，為各方面的工作指引一個新的方向，具有獨特的創新性，并使之有效抓住技術創新的突破口。

（2）機械仿生設計運動特征仿生

機械仿生設計是指設計出創新性的機械產品與結構材料的過程，其中，生物運動特征的仿生也必不可少。基于機械設計的基本理論和方法，做好運動體系的規劃。對于這些生物與生俱來的特點，將研究發現運用到產品設計中，充分理解掌握自然界生物體的結構形式與相應功能原理，通過將其板塊化、細節化，作為機械仿生設計的源泉，找出與實際生產工作的良好結合點，并對其結構和功能進行仿生設計而為人類使用。也使得相應的機械設計更貼合自然，形成了各種具有高度復雜的結構形式和功能形態，應用水平也隨之提高。作為機械仿生設計的關鍵部分，目前的運動特征仿生中，機械結構仿生設計對生物基本運動方式、運動系統的調節等都進行了全面的研究，通過綜合力學分析證明，能夠在提高結構的同時而減少材料的使用。而實際生活中的一些相關機械設備也為生產工作帶來了極大的便利。

（3）機械仿生設計組織結構仿生

伴隨著工程技術的不斷發展與人民對于現代生活方式的需求，機械仿生設計組織結構這方面的仿生已不再僅僅局限于服務工廠，而是結合生物科學而進行的深層應用，在人類的日常生活中已逐漸普及使用，也從微觀角度上實現了人與自然的協調發展。經過復合材料做成的通過氣動方式驅動的機構設計，在相關的機械仿生設計中，關鍵技術參數上，如應力、剛度要求，其在材料生產方面收效較為顯著，在彈性收縮比率等都與自然界生物體的肌肉相近，因此而推出的一系列仿生材料也良好地適應了高強度、高效率的性能需求，通過機械加工成特殊殼結構從而使其具有良好的運動特性，為生產發展帶來了極大的經濟效益。通過研究生物組織的結構、構成原理和材料的聯系，對生物內部組織機制一些必要性聯系的分析，并指導材料的設計、制造與加工，機械微組裝、分級結構設計等也都有了新的發展方向。

（4）機械仿生設計信息控制仿生

在產品機械設計領域，隨著信息化時代的到來，通過獲得所需要的啟示最終達到所需要的材料特性，人們對于信息的傳遞與控制要求也越來越高，從而滿足機械的性能需求。在這一方面，生物在不斷進化過程所擁有的一些結構、原理等能力同樣可以借鑒。機械人工智能控制是現代機械系統整體運行性能的基本保證。具體地，在機械仿生設計中，對天然生物材料的表面功能、形成原理進行研究分析，信息管理設備往往能通過生物的一些信息獲取方式、反饋系統以及自主控制能力等得到全新的發展空間，是現代仿生設計中的一個關鍵研究點，作為一種新型的設計方法，不僅生產質量得以有效保證，而且相對傳統的產品機械設計方法，實際效率也隨之大大提高。

二．基于仿生學視覺下的機械設計技術探究

過去的一段時間里，對于生活在粘濕環境中穿山甲、蜣螂等典型土壤動物進行防粘持性研究，規定形狀等規范化的對象。發現土壤動物經億萬年進化而形成的防粘特性突出地表現在體表上，進一步研究與總結產品機械仿生設計的系統理論，發現其體表的幾何非光滑形態是可以減粘降阻的重要原因之一，它是產品機械設計理念的一次跨越性的進步。同時發現上述土壤動物體表普遍具有一種鱗片形非光滑形式，是現代新型復合材料研究的藍本，其中穿山甲體表最為明顯。提高地面觸土機械部件質量、延長使用壽命、產品的發展與進步使得產品設計的道路越走越寬，針對各種形態的動植物的工農業機器人也廣受歡迎。它代替了現有的金屬材料與高分子材料，更有效地提高地面機械觸土部件的使用壽命。

三．總結

隨著科技的不斷發展，仿生學在機械設計中的應用中無疑為其注入了新的血液，機械仿生設計短期內已經從集合多門學科逐步發展形成更深更廣的產品設計理念。相應的生產工作也很好契合了人與自然協調發展的要求，有效地結合計算機發展技術進行仿生的輔助設計，這既是科技創新的必要，符合未來科技發展趨勢，更是維持機械設計行業強大生命力的重要途徑。機械仿生設計是未來產品設計的一個方向，當前正處于生物科學飛速發展的階段，在各個國家的競爭中，歐美等老牌產品機械設計強國始終保持在世界前列，因而深化仿生學在機械領域的應用必須加快進程。從本質上為產品設計的多元化發展提供新的可能，分析生物的獨有特性和功能，改善產品機械使用性能的目的，立足于提高生產力的基礎上進行全面的仿生設計。

作者：薛野 陳亮 單位：沈陽機床股份有限公司鈑焊分公司