劍橋大學(xué)將仿生學(xué)定義為“在技術(shù)和工業(yè)設(shè)計(jì)中模仿自然過程的實(shí)踐”。盡管將技術(shù)進(jìn)步帶回自然世界似乎有些矛盾，但這種方法實(shí)際上是由工程師和科學(xué)家日益認(rèn)識(shí)到大自然通常提供最佳的設(shè)計(jì)解決方案所驅(qū)動(dòng)的。此外，隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，這些復(fù)雜的設(shè)計(jì)變得可行，不像減材技術(shù)的局限性。這就是為什么我們決定在下面的列表中探索一些結(jié)合3D打印和仿生學(xué)的項(xiàng)目，以便更好地了解增材制造如何使我們能夠?qū)⑦@些優(yōu)化的模型變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

Earth Moc：通過仿生學(xué)進(jìn)行創(chuàng)新

3D打印鞋子不再是新鮮事：阿迪達(dá)斯、新百倫和耐克等大品牌使用增材制造來制造模型。然而，這并不意味著創(chuàng)新就此停止。除了3D打印之外，一些設(shè)計(jì)師還整合仿生學(xué)來開發(fā)更高效的解決方案，如Earth Moc項(xiàng)目所示。這款鞋由Daniel Shirley為Sintratec 2022年3D打印鞋設(shè)計(jì)大賽設(shè)計(jì)，其靈感來自于交織的樹根和藤蔓，可提供最大的舒適度和靈活性。設(shè)計(jì)師希望這款由TPE制成的輕質(zhì)鞋可以在遠(yuǎn)足甚至輕度運(yùn)動(dòng)后用作恢復(fù)鞋。

AguaHoja館

AguaHoja展館位于舊金山，高5米，具有復(fù)雜的“圖騰”形結(jié)構(gòu)。這一宏偉的創(chuàng)作是Neri Oxman、The Mediated Matter Group和Stratasys之間合作的成果。受大自然的啟發(fā)，展館的設(shè)計(jì)融合了一系列主要由有機(jī)材料制成并由水塑造的文物。使用Stratasys F900 3D打印機(jī)增材制造制成的框架支撐著整體，確保了每個(gè)單獨(dú)組件的凝聚力。該項(xiàng)目還包括環(huán)保三聚氰胺玻璃結(jié)構(gòu)的建筑方案?！拔覀冃枰踩匾种坪谏厣山Y(jié)構(gòu)，同時(shí)又不影響促進(jìn)各個(gè)級(jí)別視覺細(xì)節(jié)的能力，”Neri Oxman解釋道。

時(shí)尚、科技與自然的結(jié)合

美國設(shè)計(jì)師Zac Posen憑借3D打印作品在2016年Met Gala上引起轟動(dòng)。他與GE Additive和Protolabs合作，利用增材制造技術(shù)設(shè)計(jì)了一件連衣裙、一件緊身胸衣和各種配飾，供晚會(huì)的某些明星穿著。Zac Posen為Jourdan Dunn所穿的連衣裙設(shè)計(jì)靈感來自于玫瑰的形狀。他創(chuàng)造了一個(gè)由21個(gè)3D打印樹脂花瓣組成的結(jié)構(gòu)，每個(gè)花瓣長約50厘米，重約半公斤。女演員妮娜·杜波夫(Nina Dobrev)穿著采用SLA解決方案3D打印的半透明胸罩，其設(shè)計(jì)給人一種讓人想起流動(dòng)水的玻璃效果。在Protolabs德國工廠生產(chǎn)這些零件總共需要200多個(gè)小時(shí)。

“生命之塔”：受仿生學(xué)啟發(fā)的建筑

“生命之塔”由Built by Associative Data設(shè)計(jì)和提出，是塞內(nèi)加爾達(dá)喀爾的一個(gè)創(chuàng)新建筑項(xiàng)目，它將生態(tài)效率與傳統(tǒng)的非洲設(shè)計(jì)結(jié)合起來。該結(jié)構(gòu)采用先進(jìn)的3D打印技術(shù)，結(jié)合了當(dāng)?shù)乜缮锝到獾恼惩聊?。這有助于通過限制運(yùn)輸材料的使用來減少對環(huán)境的影響和建筑成本。受仿生學(xué)的啟發(fā)，生命之塔作為一個(gè)正能量系統(tǒng)，管理資源、水和空氣，同時(shí)以最小的排放維持微氣候。該設(shè)計(jì)模仿自然形態(tài)，作為一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行，尊重當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)條件，為城市的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

螺旋鯊魚腸管

受到鯊魚腸道的螺旋設(shè)計(jì)的啟發(fā)，華盛頓大學(xué)的研究人員利用3D打印開發(fā)了簡化的仿生模型，這種設(shè)計(jì)可以減慢食物的運(yùn)動(dòng)速度，并通過重力和蠕動(dòng)有效地將其向下引導(dǎo)。該項(xiàng)目涉及創(chuàng)建模仿這些腸道的柔軟、靈活的結(jié)構(gòu)，以了解其獨(dú)特的設(shè)計(jì)如何促進(jìn)液體的單向流動(dòng)。這種仿生方法重點(diǎn)研究3D打印螺旋管的半徑和厚度對流體動(dòng)力學(xué)的影響。正在進(jìn)行的研究表明，這些發(fā)現(xiàn)可能在軟機(jī)器人、醫(yī)療和微流體設(shè)備以及工業(yè)管道方面具有重要應(yīng)用。

具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的更安全的頭盔

3D打印使想象直接受大自然啟發(fā)的晶格結(jié)構(gòu)成為可能：它們實(shí)際上類似于蜂窩。他們的設(shè)計(jì)非常智能，因?yàn)樗试S僅將材料放置在必要的地方，從而優(yōu)化零件的最終重量。這是運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域特別有趣的一點(diǎn)，更具體地說是在防護(hù)裝備方面。借助3D打印和仿生學(xué)，某些玩家想象出了更輕、更耐用、更舒適、最重要的是個(gè)性化的自行車頭盔。KAV Sports甚至HEXR就是這種情況，借助增材制造技術(shù)，他們設(shè)想了一種能夠更好地吸收沖擊的頭盔——它比傳統(tǒng)頭盔安全26%。我們還可以提到美式足球和Vicis Enhanced公司，該公司的頭盔配備了受蜂窩啟發(fā)的3D打印護(hù)墊。使用3D打印可以將頭部與地面接觸時(shí)的沖擊力減少多達(dá)7%。

HEXR晶格結(jié)構(gòu)頭盔（圖片來源：HEXR）

沃爾沃及其3D打印活水壩

在澳大利亞，悉尼港的海岸線部分受到海堤的保護(hù)，這損害了海洋物種的棲息地，迫使它們到其他地方尋求庇護(hù)。為了恢復(fù)沿海生態(tài)系統(tǒng)，瑞典汽車制造商沃爾沃與珊瑚礁設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室、悉尼海洋科學(xué)研究所(SIMS)和北悉尼市議會(huì)合作啟動(dòng)了一個(gè)保護(hù)項(xiàng)目。他們受當(dāng)?shù)丶t樹林根部的啟發(fā)，共同開發(fā)并3D打印混凝土瓷磚。這些瓷磚安裝在現(xiàn)有的海堤上，形成空洞，作為牡蠣、魚類和藻類等各種海洋物種的棲息地。這一舉措幫助悉尼海岸重新引入海洋生物，恢復(fù)了沿海生態(tài)系統(tǒng)的基本平衡。

仿生學(xué)：3D打印鞋子傳播種子

“Rewild the Run”項(xiàng)目是由英國設(shè)計(jì)師Kiki Grammatopoulos發(fā)起的。這些跑鞋旨在在跑步時(shí)攜帶和傳播種子。它們?nèi)绾喂ぷ?？Kiki Grammatopoulos利用3D打印提供的靈活性來制作配有小鉤子的鞋底。當(dāng)他們跑步時(shí)，跑步者會(huì)收集沿路線散布的植物物質(zhì)。這些鞋子的靈感來自于一種謹(jǐn)慎的自然物種：野牛，它用蹄子和毛皮傳播種子，同時(shí)創(chuàng)造其他動(dòng)物使用的路徑?！癛ewild the Run”的目標(biāo)是重新綠化環(huán)境。隨著城市空間的擴(kuò)張，許多自然棲息地被破壞或減少。這些鞋子被視為恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)平衡的解決方案。

照片來源：Ecolosport

Pinarello模仿座頭鯨以改善賽車的空氣動(dòng)力學(xué)性能

Pinarello是意大利著名的自行車制造商，是自行車界的標(biāo)桿。此外，意大利場地自行車隊(duì)正準(zhǔn)備使用Pinarello自行車在下一屆奧運(yùn)會(huì)上衛(wèi)冕。Pinarello始終尋求提高性能，并采用最新技術(shù)并從動(dòng)物模型中汲取靈感。車架由3D打印制成，并集成了AirFoil部分以及AirStream技術(shù)，以改善自行車的空氣動(dòng)力學(xué)性能。后者是與阿德萊德大學(xué)和NablaFlow合作開發(fā)的，其靈感來自于座頭鯨鰭上發(fā)現(xiàn)的結(jié)節(jié)。這些結(jié)節(jié)使鯨魚能夠靈活機(jī)動(dòng)。在Pinarello自行車上，這些形狀作為AeroNode安裝在座桿上，可減少渦流并改善空氣動(dòng)力學(xué)性能。

照片來源：Pinarello

3D打印和仿生學(xué)：模具、粘合劑模型

貽貝以其將自己附著在船上的能力而聞名，這要?dú)w功于含有氨基酸二羥基苯丙氨酸（DOPA）的特定蛋白質(zhì)。受這種天然粘合特性的啟發(fā)，弗勞恩霍夫IAP和IGB的研究人員開發(fā)了一種用于醫(yī)學(xué)的抗菌粘合劑。這種粘合劑可以通過3D打印應(yīng)用于骨骼，從而通過促進(jìn)骨骼粘合來促進(jìn)關(guān)節(jié)損傷的修復(fù)。此外，它還可用于延長現(xiàn)有植入物的使用壽命，從而無需進(jìn)行手術(shù)更換。

照片來源：Pixabay

仿生墻

“仿生墻”項(xiàng)目旨在提高人們對當(dāng)前環(huán)境狀況以及生態(tài)與建筑之間關(guān)系重要性的認(rèn)識(shí)。這是通過3D打印創(chuàng)建的水培陶瓷墻，最初是因斯布魯克大學(xué)與Studio cera.LAB和exparch.hochbau合作開發(fā)的碩士課程的一部分。墻面由固定在金屬框架上的復(fù)雜陶瓷結(jié)構(gòu)組成。為了創(chuàng)建這種結(jié)構(gòu)，采用4mm噴嘴的3D擠出工藝至關(guān)重要，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的制造方法是不夠的。這堵墻的主要目標(biāo)是將現(xiàn)代技術(shù)、建筑和環(huán)境意識(shí)結(jié)合起來。其多孔表面促進(jìn)植物生長，從而改善密集城市地區(qū)的氣候。此外，墻體對其環(huán)境做出反應(yīng)，促進(jìn)城市空間綠化，同時(shí)減少環(huán)境噪音。

照片來源：cera.LAB

保羅·卡斯泰利的燈

去年4月，家具公司Paolo Castelli推出了一款3D打印吊燈，其靈感來自蜂巢的有機(jī)結(jié)構(gòu)，旨在提供平靜的照明。該系列燈具采用露天陶瓷3D打印技術(shù)，與專門從事大幅面陶瓷擠壓的意大利公司W(wǎng)ASP合作制造。Paolo Castelli強(qiáng)調(diào)將可持續(xù)實(shí)踐融入到這些燈具的生產(chǎn)中，使用天然陶瓷材料并通過3D打印過程最大限度地減少浪費(fèi)。開發(fā)始于通過CAD創(chuàng)建3D模型。然后，采用了液相沉積建模（LDM）技術(shù)。這款燈的獨(dú)特之處在于它是空氣印刷的，當(dāng)它落在自己身上時(shí)，形狀可以自然形成。Paolo Castelli解釋道：“當(dāng)材料被印刷和干燥時(shí)，它會(huì)自發(fā)折疊，形成狹縫圖案，柔和的光線可以通過狹縫圖案逸出。這種精致的設(shè)計(jì)與材料的固有特性相融合，提供了可持續(xù)的照明系統(tǒng)，邀請您在戶外享受放松的時(shí)刻。

照片來源：WASP