2特集

31特集 1

古くて新しい，バイオミメティクス

生産と 160 万人の雇用をもたらす”という予測をことで防音効果が得られることはよく知られている。

行った。2010 年に名古屋で開催された生物多様性

機械系バイオミメティクスの研究は，軍事産業，鉄条約第 10 回締約国会議（COP10）に先駆けて日本経道や船舶，航空機，自動車産業，マイクロマシンや団連が行った「経団連生物多様性宣言」では，“自然MEMS などの先端技術分野のみならずエコ家電製の摂理と伝統に学ぶ技術開発を推進し，生活文化のである酵素の反応部位の化学構造が明らかになった品などにも影響をあたえている。昆虫の飛翔や魚のイノベーションを促す科学技術”としてバイオミミことで，有機化学や物理化学の手法を用いて生体反泳ぎをまねたロボット開発も盛んである。第 4 次産

クリーを取り上げ，その例として，“絹糸の新繊維

千歳科学技術大学 応用化学生物学科教授

1. バイオミメティクスって，何？
―分子から生態系までパンタグラフにフクロウの風切羽の構造を適用する

下村政嗣バイオミメティクス（biomimetics）は生物模倣と応を分子レベルで解明できたからである。人工光合業革命と称される Industrie 4.0 で盛り上がっていへの応用”や“モルフォチョウの羽の構造の発色技術訳される。生物に学ぶという考え方は古く，レオナ

成の研究は色素増感太陽電池の基礎となり，人工筋る今年のハノーバー・メッセでは，ドイツの機械メーへの応用”，“フクロウの羽やカワセミのくちばしのルド・ダ・ビンチにさかのぼる。バイオミメティクス

肉を意識したゲルアクチュエーターの研究はソフトカー FESTO 社が，共同作業を行うアリ型ロボット形の新幹線の空気抵抗低減への応用”，“カタツムリという言葉は，1950 年代後半に神経生理学者のオッマテリアルの基盤になった。その後，分子生物学の（BionicANTs）や，ぶつかることなく群舞する蝶型の殻の構造を汚れにくい建材技術への応用”，“ハストー・シュミットによって提唱された。彼は，神経大きな展開によって遺伝子を中心として生命現象をロボット（eMotionButterflies）の デ モ ン ス ト レ ーの葉の微細構造の撥水技術の応用”などを紹介してシステムの信号処理がノイズの影響を受けにくいこ解明する研究が生物学の主流になっていくなかで，ションを行っている。

いる。バイオミミクリーはバイオミメティクスなのとをヒントに，入力信号からノイズを除去し矩形波

分子系バイオミメティクスの潮流は，80 年代後半今世紀に入り欧米を中心に，材料系バイオミメである。
バイオミミクリーの命名者は，「Biomimicry:に変換するシュミット・トリガーとよばれる電気回における分子エレクトロニクスの台頭と相まって分ティクスとよぶべき新たな潮流がおこった。蓮の葉Innovation Inspired by Nature」の著者のジャニン・路を発明した。40 年代には，植物の種が動物の毛子組織化学や超分子化学を生みだし，インテリジェの超撥水性，ヤモリや昆虫の足の接着性，サメ肌にベニュスである。エコロジストでもある彼女は，に付着することをまねた面状ファスナー

ント材料やスマート材料などを支える分子ナノテク

よる防汚性や低流体抵抗，蛾の眼の無反射性，モル“Biomimicryʼs Climate-Change Solutions:（VELCRO® や，マジックテープのこと）が製品化さノロジーへと展開する。

フォ蝶の鱗粉が放つ構造色など，生物表面に形成さWould Nature Do It ?”と主張する。“バイオミミクHowれている。1935 年にデュポン社のカロザースが発機械工学や流体力学の分野でもバイオミメティクれるナノ・マイクロ構造に起因する特異な機能が明リー”には，エネルギーや資源，環境など，科学技明したナイロンは絹糸を模倣した合成繊維として有スの研究開発が活発である。潜水艦のソナーはコウらかにされ，これらを模倣して，テフロンを使わな術と経済活動が直面する喫緊の課題が反映されてい名である。

モリの反響定位のバイオミメティクスであり，昆虫い撥水材料，接着剤を使わない粘着テープ，スズ化るのである。の感覚毛を模倣した気流センサーなどが開発されて合物を使わない船底防汚材料，航空機の燃費向上塗

産業革命以来の“人間の技術体系”は，化石資源やで模倣するバイオミメティック・ケミストリーが世いる。新幹線の形状がカワセミのくちばし形状を模装，金属薄膜を使わない無反射フィルム，色材を用原子力をエネルギー源とし，鉄，アルミ，シリコン界的な潮流となる。X 線構造解析によって生体触媒倣してトンネル突入時の流体抵抗を低減することや，いない発色繊維などが開発されている。前世紀末かなどを原料として，高温，高圧プロセスでモノを作

70 年代になり，酵素や生体膜などを分子レベルらのナノテクノロジーの世界的な発展によって，走り，情報や価値を生みだしてきた。一方生物は，太査型電子顕微鏡（SEM）の性能が著しく向上し広く陽光や化学エネルギーを源に，炭素を中心とする有普及した。それまでニッチであった生物の“サブセ機物（CHOPINS）を用いた常温，常圧プロセスにルラー・サイズ構造”でもあるナノ・マイクロ構造がよって時間をかけながらモノを作る，“生物の技術明らかにされたのである。生物学者や博物学者が明体系”とも言うべき仕組みをもっている。“生物の技らかにした生物のもつ表面階層構造をヒントにして，術体系”のパラダイムは“人間の技術体系”と異なる。

材料ナノテクノロジーの研究者が類似の構造を人工

蓮の葉の表面には細胞よりも小さな凸凹があり，的に製造し，その構造に起因した機能を人工的に発ナノ・マイクロスケールの凸凹構造が撥水性を高め現させようとする研究が欧州，とりわけドイツと英ることはよく知られた現象である。凸凹構造を使え国から生みだされた。材料科学の成果は生物学にばテフロンコーティングは不要である。蓮の葉の撥フィードバックされる。ここに，生物学と工学の水機構は，持続可能性に寄与する“汎用元素を利用win-win の共同研究のループができあがった。

したセルフクリーニング材料技術”のパラダイムを

2．バイオミミクリーって，何？
―持続可能性へのパラダイムシフト

図1

バイオミメティクス研究開発の潮流示している。ヤモリは壁や天井をはい回ることができる。その指先には，分岐した微細毛が密集しており，微細構造による大面積化でファンデルワールス

2010 年 に サ ン デ ィ エ ゴ 動 物 園 は「Global

力という弱いエネルギーの集積化によって大きな力Biomimicry Efforts: An Economic Gameを得ている。接着剤フリー，溶剤フリーの接着技術

Changer」と題する経済レポートにおいて，“バイオであり，建材，エレクトロニクス実装のリサイクルミミクリーが，15 年後に年間 3000 億ドルの国内総可能な省エネプロセスが可能となる。アワビの殻は

45特集 1特集 1

常温常圧でのバイオミネラリゼーションで作られたエネであり，ナイジェリアでは“biomimetic smart

ドイツ規格協会は，2011 年にジュネーブの国際“No large aircraft is yet able to fly like a

有機無機複合構造であり，焼結で作製する強靭なセcity”と評される環境都市設計構想もある。これらの標準化機構に対してバイオミメティクスに関する新dragonfly” と し て 紹 介 さ れ た ト ン ボ 型 ド ロ ー ン

ラミクスに匹敵する材料強度を示す。“生物の技術動向は，生態系バイオミメティクスと称すべきトレし い 技 術 委 員 会 の 提 案 を 行 い，ISO TC266（Dragonfly Drone）で あ る 四 枚 翅 飛 翔 ロ ボ ッ ト体系”は持続可能であり，その生き残り戦略と進化ンドとしてとらえるべきであり，個々の生物の形態Biomimetics がスタートした。2012 年にベルリン

BionicOpter などが有名である。今般開発された適応の結果が生物多様性である。進化適応を“壮大やそれにともなう機能のみならず，生態系システム

で 開 催 さ れ た 1 回 目 の 国 際 委 員 会 で は，BionicANTs や eMotionButterflies は，個体と個体なるコンビナトリアル・ケミストリー”ととらえるこや環境との相互作用までをも視野に入れることで，“Terminology and methodology”，“Structure andの相互作用に着目したものであり，Industrie 4.0とで，“生物の技術体系”のパラダイムを読みとるこ

生物模倣技術は持続可能性に向けた技術革新をもたmaterials”，“Biomimetic optimization”の 3 つの作の 中 核 的 な 基 盤 で あ る“モ ノ の イ ン タ ー ネ ッ ト”とができる。バイオミメティクスは，持続可能性にらす総合的な工学体系＝生物規範工学となる。

業委員会が設置された。さらに，パリで開催された（IoT：Internet of Things）を意識しているとともに，第 2 回 国 際 委 員 会 に お い て， 日 本 か ら 提 案 し た

バイオミメティクスの新しいトレンドである生態系“Knowledge infrastructure of biomimetics”に関すバイオミメティクス，つまり，システムの考え方がる作業委員会が承認された。この提案は，生物学と反映されているように思われる。

向けた生物に学ぶパラダイムシフトである（図 2）。
さらに，生物は個体として生存しているわけでは

3．バイオミメティクスの展開―情報科学が繋ぐ生物と工学ない。群れにおいては，個体と個体の相互作用があ

バイオミメティクスでは生物学から工学への技術

工学の概念の相関性を整理記述するオントロジーのバイオミメティクスがもたらすパラダイムシフト

り，社会が生まれる。さらには，多様性と相互作用，移転が不可欠である。膨大な生物学データベースか手法を使い，異分野間で相互に使える類語辞書（シと，バイオミミクリーが問う持続可能性への寄与を非生物学的な自然現象との複雑な相互作用により生ら工学的発想を導きだすのである。バイオミメティ

ソーラス）を構築する手順の標準化である。異分野統合し，情報科学によって生物学と工学を融合した態系システムが構築され環境をなす。FESTO 社のクスの普及においては，生物学的情報と工学的情報間でのテキスト情報検索によるデータマイニングが総合的技術体系を確立する必要がある。文部科学省

ロボットや，魚群の衝突回避を模倣して日産が開発を結びつける知識インフラの整備が不可欠である。

可能となる。

は平成 24 年度から科学研究費新学術領域「生物規範した集団走行ロボットカー EPORO などは，群れの博物館や大学などが所蔵する収蔵物＝インベント

一方，画像は，直截的にインスピレーションを誘工学」をスタートし，環境省は第四次環境基本計画

バイオミメティクスであり，輸送の効率化や渋滞のリーを工学的に利用できるデータベースにする必要発する情報である。とりわけ電子顕微鏡の画像は，に基づき，平成 25 年〜 26 年に「自然模倣技術・ シ回避，事故低減による安心安全への寄与は大きい。

がある。しかし，工学者にとって生物学データベー生物の構造と機能を解明する上で重要であるとともステムによる環境技術開発推進」に関する検討をまた，蟻塚の空調を模倣したパッシブ・クーリング

スは“宝の山”ではあるものの，異分野のデータベーに材料設計を支援する。北海道大学の長谷山美紀教行った。進化と適応の結果である生物の多様性が，（受動的冷房）を備えたイーストゲートセンタービル

スに闇雲に入ることはできない。生物学と工学を繋授が開発した類似画像検索システムは，“画像によ制約された環境の下で持続可能な“モノ作り”や“ま（ジンバブエの首都ハラレにある複合商業施設）は省ぐのは，情報科学である。

る画像の検索”によって，知識が少ない異分野のデーちづくり”を可能とする技術革新のヒントを与えてタ検索を可能とした。これは，膨大の量の画像情報くれるに違いない。

から，生物学者の“経験や勘に基づく知識で，言葉などで表現が難しいもの”である“暗黙知”を，工学的発想を誘発する“形式知”に変換する技術移転のツールでもある。思いつきや偶然の発見に頼るのではなく，システマティックな発想誘起が可能となる。

4．おわりにドイツ政府の国家戦略である第 4 次産業革命とも言われている Industrie 4.0 は，自立分散型の生産
シ ス テ ム を 目 指 し て お り， 物 の イ ン タ ー ネ ッ ト（Internet of Things, IoT）と 3D printing，そして標準化が重要だと言われている。
今年のハノーバー・
メ ッ セ は Industrie 4.0 一 色 で あ っ た。 こ れ ま でFESTO 社がハノーバー・メッセで展示したバイオ
ミメティック・ロボットは，個々の生物が有する性質や機能にヒントを得たものが主であった。魚のヒレ（fin ray：鰭条）の運動性にヒントを得た Fin Ray
Effect® とよばれる柔軟構造を使ったグリップや，
Fin Ray グリップを先端に装着した象の鼻を模した
図2

バイオミメティクスはパラダイムシフト

ロボットアーム，2013 年のルフトハンザ機内誌で

参考文献
1）文部科学省 科学研究費新学術領域「生物規範工学」，高分子学会 バイオミメティクス研究会，エアロアクアバイオメ
カニズム学会監修，「生物模倣技術と新材料 ･ 新製品開発への応用」，技術情報協会，2014
2）特集

工学と生物学の融合により次世代型のモノづくりを実現するバイオミメティクス−生物多様性に学ぶ技術革新，OHM，第 102 巻第 1 号，オーム社，2015
3）ジャニン・ベニュス，「自然と生体に学ぶバイオミミク
リー」，山本 良一 , 吉野 美耶子（訳），オーム社，2006
4）バイオミミクリーは世界を救う，月刊事業構想，2013 年 4月号
5）長谷山美紀，“ものづくりの発想を支援する - バイオミメ
ティクス・画像検索基盤 -”，現代化学，31-34, 2015