バイオミメティクス

バイオミメティクス（英えい: biomimetics）とは、「生物せいぶつの構造こうぞうや機能きのう、生産せいさんプロセスを観察かんさつ、分析ぶんせきし、そこから着想ちゃくそうを得えて新あたらしい技術ぎじゅつの開発かいはつや物もの造づくりに活いかす科学かがく技術ぎじゅつ」の意い^[1]。用語ようごとしては、1950年代ねんだいにアメリカ合衆国あめりかがっしゅうこくの神経しんけい生理学せいりがく者しゃオットー・シュミット（英語えいご版ばん）が初はじめて使用しようした^[1]。

日本語にほんご表記ひょうきとしては生物せいぶつ模倣もほう技術ぎじゅつ、生物せいぶつ模倣もほうと呼よばれることもある^[2]。SPEEDOがサメの肌はだの特徴とくちょうを模倣もほうすることで水みずの抵抗ていこうを低減ていげんした水着みずぎ「ファーストスキン」を開発かいはつしたことや、関西大学かんさいだいがくシステム理工学部りこうがくぶの教授きょうじゅである青柳あおやぎ誠司せいじが蚊かを模倣もほうして痛いたみの少すくない注射ちゅうしゃ針はり「マイクロニードル」を開発かいはつしたような事例じれいが、バイオミメティクスの例れいと言いえる^[2]。

サイエンスライターのジャニン・ベニュス（英語えいご版ばん）は、バイオミメティクスの考かんがえ方かたを拡張かくちょうし、環境かんきょう問題もんだいの解決かいけつと生態せいたい系けいの保全ほぜんを加くわえたより大おおきな概念がいねんとしてバイオミミクリー（英えい: biomimicry）を1997年ねんに『自然しぜんと生体せいたいに学まなぶバイオミミクリー』で提唱ていしょうしている^[1]^[3]。

概要がいよう[編集へんしゅう]

「バイオミメティクス」や「バイオミミクリー」は、複雑ふくざつな人間にんげんの問題もんだいを解決かいけつするために、自然しぜんの模型もけいや構造こうぞう、要素ようそを模倣もほうするものである。^[4]「バイオミメティクス」と「バイオミミクリー」という言葉ことばは古代こだいギリシャ語ごである「βίος（生命せいめい）」、「μίμησις（模倣もほう）」、「μみゅーιいおたμみゅーεいぷしろんῖσθαι（模倣もほうする）」から由来ゆらいするものである。近ちかしく、関連かんれんする分野ぶんやは生体せいたい工学こうがくである^[5]。

生体せいたいは、自然しぜんのなかで長ながい時間じかんをかけてうまく合あうようにその構造こうぞうや物質ぶっしつを進化しんかさせてきた。バイオミメティクスは巨大きょだいなものから、小ちいさなものまでの生体せいたい的てきな解決かいけつ法ほうによってひらめきを得える新あたらしい技術ぎじゅつを生うみ出だしてきた。人間にんげんは我々われわれが存在そんざいしている間あいだの問題もんだいの答こたえとして、自然しぜんをずっと研究けんきゅうしてきた。自己じこ回復かいふく能力のうりょく、環境かんきょう暴露ばくろ、疎水そすい性せい、自己じこ集合しゅうごう、太陽光たいようこうの利用りようなどは自然しぜんによってヒントを得えた工学こうがく的てき問題もんだいの例れいである。

歴史れきし[編集へんしゅう]

バイオミメティクスになりうる過去かこの例れいの一ひとつとして、人間にんげんの飛行ひこうを可能かのうにした鳥とりの研究けんきゅうが挙あげられる。いわゆる“飛行ひこう装置そうち”の開発かいはつとしては決けっして成功せいこうしたとは言いえないが、レオナルド・ダ・ヴィンチ（1452－1519）は解剖かいぼう学がくと飛行ひこうする鳥類ちょうるいの熱心ねっしんな観察かんさつ者しゃであり、飛行ひこう装置そうちのスケッチと同おなじくらい、観察かんさつしたものの大量たいりょうのノートとスケッチを作つくった^[6]。1903年ねんにはじめて空気くうきよりも重おもい航空機こうくうきの飛行ひこうに成功せいこうしたライト兄弟きょうだいは、飛とんでいる鳩ばとの観察かんさつから発想はっそうを得えたとも言いわれている^[7]。

1950年代ねんだい、生物せいぶつ物理ぶつり学者がくしゃ、博学はくがく者しゃであるオットー・シュミットは、バイオミメティクスの概念がいねんを発展はってんさせた^[8]。彼かれの博士はかせ研究けんきゅうではイカの神経しんけいを研究けんきゅうするなかで、神経しんけい伝達でんたつの生体せいたい的てき構造こうぞうを複製ふくせいする装置そうちを設計せっけいすることを試こころみることで、シュミットトリガーを開発かいはつした^[9]。彼かれは自然しぜん構造こうぞうを模倣もほうする装置そうちに注目ちゅうもくし続つづけ、1957年ねんまでに当時とうじの生体せいたい工学こうがくの基本きほん的てきな観点かんてんとは逆ぎゃくの認知にんちを持もっていた。それがのちに言いうバイオミメティクスの観点かんてんである^[8]。

オットー・シュミットは著書ちょしょの中なかで「生物せいぶつ物理ぶつり学がくはそれ自体じたいが視点してんとしてそこまで重要じゅうような分野ぶんやでない。それは物理ぶつり科学かがくの技術ぎじゅつや理論りろんを利用りようする、生物せいぶつ系けいの問題もんだいへの取とり組くみである。この側面そくめんは広ひろく無視むしされてきたが、逆ぎゃくに、生物せいぶつ物理ぶつり学がくは工学こうがくや物理ぶつり科学かがくの問題もんだいへの生物せいぶつ学者がくしゃの取組とりくみでもある。」と述のべている。

1960年ねん、ジャック・E・スティールも似にたような言葉ことばである、「バイオニクス」を造つくり出だした。スティールはバイオニクスを「自然しぜんから複製ふくせいしたいくつかの機能きのうを持もつ、もしくは自然しぜんの構造こうぞう、またはそれに類似るいじするものの特徴とくちょうを表あらわす自然しぜんのシステム」と定義ていぎづけた。

1969年ねん、シュミットはバイオミメティクスという言葉ことばを彼かれの記事きじの中なかのタイトルとして使用しようした。そして、1974年ねんまでにウェブスターの辞書じしょにたどり着つき、バイオニクスが同どう辞書じしょに1960年ねん前半ぜんはん、「生態せいたい系けいの機能きのうについてのデータの工学こうがくの問題もんだいの解決かいけつ法ほうへの応用おうように関連かんれんした科学かがく」として収録しゅうろくされた。バイオニクスはのちの1974年ねんにテレビシリーズになる「The Six Million Dollar Man」とそのスピンオフの原作げんさくとなった小説しょうせつ、「Cyborg」のなかでマーティン・ケイディンがジャック・スティールとその研究けんきゅうを引用いんようする際さいに別べつの意味いみを帯おびた^[10]。そのときはバイオニクスという言葉ことばは「電子でんし的てきに操作そうさされた人工じんこうの体からだの一部いちぶ」と「まるでそのような装置そうちによって支援しえんされることによって増幅ぞうふくされた普通ふつうの人間にんげんの力ちからをもつこと」という意味いみを含ふくむようになった。バイオニクスが超ちょう自然しぜん的てきな力ちからという意味いみを含ふくんだことで、英語えいご発音はつおんの国くにの科学かがく集団しゅうだんは、広ひろくその言葉ことばを使つかうことをやめた。

バイオミミクリーという言葉ことばは1982年ねんの初期しょきにあらわれた。科学かがく者しゃであり、作家さっかでもあるジャニン・ベニュスが1997年ねんに書かいた「Innovation Inspired by Nature」というバイオミミクリーを題材だいざいにした本ほんによって、この語かたりは大衆たいしゅう化かされた。バイオミミクリーは本ほんなどで「自然しぜんのデザインや人間にんげんの抱かかえる問題もんだいを解決かいけつする過程かていから発想はっそうを得えて、自然しぜんの模型もけいを学まなび、それらを模倣もほうする新あたらしい科学かがく」と定義ていぎづけられている。ベニュスは自然しぜんを「模型もけい、基準きじゅん、指導しどう者しゃ」としてみること、また、バイオミミクリーの目的もくてきとしての持続じぞく可能かのう性せいを強調きょうちょうすることを推奨すいしょうしている^[11]。

バイオミミクリーとは、生命せいめい・自然しぜん界かいにおける形状けいじょう、プロセス、生態せいたい系けいから学まなび、注意深ちゅういぶかく模倣もほうしていくことで、より持続じぞく可能かのうなデザインイノベーションを生うみ出だすことです。単たんに私わたしたち人間にんげん社会しゃかいの便利べんりさを追求ついきゅうするために自然しぜん界かいの智慧ちえを利用りようするのではなく、私わたしたち自身じしんが生態せいたい系けいの存在そんざいそのものであり、「いかに私わたしたちが自然しぜん界かいにフィットしていくか？」というあり方かたが土台どだいとなります。循環じゅんかん・再生さいせい型がたの社会しゃかいに向むけて、38億おく年ねんの長ながい年月としつきで培つちかった自然しぜん界かいの存在そんざいと叡智えいちに敬意けいいを払はらい、学まなばせて頂いただくことがバイオミミクリーの本質ほんしつです^[12]。

商業しょうぎょう的てき応用おうよう[編集へんしゅう]

制作せいさく[編集へんしゅう]

生物せいぶつの形態けいたいに似にた鉱こう化かは、鉱こう化かのための型かた板ばんとしての生態せいたい構造こうぞうを利用りようすることによって、それらの生体せいたいに似にた生態せいたい学がくや構造こうぞうを伴ともなった物体ぶったいを製造せいぞうする技術ぎじゅつである。これは、物質ぶっしつ製造せいぞうの他ほかの方法ほうほうに比くらべて安易あんいであり、環境かんきょう的てきに良性りょうせいであり、経済けいざい的てきである。

表示ひょうじ技術ぎじゅつ[編集へんしゅう]

蝶ちょうの羽はねは、色素しきそ沈着ちんちゃくというよりも、構造こうぞう的てきな彩色さいしきによって自みずからの彩いろどりを作つくりだす緻密ちみつ構造こうぞうを持もっている。多た分子ぶんし膜まくの干渉かんしょう、回折かいせつ、薄膜うすまくの干渉かんしょう、散乱さんらん特性とくせいによって入射にゅうしゃ光こうの波なみがある波長はちょうで反射はんしゃされると活気かっきのある美うつくしい色いろを出だす。これらの蝶ちょうの研究けんきゅうは横よこリブや微細びさいリブなどの緻密ちみつ構造こうぞうに応用おうようされている^[13]。この構造こうぞう的てきな発色はっしょくは、表皮ひょうひと空気くうきの交互こうごの層そうと多分たぶん子こ膜まくの干渉かんしょうの模型もけいの使用しようによって簡単かんたんに説明せつめいされる。実じつは、石鹸せっけん泡あわの発色はっしょくの裏うらのこれと同おなじ原理げんりは、蝶ちょうの羽はねに応用おうようされている。蝶ちょうの羽はねの色いろは、このような構造こうぞうから構造こうぞう的てきに干渉かんしょうするいくつかの例れいによるものである。光通信ひかりつうしん学がく緻密ちみつ構造こうぞうも硫酸りゅうさんチタニウムや酸化さんかジルコニウム、酸化さんかアルミニウムなどの金属きんぞく酸化さんか物ぶつ、金属きんぞくアルコキシドを利用りようして複製ふくせいされている。

蝶ちょうの羽はねの技術ぎじゅつに基もとづいた表示ひょうじ技術ぎじゅつはクアルコムによって2007年ねんに商業しょうぎょう化かされた反射はんしゃ的てきな財産ざいさんである。この技術ぎじゅつは、それぞれの画面がめんのピクセルの中なかで見みることのできる望のぞましい色いろだけの光ひかりを反射はんしゃさせる干渉かんしょう変調へんちょうを利用りようしている^[14]。

反射はんしゃ防止ぼうし[編集へんしゅう]

ガの目めの表面ひょうめんには200nmの六角形ろっかっけいの突起とっきが300nm間隔かんかくで並ならんでおり、光ひかりの反射はんしゃを防止ぼうしする効果こうかがある。この構造こうぞうは「モスアイ（Moth Eye、ガの目め）構造こうぞう」と呼よばれている^[15]。これを液晶えきしょうパネルやフェイスシールドの写うつし込こみ防止ぼうしとして利用りようされている^[16]。

可能かのうな将来しょうらい的てき応用おうよう[編集へんしゅう]

バイオミメティクスはその原理げんりにおいて様々さまざまな分野ぶんやで応用おうようされる。生態せいたい系けいの複雑ふくざつさにより、模倣もほうされうる特徴とくちょうの数かずは膨大ぼうだいである。バイオミメティクスの応用おうようは原型げんけいに対たいして商業しょうぎょう的てきに利用りようになる技術ぎじゅつからの発展はってんのさまざまな段階だんかいにいる^[17]。

原型げんけい[編集へんしゅう]

研究けんきゅう者しゃは、アフリカの外気がいきが1.5度どから40度どまで変化へんかするにもかかわらず、シロアリがアリ塚づかのなかの温度おんどと湿度しつどを一定いっていに保たもつという能力のうりょくを学まなんだ。研究けんきゅう者しゃは最初さいしょにアリ塚づかをスキャンし、アリ塚づかの構造こうぞうの3Dモデルを作つくった。それは人間にんげんのための建造けんぞう物ぶつにも応用おうようできる構造こうぞうであるということがわかった。ジンバブエのハラレ^[18]にあり、中層ちゅうそうの複雑ふくざつな建物たてものであるイーストゲートセンターは空調くうちょうなしに冷つめたい状態じょうたいを保たもつことができる。また、同おなじ規模きぼの一般いっぱん的てきな建物たてもので使つかわれるエネルギーの10%しか使用しようしていないということも分わかっている。

構造こうぞう工学こうがくにおいて、チューリッヒ工科こうか大学だいがくはバイオメティクスの特徴とくちょうを適応てきおうできる配置はいち可能かのうな”テンセグリティ”な橋はしに応用おうようした。この橋はしは自己じこ診断しんだんと自己じこ修復しゅうふくを行おこなうことができる^[19]。

技術ぎじゅつ[編集へんしゅう]

現実げんじつ的てきな水中すいちゅう接着せっちゃくは、水みず和わ層そうや表層ひょうそうの汚染おせん物質ぶっしつなどの障害しょうがいによって、現在げんざいの技術ぎじゅつでは水中すいちゅうで強つよくくっつけることができないため、工学こうがくの課題かだいであった。しかし、海うみのイガイは海うみという厳きびしい状況じょうきょう下かでも、簡単かんたんに、効率こうりつ的てきに水中すいちゅうの表面ひょうめんにくっつくことができる。彼かれらは強つよい細ほそ糸いとを使つかって、強つよい波なみに一掃いっそうされることを防ふせぎ、イガイの足あしのタンパク質たんぱくしつは岩いわやボートの繊維せんい、実際じっさいにほかのイガイを含ふくんだどんな生物せいぶつの表面ひょうめんにもくっつき、波なみ掃引そういん海岸かいがんの間あいだ潮しおの区画くかくにある岩いわに付着ふちゃくする。これらのタンパク質たんぱくしつは、特とくに接着せっちゃく剤ざいの目的もくてきに適合てきごうさせるアミノ酸あみのさんの残のこりを混まぜ合あわせたものからできている。カリフォルニア州しゅうのサンタバーバラの大学だいがくからきた研究けんきゅう員いんはナノ加工かこうにおいて活動かつどうするための可能かのう性せいと両性りょうせい高分子こうぶんし電解でんかい質しつ^[20]と接着せっちゃくシステムの一ひとつの成分せいぶんを造つくり出だすという、濡ぬれているなかでの接着せっちゃくの工学こうがく的てき課題かだいを乗のり越こえるためにイガイの足あしを使つかって化学かがくを簡略かんりゃく化かして借かりている^[21]。

ミイデラゴミムシの強力きょうりょくな虫むしよけの噴霧ふんむからは、スウェーデンの会社かいしゃの微細びさいな霧きりのスプレーの技術ぎじゅつ開発かいはつが行おこなわれた。これはエアゾールスプレーに比くらべてはるかに炭素たんそ排出はいしゅつ量りょうが少すくないと言いわれている。カブトムシは化学かがく物質ぶっしつをまぜて、腹部ふくぶの端はしにある可変かへんのノズルを経由けいゆして噴射ふんしゃし、獲物えものを刺さしたり動揺どうようさせたりする。

バイオミメティクスは目めや光通信ひかりつうしん学がくの分野ぶんやでは大おおきく注意ちゅういを引ひいている言葉ことばである。たとえば、セルロースのキラル自己じこ組織そしき化かはポリア・コンデンサータの光学こうがく的てきに活発かっぱつな映画えいがを作つくる開発かいはつに影響えいきょうを与あたえた。似にたようなものだが、昆虫こんちゅうの普通ふつうではない能力のうりょくをまねることで、総そう分離ぶんりはアクリル樹脂じゅしから光ひかりが白しろく散乱さんらんするものを作つくることに使つかわれていた。

出典しゅってん[編集へんしゅう]

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^ ^a ^b 谷田貝やたがい光ひかり克かつ「第だい1章しょう自然しぜんに帰かえろう 3.天然てんねん物ぶつの複雑ふくざつな構造こうぞう式しきは天てんからの貴重きちょうな授さずかりもの」『自然しぜん浴よくのすすめ』フレグランスジャーナル社しゃ、2017年ねん。ISBN 978-4894792777。
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