喬布斯(Steve Jobs) 曾經(jīng)說(shuō)過(guò)，21世紀(jì)好的創(chuàng)新是將生物學(xué)與技術(shù)相交叉。

工業(yè)制造領(lǐng)域中有很多零部件或機(jī)械的設(shè)計(jì)都是從生物學(xué)中得到的靈感，比如說(shuō)潛艇的設(shè)計(jì)是從海豚體形或皮膚結(jié)構(gòu)中得到的靈感….這樣的例子在工業(yè)領(lǐng)域還有很多很多。

那么，為什么我們需要將生物學(xué)的概念引入制造中呢？大自然創(chuàng)造的生物結(jié)構(gòu)巧妙而復(fù)雜，人們?nèi)绾螌⑦@些大自然的作品“復(fù)制”到工業(yè)制造中呢？日益發(fā)展的智能化設(shè)計(jì)軟件與3D打印技術(shù)為我們提供了一條創(chuàng)造仿生結(jié)構(gòu)的捷徑。

從自然進(jìn)化的天然結(jié)構(gòu)中尋找技術(shù)解決方案

生物具有的功能可以說(shuō)比任何人工制造的機(jī)械都優(yōu)越得多，仿生學(xué)就是要在工程上實(shí)現(xiàn)并有效地應(yīng)用生物功能的一門學(xué)科。

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

比如說(shuō)，犀鳥的喙非常簡(jiǎn)潔，它是一種典型的功能集成結(jié)構(gòu)。

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(zhì)具有生成多個(gè)功能的可能性，這一巧妙的結(jié)構(gòu)可以很好地轉(zhuǎn)化為人為技術(shù)，例如模仿這一結(jié)構(gòu)進(jìn)行飛機(jī)機(jī)翼的仿生設(shè)計(jì)優(yōu)化。

丹麥技術(shù)大學(xué)機(jī)械工程系副教授Niels Aage?曾帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)對(duì)一架波音777客機(jī)的機(jī)翼進(jìn)行了設(shè)計(jì)優(yōu)化，優(yōu)化結(jié)果與犀鳥喙非常相似。

與原有機(jī)翼相比，優(yōu)化結(jié)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(jī)翼的飛機(jī)每年將節(jié)省40-200噸燃油。

不過(guò)由于優(yōu)化設(shè)計(jì)得到的設(shè)計(jì)方案過(guò)于復(fù)雜，傳統(tǒng)制造技術(shù)是無(wú)法制造的，理論上只有通過(guò)一臺(tái)足夠大的3D打印機(jī)才能制造如此復(fù)雜的仿生結(jié)構(gòu)。雖然目前還沒(méi)有如此大的3D打印設(shè)備能夠?qū)⑦@一仿生設(shè)計(jì)制造出來(lái)，但這一仿生設(shè)計(jì)方案，依然對(duì)飛機(jī)輕量化設(shè)計(jì)探索具有重要意義。

那么像這樣復(fù)雜的仿生機(jī)翼結(jié)構(gòu)是如何設(shè)計(jì)的呢？博型3D了解到，Aage?的團(tuán)隊(duì)使用了一種新算法，通過(guò)法國(guó)居里超級(jí)計(jì)算機(jī)，進(jìn)行了400次優(yōu)化才終得到了這樣的優(yōu)化結(jié)果，機(jī)翼中的仿生架構(gòu)都是由計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成的。

創(chuàng)成式設(shè)計(jì)可以幫助設(shè)計(jì)師優(yōu)化零件強(qiáng)度重量比，可以模仿自然結(jié)構(gòu)發(fā)展的方式，創(chuàng)造出強(qiáng)大的結(jié)構(gòu)，同時(shí)極大限度地減少材料的使用。

例如，人體骨骼具有復(fù)雜的內(nèi)部和外部特征，由硬質(zhì)外皮（骨皮質(zhì)）骨形成剛性外層，但還需要允許血管這樣脆弱的組織穿過(guò)骨骼內(nèi)部的蜂窩狀結(jié)構(gòu)。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(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度。因此，蜂窩結(jié)構(gòu)已經(jīng)被大量需要輕量化的結(jié)構(gòu)所采用，從飛機(jī)渦輪葉片到生活中不起眼的紙板箱中。在所有這些應(yīng)用中，蜂窩使得零件更堅(jiān)固和更輕。

創(chuàng)成式設(shè)計(jì)是一個(gè)人機(jī)交互、自我創(chuàng)新的過(guò)程。根據(jù)輸入者的設(shè)計(jì)意圖，通過(guò)”創(chuàng)成式”系統(tǒng)，生成潛在的可行性設(shè)計(jì)方案的幾何模型，然后進(jìn)行綜合對(duì)比，篩選出設(shè)計(jì)方案推送給設(shè)計(jì)者進(jìn)行決策。

通俗理解創(chuàng)成式設(shè)計(jì)是一種通過(guò)設(shè)計(jì)軟件中的算法自動(dòng)生成藝術(shù)品、建筑模型、產(chǎn)品模型的設(shè)計(jì)方法。創(chuàng)成式設(shè)計(jì)是一種參數(shù)化建模方式，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，當(dāng)設(shè)計(jì)師輸入產(chǎn)品參數(shù)之后，算法將自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整判斷，直到獲得優(yōu)化的設(shè)計(jì)。目前比較有名的創(chuàng)成式設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)將激發(fā)設(shè)計(jì)師通過(guò)手動(dòng)建模不易獲得的思想靈感，創(chuàng)造出擁有不尋常的復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作品。3D打印技術(shù)由于可以將復(fù)雜的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)，注定已成為創(chuàng)成式設(shè)計(jì)的“好伙伴”。