第四节 仿生学在新型服装面料开发中的应用

仿生学是模仿生物的科学，即研究生物系统的结构、物质、功能、能量转换、信息控制等特征，并将研究结果应用于技术系统，以改善现有的技术工程设备，创造新的工艺过程、建筑构型、自动化装置等的科学。它是一门属于生物科学与技术科学之间的边缘科学，涉及生理学、生物物理学、生物化学、物理学、数学、控制论、工程技术学等学科领域的交叉学科。其任务是将生物系统的优异能力及产生的功能原理和作用机理作为生物模型进行系统研究，再运用于新技术设备的设计与制造或者使人造技术系统具有类似生物系统的特征。

因此，仿生学的出现极大地丰富了人思维的想象力，拓宽了思维的视野，生物界的一些结构、运动形式和规律为发现或发明新事物、创立新的理论提供了科学依据。生动界各种丰富多彩的功能具有极其复杂和精巧的机构，其奇妙的程度远远超过许多人造机器。因而在纺织工业的进一步发展中，人们需要向生物界寻找启发并进行模拟，以推动高新技术在纺织工业中的应用。

一、纺生学的相似原理

（一）相似寓于万物之中

在世界上，任何事物之间均有近似相同的现象。宇宙之间的事物千差万别、千变万化，但总可以从中发现大量的相似现象，这是由于宇宙是由物质统一构成的。物质越是微观，其结构越是相似，若表现为宏观，就是其物理、化学性质越相似。从另一方面来看，某种事物在发展过程中必然存在着相同和变异，才能有所发展。因此，相似是发展着的事物相同与变异的统一。相似既存在于不同种事物之中，也存在于同种事物之中，它属于现象范畴。只有对现象上相似和本质上同一的关系有了认识，才能易于把握事物的本质。同时，也只有充分掌握事物的形状结构和功能结构的相似，才能把握事物作用的相似关系。因而人们常常利用形状结构和功能结构相似的材料、器件来研制出代替原来物品或更优于原来物品的新技术，为人类创造出更加丰富，更加精美的物质财富供人们享用，为推动科学技术的发展和提高人们的生活质量作出贡献。

（二）相似原理

关于事物相似的原理，主要有以下两点：

（1）相似事物都是由相似的单元、层次排列组合而来的。这里所指的单元，是指组成事物内部结构的最基本、最简单的一种单位；所谓层次，是指事物内部相互作用、相互联系、相互制约最为紧密的相对独立的部分。一般复杂的事物都具有多层次的结构形式。科学技术的发展在某种意义上讲就是这一原理的发现与应用，所有的新发现都是和原有基础分不开的，都是一个相互套在一起，由小到大、由低级到高级的综合相似形，演化为更复杂、更庞大的体系。相似的基因、相似的条件和环境产生相似的结构。这一原理表明，如果要把相似的目标由可以变为现实，就必须具备相似的基因、相似的条件和相似的环境。

（2）事物包含的与相关事物的相似功能越多，其作用就越大，应用范围也就越广。相似原理是仿生学的基础，即没有相似原理仿生就无从谈起，科学技术的发现与进步离不开仿生学，纺织工业的进步也是如此，依靠仿生学可以研制出许多新产品。

（三）仿生学的研究内容

仿生学有仿形、仿色，也有仿机理、仿功能。其实，仿就是模仿，既仿形也仿实，运用其机理模仿其功能。这种模仿渗透着高新技术的应用和艺术的巧妙运用。以绘画中常用的术语来说，模仿不但要形似而且还要神似，这种既相似又不是的手法便是仿生学的相似原理。在人们的生活、生产和科学实践中早已不知不觉地运用了仿生学的相似原理。在科学技术高速发展的今天，人们在仿生学方面已经可以做到以假乱真、巧夺天工的地步。

二、仿生学在纺织工业中的应用

（一）化学纤维的发明

蚕丝生产要受桑树种植条件的限制，而且一只蚕一生仅吐一个茧，一个茧仅有0.5g重的丝。因此，人们在努力提高天然蚕丝产量的同时，也希望运用仿生学的原理，人工制造出一种同天然蚕丝相似的纤维。

早在1743年，法国化学家柳缪尔等人观察蚕吐丝造茧的时候，就想找出蚕吐丝的秘密，以便仿照这一过程用桑叶制造出相似的纤维来，但因找不到能溶解桑叶的溶剂而失败。后来，化学家在测定蚕丝和桑叶的组成时，发现二者都含有炭、氢、氧3种元素，而蚕丝还含有氮，根据含有氮的启示，1884年，瑞士化学家奥丹玛斯将纤维素用硝酸处理后制成了硝酸纤维，这种含氮的纤维素可溶解于酒精，配制出了人造纤维。使硝酸纤维能够投入生产，还要归功于法国人查顿。1885年，他用自己制得的硝酸纤维织成了一件光耀夺目的衬衣，在巴黎博览会上展出，引起了人们的极大兴趣。但是，由于这种纤维制造成本太高，强力很低，又容易燃烧，没有得到应用推广。1891年，英国化学家查尔斯·克劳斯和爱德华·贝文发明了一种性能比较优良的黏胶纤维。1936年，意大利科学家第一次从牛乳里提炼出乳酪蛋白质，制成人造纤维，以后又有人陆续从大豆、花生和玉米里把蛋白质分离出来，制成了人造纤维。这几种纤维都以食物作原料，尽管其性能与羊毛相似，却仍不能大规模地生产。随着人们对自然规律认识的不断深化，以煤、石油、天然气产品为原料的合成纤维便逐渐发展起来。其后又相继研究开发成功仿毛（多角形、扁平形、带状形、中空等异形纤维）、仿丝（三角形等异形纤维）和仿麻（扁平形、带状形等异形纤维）等各种新型化学纤维，为发展纺织工业、增加纺织新产品作出了贡献。

（二）非织造布的诞生

非织造布是一种崭新的纤维制品，近30年来发展速度很快，其产品涵盖了传统纺织品应用的各个领域，成为纺织工业中最年轻而又最有发展前途的一个产业，被人们誉为纺织工业中的朝阳产业，是一个激动人心的潜力巨大的新型领域。但这项技术对仿生学原理的应用，可追溯到几千年前的中国古代社会，甚至比机织物和编织物的发展历史还要早。古代的游牧民族在实践中发现和利用了动物纤维的缩绒性，掌握了制毡技术，他们用羊毛、骆驼毛等动物毛，加一些“化学助剂”（如热水、尿或乳精等），通过脚踩或棍棒打击等机械作用，使纤维相互纠结，制成用于鞋、帽和床垫的毡制品，这种毡制品制造技术的延伸与发展，便成为现在的针刺法非织造布生产方法。

早在7000年以前，中国就能将野蚕驯养和纯化成家蚕，抽丝制帛，用于制作服装和服饰，这是利用蚕吐丝直接成网所制成的丝质非织造布，在原理上启示了今日的纺黏法非织造布的诞生。

公元前2世纪，我们的祖先受漂絮的启发，发明了大麻纤维纸。漂絮是古代用丝制绵时在衬垫的竹垫上留下的一层薄薄的丝絮，这种漂絮和造纸湿法非织造布的生产原理十分相似。

（三）纺织品的仿真技术

涤纶仿真丝绸碱减量处理是仿生学原理在织物后整理中的应用。碱减量处理就是用氢氧化钠溶液处理涤纶织物，使之重量减轻的仿真丝绸整理。在处理过程中，涤纶的表面因纤维分子酯键水解而发生溶蚀，导致织物中纤维及纱线间隙增大，织物重量减轻，从而获得良好的透气性、形变恢复性、柔软性、悬垂性和外观酷似真丝绸的仿真效果。

（四）纺织品设计中的仿真技术

在纺织品设计中，运用仿生学相似原理也屡见不鲜。如化纤织物的仿毛、仿丝、仿棉、仿麻、仿毛皮等。仿鹿皮、仿貂皮织物，既像毛皮又不是毛皮，很受消费者欢迎。在花布图案设计方面，仿形、仿色就更普遍了，各种动物图案、植物图案和自然风景图案是仿生学与技术美学的完美结合。在色彩上更是丰富，有翡翠宝石色、东方陶瓷色、岳麓枫叶色、紫藤丁香色、传书信鸽色以及丛林色、古典园林色、海滨色、沙滩贝壳色等大自然色调，都是仿生学在服装色彩上的成功应用。纺织品三大类之一的装饰用织物的图案设计更符合仿生学相似原理，装饰织物具有物质功能和精神功能双重作用，是实用品，也是艺术品。因此，它的设计既要考虑实用性，更要考虑装饰性。设计人员通过对大自然的模仿、概括、提炼和艺术夸张等手法，再运用变色、变形、变调将自然形态上升到高于自然形态的艺术形态，从而给人以美的享受。

（五）服装服饰中的仿生技术

仿生技术在服装服饰中的应用不仅历史悠久，而且越来越广泛。例如燕尾服的后摆仿照了燕子开衩的毛羽，穿上这种燕尾服后显得更加英俊潇洒，风度翩翩。现在人们对燕尾服的实用比以前少了，但在后摆开衩的西服、风衣上仍可见到燕尾服的影子。蝴蝶结也是在服饰中早已出现的蝴蝶形象，生动而逼真，从头结、领结到衣结、鞋结，应用十分广泛，它的应用不但是服饰的一个重要组成部分，而且还具有锦上添花的效果。荷叶边服饰在国内外甚多，如外国历代皇室贵族妇女日常都穿着连身蓬裙，达官贵人也都爱穿荷叶边领子的衣衫，显得格外雍容华贵，典雅而不俗。我国自古以来也有采用荷叶边来美化衣着和生活环境的爱好，现在还常常见到在家居和宾馆中的窗帘、舞台上的幕布以及床罩、缝纫机套、电视机套等上缀有美丽的荷叶边，以衬托出环境美。蝙蝠在我国民间视为吉祥物，人们为了讨个吉利，常以“蝠”和图案象征“福”，在新婚的床单、被罩和枕头上常绣上双蝠图案，好比双翼，比翼飞翔。为了烘托出蝙蝠翱翔时的英姿美态，服装设计师还专门设计出蝙蝠羊毛衫、蝙蝠连衣裙等松身蝙蝠形蝙蝠系列服装。清代时兴的瓜皮帽由6块黑色毛料或黑色贡呢拼缝而成，样子像半个西瓜，是晚清时期男士的时兴着装。以上服饰具有物质功能和精神功能的双重作用，是实用品，也是艺术品，既有实用性，又有装饰性。这是人们通过对大自然形态的模仿、概括、提炼和艺术夸张等手法，再运用变色、变形、变调予以配合，将自然形态上升到高于自然形态的艺术境界，从而给人以美的享受，这不能不说是仿生学的杰作。