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「仿生」在藝術與設計界正夯!

穿山甲的背鱗結構

最近忙於科技藝術創作之於,很有幸地受元智大學藝術與設計系的系主任阮慶岳老師邀請,到該系所做大三的期中作業評圖。雖然是第一次到藝術與設計系做評審,但是學生的作品卻都是自己很熟悉的領域啊!

怎麼說呢?學生們在兩位優秀老師的指導下,分組做出兩類型的作品,一是仿生設計組,一是產品設計組。今天先來講我看完仿生的感想好了。

另外兩位老師講評

仿生(Bionics)

所謂的仿生的意思,當然就是經由觀察動物或植物的行為,用人工的方式設計出可以模擬這些行為的機構。例如之前曾經報導過的機器鳥可以捕捉獵物的飛行器、和由象鼻蟲的鱗甲所啓發的新式材料等等。

那麼為什麼要大費周章地去模擬動植物的行為呢?演化論告訴我們所有這些行為都有某種適應環境的功能,以學生所選擇的題材來說,鳳仙草裝盛種子的外殼成熟時會自我爆裂,將裡頭的種子彈開,為繁衍之用;穿山甲的鱗甲在遇到危險的時候可以捲曲並緊閉成為一片盔甲,為自衛之用;傘蜥蜴顎下的傘狀物在遇到威脅時打開,為威嚇之用。

分析鳳仙草的組成元素

學生們都做的非常棒,有的真的做得栩栩如生,有的則卡在技術的部份讓整體的效果無法呈現。就我在國內外累積的十來年研發經驗,在現場個別給了學生很多建議,這邊提一個大原則給有興趣做仿生的朋友們做參考。

仿生不能缺乏的就是觀察,和抽絲剝繭的能力,把所看到的現象分析成為可模擬的項目再逐一去實現。實現的方式有兩種,一個是「由下至上(Bottom-Up)」,另一個是「由上至下(Top-Down)」。

鳳仙草的模擬結構

由下至上(Bottom-Up):這種是先去剖析物件的組成元素,這可能是分子、細胞、或骨骼的型狀,和它們的連接方式,包括韌帶、肌肉、纖維等等,複製和重建他們,讓完成的結構能夠達成他們母體的動作和行為。透過這種最基礎的方式所作的結構是最完整的也最接近真實的,但是缺點就是耗時,並且往往技術門檻也較高。

由上至下(Top-Down):挑選出要模擬物件的主要元素,並且針對這幾項元素設計底下的機構,這些機構也許和物件原來的機構差很多,但是至少是能達到想要模擬的效果。這種方式好處是速度快,技術的難易度也較能依自己的能力和手邊的資源來掌握,缺點是往往作品能模擬的就是當初設定好的那幾項,要延伸功能的話可能需要更換成另外一種技術才能做到,也就是說後續的延伸能力不高。

傘蜥蜴的模擬結構

舉一個例子,假如我要模擬人的轉身動作,用Top-Down的方式我只需要兩個方塊,並且透過一個軸心連結,這樣我可以模擬上半身旋轉,但保持下半身不動的狀態。若是用Bottom-Up的方式,我則會設計出多個像脊椎骨盤的物體,再連接他們做出一個像脊椎的結構。這樣看起來好像後者有點多此一舉,這麼大費周章地來模擬轉身這一個簡單的動作。確實是這樣沒錯,不過若今天我說,還要有彎腰撿東西的動作。那麼後者的設計可以直接做到,而前者的方式所設計的機構就沒有這個功能囉!

往往過程中會在這兩種之間來回選擇使用,隨著經驗的增加,會比較知道什麼情況下最適合使用什麼方式。

希望對有興趣研究仿生的讀者們有些幫助!

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關於作者

dr. i

小時候的啓蒙師父是小叮噹,偶像是馬蓋先,並崇拜發明燈泡的愛迪生,當時志向是發明會飛的車。在歐洲旅居十二年後回台灣,目前投身科技與藝術的跨界整合以及科學教育和傳播,現任國立台灣師範大學科技與文創講座兼任助理教授。dr. i 一輩子最大的幻想,是能夠使用時光機和隱形風衣。如果您恰巧擁有其中一項,請拜託用以下的連絡方式連絡!http://facebook.com/newartandscience