喬布斯(Steve Jobs) 曾經說過，21世紀好的創(chuàng)新是將生物學與技術相交叉。

工業(yè)制造領域中有很多零部件或機械的設計都是從生物學中得到的靈感，比如說潛艇的設計是從海豚體形或皮膚結構中得到的靈感….這樣的例子在工業(yè)領域還有很多很多。

那么，為什么我們需要將生物學的概念引入制造中呢？大自然創(chuàng)造的生物結構巧妙而復雜，人們如何將這些大自然的作品“復制”到工業(yè)制造中呢？日益發(fā)展的智能化設計軟件與3D打印技術為我們提供了一條創(chuàng)造仿生結構的捷徑。

從自然進化的天然結構中尋找技術解決方案

生物具有的功能可以說比任何人工制造的機械都優(yōu)越得多，仿生學就是要在工程上實現(xiàn)并有效地應用生物功能的一門學科。

植物和動物在幾百萬年的自然進化當中能夠完全適應自然。仿生學的意義在于從技術方面模仿動物和植物在自然中的功能，這為生物學和技術架起了一座橋梁，并且為解決技術難題提供了新的思路。通過再現(xiàn)生物學的原理，人類找到了很多技術上的解決方案。

比如說，犀鳥的喙非常簡潔，它是一種典型的功能集成結構。

從犀鳥喙部的解剖圖中可以看出，分配在三維空間中單一物質具有生成多個功能的可能性，這一巧妙的結構可以很好地轉化為人為技術，例如模仿這一結構進行飛機機翼的仿生設計優(yōu)化。

丹麥技術大學機械工程系副教授Niels Aage?曾帶領團隊對一架波音777客機的機翼進行了設計優(yōu)化，優(yōu)化結果與犀鳥喙非常相似。

與原有機翼相比，優(yōu)化結果要輕2%-5%，也就是約減重200-500公斤，從成本角度上看，這意味著使用這類機翼的飛機每年將節(jié)省40-200噸燃油。

不過由于優(yōu)化設計得到的設計方案過于復雜，傳統(tǒng)制造技術是無法制造的，理論上只有通過一臺足夠大的3D打印機才能制造如此復雜的仿生結構。雖然目前還沒有如此大的3D打印設備能夠將這一仿生設計制造出來，但這一仿生設計方案，依然對飛機輕量化設計探索具有重要意義。

那么像這樣復雜的仿生機翼結構是如何設計的呢？博型3D了解到，Aage?的團隊使用了一種新算法，通過法國居里超級計算機，進行了400次優(yōu)化才終得到了這樣的優(yōu)化結果，機翼中的仿生架構都是由計算機自動生成的。

創(chuàng)成式設計可以幫助設計師優(yōu)化零件強度重量比，可以模仿自然結構發(fā)展的方式，創(chuàng)造出強大的結構，同時極大限度地減少材料的使用。

例如，人體骨骼具有復雜的內部和外部特征，由硬質外皮（骨皮質）骨形成剛性外層，但還需要允許血管這樣脆弱的組織穿過骨骼內部的蜂窩狀結構。這種蜂窩材料由膠原纖維組成，具有令人難以置信的抗拉強度和抗壓強度。因此，蜂窩結構已經被大量需要輕量化的結構所采用，從飛機渦輪葉片到生活中不起眼的紙板箱中。在所有這些應用中，蜂窩使得零件更堅固和更輕。

創(chuàng)成式設計是一個人機交互、自我創(chuàng)新的過程。根據輸入者的設計意圖，通過”創(chuàng)成式”系統(tǒng)，生成潛在的可行性設計方案的幾何模型，然后進行綜合對比，篩選出設計方案推送給設計者進行決策。

通俗理解創(chuàng)成式設計是一種通過設計軟件中的算法自動生成藝術品、建筑模型、產品模型的設計方法。創(chuàng)成式設計是一種參數化建模方式，在設計的過程中，當設計師輸入產品參數之后，算法將自動進行調整判斷，直到獲得優(yōu)化的設計。目前比較有名的創(chuàng)成式設計軟件包括歐特克的Within，歐特克的Dreamcatcher，西門子的Solid Edge ST10等。

創(chuàng)成式設計將激發(fā)設計師通過手動建模不易獲得的思想靈感，創(chuàng)造出擁有不尋常的復雜幾何結構設計作品。3D打印技術由于可以將復雜的設計轉化為現(xiàn)實，注定已成為創(chuàng)成式設計的“好伙伴”。