仿生设计是生物与产品的综合运用,就形态、结构、功能等内容可以应用到不同领域,例如海螺内的螺旋形式可与建筑中的旋转楼梯相呼应,同样的螺旋结构可制作成螺丝钉或者钻头,以获得固定和打孔的功能。
一、仿生设计与产品设计
正如《生命的形状》这部纪录片所谈到的,生物体的习性及周围与之相适应的环境,两者的关系相互依赖,是共同发展的群体,生物特有的机体结构决定了其特有的功能,而外在的形式是一种对内在结构的表达,例如猎豹的速度取决于它轻盈的体态和修长柔韧的四肢,强大的爆发力以及锋利如钉的脚趾,使其成为陆地上奔跑速度最快的动物。我们可以从猎豹的特征中提取“跑”这一动词,由它脚趾的特点与运动鞋的鞋底相联系,便找出了能够帮助人类达到最佳竞技速度的部件——鞋钉,类似这样的例子还有很多,大到航空小到原子,几乎涵盖了我们生活的方方面面。
二、救援安置舱的设计
笔者从地震医疗救援队的访谈中对灾区安置所遇到的问题进行整理,从中了解到一些设计定位点,比如帐篷的搭建灵活性、运输方便、受地形约束较小是其成为主要的收容住所,但外界的天气变化会对灾区安置产生不利影响,假设在雨天的环境下需要在帐篷的两侧开挖防水道,以防止雨水倒灌;此外帐篷的采光度、通风性、牢固性、抗风性等方面也有待加强。
一线救援队首先组织群众自救、治疗、转送伤员及安置为主要工作,其中在看护方面需要有为灾区提供方便的预置构件,比如输液架和吊钩、简易的折叠病床等,帮助医护人员减轻工作强度;在安置方面除了有尽可能多的搭建数量,还要对救治区域进行功能划分,为临时医疗点提供场地,必要时进行转运至二线的野战医院或三线的省市医院。其次是提高气候的适应性、保温透气、防雨等要求。另外在搭建过程中,效率与稳固是考验安置舱的重点,因为这关系到后续的器械、药品、饮用水、食品、供电等物质保障。
三、安置舱体的设计元素
在艺术设计中一般从生物原型与产品功能的对比中得到相應的仿生设计元素,根据前文内容将伤员的数量、救援功能的分类、运输的便利、搭建的效率、舱体的稳定、有效的保护六个方面入手。如图 I所示:
(一)蜜蜂蜂巢本身是种群繁衍和生活的场所,主要功能是储存蜂蜜、培育幼虫、保护群体,整个蜂巢的分布区域是以幼虫为中心,花粉和蜂蜜在其外侧,蜂巢的形成过程是众多工蜂相互摩擦、热量向四周扩散、在膨胀的作用下,内部的张力形成了相互支撑的共用面,逐渐从最初的圆形过渡到六边形。安置舱采用六边形的外观是出于对整体、集中的考虑,因为六边形与四边形相对比,它的方向选择更多,可根据灾区地形的变化进行搭建;
(二)为了达到尽可能多的单位运载量,折叠构件是必不可少的,如果将六边形进行等分之后,会发现其中包含了六个等边三角形或四个相互重叠的平行四边形,自然界中折叠与展开的范例虽然以植物、节肢动物和鸟类居多,但蝙蝠翅膀的骨骼结构赋予了更出众的飞行技能,在它返回洞穴盘踞在岩石上时,翅膀宛如“睡袋”紧紧地包裹在身体周围。蝙蝠翅膀在展开的状态下时,前翼部分有似三角形和平行四边形的构架,这与六边形的几何特征相似,骨骼关节的折叠与伸展运用到安置舱的外部框架,以支撑点为中心模仿蝙蝠翅膀向四周展开,同时顶面与底面、侧面形成一个整体,并在每个连接点设计组合结构,让安置舱的各部分构件相互支撑;
(三)灾区地形凹凸不平,为了减小对搭建的影响,安置舱底部的支架要有一定的适应性,在节肢动物“家族”,它们可以轻易的攀爬高低不同的岩石、树木,甚至有些可在水面上行走。选择螃蟹作为仿生对象,主要取决于其四对步足具有良好的平衡性。按图中的三角形构架,将其与安置舱的底部支撑相结合,加上弹性支柱和折叠、收缩等动态连接,让安置舱仿佛有了支脚一样。
四、设计的难点与未来的展望
图II所示的是在三个六边形的交互点会形成蓝线外的不规则图形,当把蓝线部分翻转角度后,标有黄线外的图形变为梯形,这样在生产中可以降低加工难度,增加运输时的空间利用。图III是搭建的步骤和展开时的效果图。
地震救援安置舱在模拟蜂巢排列的方式下或许也是一种选择,模型的尺寸在实际生产中还需要进一步的论证,如果按照独立舱室放置床位的数量上看,两张是它比较合理的承载量,内部空间的使用是其优化的重点之一;其二是在搭建过程中,完全人工的条件会限制型材的尺寸和重量,加上地震灾区复杂多变的外部环境,会给设计带来新的挑战。
未来灾害救援技术的发展,仍然会以高效、实用为导向,会有更多应对救援难点的产品出现,救援安置也会随着设计水平的提高而更加安全可靠,不同的使用功能让产品更加专业化,这也是军转民过程中着重努力的方向。
参考文献:
1.[美]赫伯特 ·A·西蒙.关于人为事物的科学.北京:解放军出版社,1988.
2.[德]于尔根 ·陶茨,苏松坤译,蜜蜂的神奇世界.北京:科学出版社,2008.
3.曲国胜.汶川特大地震—专业救援案例.北京:地震出版社, 2009.
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