【课程交流】神奇的植物种子 | 《设计创新系列课-1》

DESIGN MORPHOLOGY

设计形态学

设计形态学 / 植物 / 种子形态 / 设计创新 


汇报现场

课程介绍

      近日, 清华大学美术学院邱松教授主讲的研究生《设计创新系列课程-1》顺利结课。本次课程为期16学时,共有20位不同专业的研究生选课,助教由崔强博士生担任。答辩现场邀请了清华材料学院的孙晓丹老师,美术学院的刘新老师参与打分点评,同时线上还邀请了中国农科院深圳农业基因研究所的闫建斌老师,北京信息科技大学的高炳学老师,汕头大学的武祥永老师,湖北美术学院的刘向东老师等各领域专家参与评议。

       这门课程以形态研究方法为基础,通过启发创造性思维并结合现实的生产工艺和制造技术,系统、科学地进行设计创新与应用。在课程中,每个小组选取一种植物种子,通过对种子形态和传播方式的深入研究,总结其内在规律,然后在研究成果的基础上进行设计的发散、衍生、优化和评估,最终创造出一款造型、功能与种子有密切关系的原创设计(产品、装备、建筑等)。


第一组项目:基于马齿苋种皮的缝线镶嵌结构设计研究

组员姓名:马一文,于沛然,赵志龙

研究对象:马齿苋种子(石竹目)

应用方向:基础建筑材料

简介:该项目通过对马齿苋(石竹目)种皮的外部形态和结构进行观察和调研,分析其形态功能与适应性需求之间的关联性。从形态适应性角度提取其形态规律:缝线镶嵌结构。

       进而对于此结构进行了系统性的验证实验,得出此结构具有良好的强度和韧性兼得的结论。

       最终,利用同样的形态规律创造出针对不同情况下的新型建筑材料,结合了其结构、性能和美学要素形成了具有探索性、实验性的设计方案和效果图,体现出本研究的价值。


第二组项目:城市胶带

组员姓名:查星宇,王若岩,陈彦廷,陈正心

研究对象:蒺藜

应用方向:以蒺藜的种子结构及传播方式为基于海平面上升10米后的城市复兴计划提供可进行科研作业的载体结构

简介:我们以组员家乡熟悉的植物蒺藜作为考察对象,它果实带刺的对称外形、可分离成更小单位的传播方式,发现刺的纤维管结构能够抗压、抗变形,接着我们找到研究植物这种结构的拉伸、剪切实验的文献,证实我们的观测。因为组员们相当关注水患的解决方式,于是我们想将这种结构应用在搭建类似桥梁的交通手段上,作为一个未来海水淹没部分城市后的重返复兴计划中实现快速轻便交通的一种可能方案。这个设计将有来自蒺藜刺抗压抗变形的结构特性、模块化的组装方式、便宜轻便的材料,能快速将未被淹没的建物作为桥墩连接,供运输、交通甚至进行科研作业等;模块化也让它能便利拆卸,使搭建方式更有弹性。


第三组项目:基于槭树种子降落过程的设计形态学研究

组员姓名:吕楚颖,潘洪凯,王亦童,张钰稳

研究对象:槭树种子(血皮槭、茶条槭、鸡爪槭)

应用方向:基于槭树种子降落过程的高空投递救援系统设计

简介:通过进行相关实验和制作工程模型发现了槭树种子降落过程中的一些形态运动规律。

1. 种子朝上、翅膀朝下时降落速度比较慢(种子会更快到达缓飞期)。

2. 通过调节种子飞行时质心的变化会导致飞行速度的变化。

3. 种子到达缓飞期后不易被风吹走

4. 自由降落对比实验中发现茶条槭的质量、体积,和翅膀面积的比例更适合缓降

5. 种子的转动方向倾向厚翼方向

       总结发现槭树种子的“运动形态”规律在单翼飞行器、返回舱缓降设备、风力发电站、火星探测器、高空投递、救援救灾、空降装置等方面都具有一定的设计价值。


第四组项目:受牻牛儿苗种子水合启发的自动灌溉水阀设计

组员姓名:郑若男,于亿航,李青霞

研究对象:牻牛儿苗种子

应用方向:自动控制灌溉水量的水阀

简介:通过研究牻牛儿苗种子在不同干湿度条件下的水合运动,项目组发现该种植物在吸水时,整个螺旋结构会向外旋转打开;脱水时,整个螺旋结构反向旋转收缩,环境干湿过程的反复变化促使该植物做正反方向的伸展卷曲运动,从而带动种子向土壤深处扎根。项目组尝试将牻牛儿苗的“环境湿度转化为机械能”特性运用到产品中,设计了该款能够根据环境湿度自动控制灌溉水量的水阀。


第五组项目:豆科植物野大豆种子与其豆荚的研究及应用

组员姓名:周子凡,张兆宇,胡凯舟

研究对象:豆科植物野大豆种子与其豆荚

应用方向:篮球鞋的设计

简介:该项目组研究了豆科植物野大豆种子与其豆荚生长成熟后爆裂传播的方式与原理,并利用其因自身应力积累而发生形变的原理进行了易穿脱实战篮球鞋绑带系统设计。项目组针对不同的受力变形的位置,以豆荚爆裂的应力原理设计了绑带支撑,减少运动中变向起跳等过程中脚在鞋内发生的滑动,降低不必要的能量损失。同时,这种绑带系统可以调整应力值,满足不同用户的脚面支撑需求,在保证篮球鞋对于脚部包裹性的同时更方便穿脱。


第六组项目:模拟蒲公英种子螺旋低压原理的设计应用

组员姓名:伊鹏郡, 邵晓薇,于秋轶

研究对象:蒲公英种子

应用方向:水面垃圾收集

简介:该项目组在本课程上选择蒲公英种子作为研究对象,研究了蒲公英种子的空气动力学原理,发现蒲公英种子在飞行时上方会形成螺旋低压,将蒲公英种子绒毛遇风斜上弯曲这一特点进行应用,组员通过制作了有斜向上弯曲通道的叶片的模型风扇,并进行了实验模拟,实验结果成功吹出了具有螺旋力的风。经过风扇吹出的螺旋状的风中心会形成低压且可以吸引轻质物体,项目组发现可以将此规律应用到水面垃圾收集进行设计应用。搭载螺旋风技术的水面垃圾清理船,通过风扇产生的螺旋力可以将水面上漂流的塑料瓶,塑料袋等轻质垃圾吸引到风筒中心,再适时打捞收集,节省人力的同时,提高了清理垃圾效率。

      

      从以上同学们的研究案例可以看出,基于植物种子形态所展开的“设计形态学”的研究成果不仅给他们的设计带来了灵感和源泉,更为原型创新带来了突破与提升,同时,这种设计方法也为基于未来的协同创新设计构建了学术研究平台,为学科之间的交叉融合树立了典范。基于思维与实践并行的“设计形态学”研究,不仅有利于设计学的理论研究水平提升,更能为设计者提供源源不断的创新源泉,并为原创设计奠定坚实的基础。 

(图、文:基础教研室  邱松教授)