第四節(jié) 仿生學(xué)在新型服裝面料開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用

仿生學(xué)是模仿生物的科學(xué)，即研究生物系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、物質(zhì)、功能、能量轉(zhuǎn)換、信息控制等特征，并將研究結(jié)果應(yīng)用于技術(shù)系統(tǒng)，以改善現(xiàn)有的技術(shù)工程設(shè)備，創(chuàng)造新的工藝過(guò)程、建筑構(gòu)型、自動(dòng)化裝置等的科學(xué)。它是一門(mén)屬于生物科學(xué)與技術(shù)科學(xué)之間的邊緣科學(xué)，涉及生理學(xué)、生物物理學(xué)、生物化學(xué)、物理學(xué)、數(shù)學(xué)、控制論、工程技術(shù)學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域的交叉學(xué)科。其任務(wù)是將生物系統(tǒng)的優(yōu)異能力及產(chǎn)生的功能原理和作用機(jī)理作為生物模型進(jìn)行系統(tǒng)研究，再運(yùn)用于新技術(shù)設(shè)備的設(shè)計(jì)與制造或者使人造技術(shù)系統(tǒng)具有類似生物系統(tǒng)的特征。

因此，仿生學(xué)的出現(xiàn)極大地豐富了人思維的想象力，拓寬了思維的視野，生物界的一些結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)形式和規(guī)律為發(fā)現(xiàn)或發(fā)明新事物、創(chuàng)立新的理論提供了科學(xué)依據(jù)。生動(dòng)界各種豐富多彩的功能具有極其復(fù)雜和精巧的機(jī)構(gòu)，其奇妙的程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)許多人造機(jī)器。因而在紡織工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展中，人們需要向生物界尋找啟發(fā)并進(jìn)行模擬，以推動(dòng)高新技術(shù)在紡織工業(yè)中的應(yīng)用。

一、紡生學(xué)的相似原理

（一）相似寓于萬(wàn)物之中

在世界上，任何事物之間均有近似相同的現(xiàn)象。宇宙之間的事物千差萬(wàn)別、千變?nèi)f化，但總可以從中發(fā)現(xiàn)大量的相似現(xiàn)象，這是由于宇宙是由物質(zhì)統(tǒng)一構(gòu)成的。物質(zhì)越是微觀，其結(jié)構(gòu)越是相似，若表現(xiàn)為宏觀，就是其物理、化學(xué)性質(zhì)越相似。從另一方面來(lái)看，某種事物在發(fā)展過(guò)程中必然存在著相同和變異，才能有所發(fā)展。因此，相似是發(fā)展著的事物相同與變異的統(tǒng)一。相似既存在于不同種事物之中，也存在于同種事物之中，它屬于現(xiàn)象范疇。只有對(duì)現(xiàn)象上相似和本質(zhì)上同一的關(guān)系有了認(rèn)識(shí)，才能易于把握事物的本質(zhì)。同時(shí)，也只有充分掌握事物的形狀結(jié)構(gòu)和功能結(jié)構(gòu)的相似，才能把握事物作用的相似關(guān)系。因而人們常常利用形狀結(jié)構(gòu)和功能結(jié)構(gòu)相似的材料、器件來(lái)研制出代替原來(lái)物品或更優(yōu)于原來(lái)物品的新技術(shù)，為人類創(chuàng)造出更加豐富，更加精美的物質(zhì)財(cái)富供人們享用，為推動(dòng)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和提高人們的生活質(zhì)量作出貢獻(xiàn)。

（二）相似原理

關(guān)于事物相似的原理，主要有以下兩點(diǎn)：

（1）相似事物都是由相似的單元、層次排列組合而來(lái)的。這里所指的單元，是指組成事物內(nèi)部結(jié)構(gòu)的最基本、最簡(jiǎn)單的一種單位；所謂層次，是指事物內(nèi)部相互作用、相互聯(lián)系、相互制約最為緊密的相對(duì)獨(dú)立的部分。一般復(fù)雜的事物都具有多層次的結(jié)構(gòu)形式。科學(xué)技術(shù)的發(fā)展在某種意義上講就是這一原理的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用，所有的新發(fā)現(xiàn)都是和原有基礎(chǔ)分不開(kāi)的，都是一個(gè)相互套在一起，由小到大、由低級(jí)到高級(jí)的綜合相似形，演化為更復(fù)雜、更龐大的體系。相似的基因、相似的條件和環(huán)境產(chǎn)生相似的結(jié)構(gòu)。這一原理表明，如果要把相似的目標(biāo)由可以變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，就必須具備相似的基因、相似的條件和相似的環(huán)境。

（2）事物包含的與相關(guān)事物的相似功能越多，其作用就越大，應(yīng)用范圍也就越廣。相似原理是仿生學(xué)的基礎(chǔ)，即沒(méi)有相似原理仿生就無(wú)從談起，科學(xué)技術(shù)的發(fā)現(xiàn)與進(jìn)步離不開(kāi)仿生學(xué)，紡織工業(yè)的進(jìn)步也是如此，依靠仿生學(xué)可以研制出許多新產(chǎn)品。

（三）仿生學(xué)的研究?jī)?nèi)容

仿生學(xué)有仿形、仿色，也有仿機(jī)理、仿功能。其實(shí)，仿就是模仿，既仿形也仿實(shí)，運(yùn)用其機(jī)理模仿其功能。這種模仿滲透著高新技術(shù)的應(yīng)用和藝術(shù)的巧妙運(yùn)用。以繪畫(huà)中常用的術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō)，模仿不但要形似而且還要神似，這種既相似又不是的手法便是仿生學(xué)的相似原理。在人們的生活、生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)踐中早已不知不覺(jué)地運(yùn)用了仿生學(xué)的相似原理。在科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的今天，人們?cè)诜律鷮W(xué)方面已經(jīng)可以做到以假亂真、巧奪天工的地步。

二、仿生學(xué)在紡織工業(yè)中的應(yīng)用

（一）化學(xué)纖維的發(fā)明

蠶絲生產(chǎn)要受桑樹(shù)種植條件的限制，而且一只蠶一生僅吐一個(gè)繭，一個(gè)繭僅有0.5g重的絲。因此，人們?cè)谂μ岣咛烊恍Q絲產(chǎn)量的同時(shí)，也希望運(yùn)用仿生學(xué)的原理，人工制造出一種同天然蠶絲相似的纖維。

早在1743年，法國(guó)化學(xué)家柳繆爾等人觀察蠶吐絲造繭的時(shí)候，就想找出蠶吐絲的秘密，以便仿照這一過(guò)程用桑葉制造出相似的纖維來(lái)，但因找不到能溶解桑葉的溶劑而失敗。后來(lái)，化學(xué)家在測(cè)定蠶絲和桑葉的組成時(shí)，發(fā)現(xiàn)二者都含有炭、氫、氧3種元素，而蠶絲還含有氮，根據(jù)含有氮的啟示，1884年，瑞士化學(xué)家?jiàn)W丹瑪斯將纖維素用硝酸處理后制成了硝酸纖維，這種含氮的纖維素可溶解于酒精，配制出了人造纖維。使硝酸纖維能夠投入生產(chǎn)，還要?dú)w功于法國(guó)人查頓。1885年，他用自己制得的硝酸纖維織成了一件光耀奪目的襯衣，在巴黎博覽會(huì)上展出，引起了人們的極大興趣。但是，由于這種纖維制造成本太高，強(qiáng)力很低，又容易燃燒，沒(méi)有得到應(yīng)用推廣。1891年，英國(guó)化學(xué)家查爾斯·克勞斯和愛(ài)德華·貝文發(fā)明了一種性能比較優(yōu)良的黏膠纖維。1936年，意大利科學(xué)家第一次從牛乳里提煉出乳酪蛋白質(zhì)，制成人造纖維，以后又有人陸續(xù)從大豆、花生和玉米里把蛋白質(zhì)分離出來(lái)，制成了人造纖維。這幾種纖維都以食物作原料，盡管其性能與羊毛相似，卻仍不能大規(guī)模地生產(chǎn)。隨著人們對(duì)自然規(guī)律認(rèn)識(shí)的不斷深化，以煤、石油、天然氣產(chǎn)品為原料的合成纖維便逐漸發(fā)展起來(lái)。其后又相繼研究開(kāi)發(fā)成功仿毛（多角形、扁平形、帶狀形、中空等異形纖維）、仿絲（三角形等異形纖維）和仿麻（扁平形、帶狀形等異形纖維）等各種新型化學(xué)纖維，為發(fā)展紡織工業(yè)、增加紡織新產(chǎn)品作出了貢獻(xiàn)。

（二）非織造布的誕生

非織造布是一種嶄新的纖維制品，近30年來(lái)發(fā)展速度很快，其產(chǎn)品涵蓋了傳統(tǒng)紡織品應(yīng)用的各個(gè)領(lǐng)域，成為紡織工業(yè)中最年輕而又最有發(fā)展前途的一個(gè)產(chǎn)業(yè)，被人們譽(yù)為紡織工業(yè)中的朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)，是一個(gè)激動(dòng)人心的潛力巨大的新型領(lǐng)域。但這項(xiàng)技術(shù)對(duì)仿生學(xué)原理的應(yīng)用，可追溯到幾千年前的中國(guó)古代社會(huì)，甚至比機(jī)織物和編織物的發(fā)展歷史還要早。古代的游牧民族在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)和利用了動(dòng)物纖維的縮絨性，掌握了制氈技術(shù)，他們用羊毛、駱駝毛等動(dòng)物毛，加一些“化學(xué)助劑”（如熱水、尿或乳精等），通過(guò)腳踩或棍棒打擊等機(jī)械作用，使纖維相互糾結(jié)，制成用于鞋、帽和床墊的氈制品，這種氈制品制造技術(shù)的延伸與發(fā)展，便成為現(xiàn)在的針刺法非織造布生產(chǎn)方法。

早在7000年以前，中國(guó)就能將野蠶馴養(yǎng)和純化成家蠶，抽絲制帛，用于制作服裝和服飾，這是利用蠶吐絲直接成網(wǎng)所制成的絲質(zhì)非織造布，在原理上啟示了今日的紡黏法非織造布的誕生。

公元前2世紀(jì)，我們的祖先受漂絮的啟發(fā)，發(fā)明了大麻纖維紙。漂絮是古代用絲制綿時(shí)在襯墊的竹墊上留下的一層薄薄的絲絮，這種漂絮和造紙濕法非織造布的生產(chǎn)原理十分相似。

（三）紡織品的仿真技術(shù)

滌綸仿真絲綢堿減量處理是仿生學(xué)原理在織物后整理中的應(yīng)用。堿減量處理就是用氫氧化鈉溶液處理滌綸織物，使之重量減輕的仿真絲綢整理。在處理過(guò)程中，滌綸的表面因纖維分子酯鍵水解而發(fā)生溶蝕，導(dǎo)致織物中纖維及紗線間隙增大，織物重量減輕，從而獲得良好的透氣性、形變恢復(fù)性、柔軟性、懸垂性和外觀酷似真絲綢的仿真效果。

（四）紡織品設(shè)計(jì)中的仿真技術(shù)

在紡織品設(shè)計(jì)中，運(yùn)用仿生學(xué)相似原理也屢見(jiàn)不鮮。如化纖織物的仿毛、仿絲、仿棉、仿麻、仿毛皮等。仿鹿皮、仿貂皮織物，既像毛皮又不是毛皮，很受消費(fèi)者歡迎。在花布圖案設(shè)計(jì)方面，仿形、仿色就更普遍了，各種動(dòng)物圖案、植物圖案和自然風(fēng)景圖案是仿生學(xué)與技術(shù)美學(xué)的完美結(jié)合。在色彩上更是豐富，有翡翠寶石色、東方陶瓷色、岳麓楓葉色、紫藤丁香色、傳書(shū)信鴿色以及叢林色、古典園林色、海濱色、沙灘貝殼色等大自然色調(diào)，都是仿生學(xué)在服裝色彩上的成功應(yīng)用。紡織品三大類之一的裝飾用織物的圖案設(shè)計(jì)更符合仿生學(xué)相似原理，裝飾織物具有物質(zhì)功能和精神功能雙重作用，是實(shí)用品，也是藝術(shù)品。因此，它的設(shè)計(jì)既要考慮實(shí)用性，更要考慮裝飾性。設(shè)計(jì)人員通過(guò)對(duì)大自然的模仿、概括、提煉和藝術(shù)夸張等手法，再運(yùn)用變色、變形、變調(diào)將自然形態(tài)上升到高于自然形態(tài)的藝術(shù)形態(tài)，從而給人以美的享受。

（五）服裝服飾中的仿生技術(shù)

仿生技術(shù)在服裝服飾中的應(yīng)用不僅歷史悠久，而且越來(lái)越廣泛。例如燕尾服的后擺仿照了燕子開(kāi)衩的毛羽，穿上這種燕尾服后顯得更加英俊瀟灑，風(fēng)度翩翩。現(xiàn)在人們對(duì)燕尾服的實(shí)用比以前少了，但在后擺開(kāi)衩的西服、風(fēng)衣上仍可見(jiàn)到燕尾服的影子。蝴蝶結(jié)也是在服飾中早已出現(xiàn)的蝴蝶形象，生動(dòng)而逼真，從頭結(jié)、領(lǐng)結(jié)到衣結(jié)、鞋結(jié)，應(yīng)用十分廣泛，它的應(yīng)用不但是服飾的一個(gè)重要組成部分，而且還具有錦上添花的效果。荷葉邊服飾在國(guó)內(nèi)外甚多，如外國(guó)歷代皇室貴族婦女日常都穿著連身蓬裙，達(dá)官貴人也都愛(ài)穿荷葉邊領(lǐng)子的衣衫，顯得格外雍容華貴，典雅而不俗。我國(guó)自古以來(lái)也有采用荷葉邊來(lái)美化衣著和生活環(huán)境的愛(ài)好，現(xiàn)在還常常見(jiàn)到在家居和賓館中的窗簾、舞臺(tái)上的幕布以及床罩、縫紉機(jī)套、電視機(jī)套等上綴有美麗的荷葉邊，以襯托出環(huán)境美。蝙蝠在我國(guó)民間視為吉祥物，人們?yōu)榱擞憘€(gè)吉利，常以“蝠”和圖案象征“福”，在新婚的床單、被罩和枕頭上常繡上雙蝠圖案，好比雙翼，比翼飛翔。為了烘托出蝙蝠翱翔時(shí)的英姿美態(tài)，服裝設(shè)計(jì)師還專門(mén)設(shè)計(jì)出蝙蝠羊毛衫、蝙蝠連衣裙等松身蝙蝠形蝙蝠系列服裝。清代時(shí)興的瓜皮帽由6塊黑色毛料或黑色貢呢拼縫而成，樣子像半個(gè)西瓜，是晚清時(shí)期男士的時(shí)興著裝。以上服飾具有物質(zhì)功能和精神功能的雙重作用，是實(shí)用品，也是藝術(shù)品，既有實(shí)用性，又有裝飾性。這是人們通過(guò)對(duì)大自然形態(tài)的模仿、概括、提煉和藝術(shù)夸張等手法，再運(yùn)用變色、變形、變調(diào)予以配合，將自然形態(tài)上升到高于自然形態(tài)的藝術(shù)境界，從而給人以美的享受，這不能不說(shuō)是仿生學(xué)的杰作。