エンジニア、研究者、建築家が共通の設計問題への答えを求めて生物の世界に目を向ける急成長しているバイオミミクリーの分野で、2014年はロボット工学、グリーンテクノロジー、医学におけるイノベーションの豊かな年として開かれました。科学者とエンジニアは、進化的に選択された特性を困難な設計課題に適用することの価値を公式に認識し、生物に触発された膨大な数の新技術を開発しました。ロボットのタコからモスアイの太陽電池まで、生物模倣はエンジニアリングの課題に対処する方法を形作り、技術の将来への大きな期待を告げました。
自然にデザインのインスピレーションを求めることは、新しいコンセプトではありませんでした。イタリアのルネサンス時代、発明家のレオナルドダヴィンチは、人力で飛行する機械を作るために、さまざまな空飛ぶ動物を研究しました。コウモリの膜の翼とその独特の動きに触発されて、レオナルドは上質なシルクで覆われた松のフレームを使って彼の「オルニトプター」の翼を作りました。羽ばたくと翼はねじれた。仕掛けは決して飛びませんでしたが、レオナルドのデザインは明らかに彼が熱心に観察した自然の偉業を模倣する試みでした。同様に、スイスのエンジニア、ジョージデメストラルは、1941年に狩猟用のジャケットと犬のコートに刺さった粘り強いバリからインスピレーションを得ました。バリの効率的なフッキングメカニズムにより、最終的に彼はベルクロとして知られる面ファスナーシステムを作成しました。
現代のバイオミミクリーは進化によって可能になります。自然が無数のプロトタイプを調べてテストし、特定の生物集団に適した適応を見つけるメカニズムです。選択的なプレッシャーにより、各バリエーションは究極のテストである生存に置かれます。形質が生物の競争、資源の利用、および繁殖を可能にしない場合、その形質は個体群から取り除かれます。このことを念頭に置いて、生物学者ジャニーン・ベンユスは、用語の造語バイオミミクリーを人間は自然界から提供されたテスト済みのデザインを借りることができ、借りるべきだという考えのために1997年に。バイオミミクリーにより、エンジニアと研究者は進化の成功を活用し、人間の環境の要求を満たすためにそれらを適用することができます。設計の課題をゼロから解決しようとする代わりに、科学者はアイデアの自然の実証済みの結果に目を向けることができます。
医学における生体模倣。
バイオミミクリーは医療分野でいくつかの魅力的な開発を可能にしました。テキサス大学オースティン校の研究者は、寄生虫ハエOrmia ochraceaの聴覚メカニズムを調べて、2014年に小型の過敏性補聴器を開発しました。O。ochraceaは、特殊な耳を備えており、クリケットの鳴き声に追従することができます。寄生する個人。人間では、音は片方の耳に届き、もう片方の耳に届く少し前に到達するため、脳は音が発する方向を識別できます。ハエの耳は非常に小さく非常に接近しているため、音はほぼ同時に耳に届きます。、の鼓膜を補うために、O. ochraceaをティーター・トッターに似た構造で接続されており、音の到達時間の小さな違いを増幅して、昆虫が獲物を正確に特定できるようにします。研究者たちは、シーソーのメカニズムをコピーして、次世代の補聴器で使用できる小さなデバイスを作成したり、特定の音や会話に焦点を当てたアダプティブマイクを作成したりしました。
寄生虫はまた、皮膚移植片を取り付けるために使用される新しい外科用マイクロニードルのインスピレーションとしての役割も果たしました。Pomphorhynchus laevisの寄生虫ワームの頭と同様に、これらの小さな針の先端は水と接触すると膨らみます。その機能により、ワームと針の両方が最小限の損傷で軟組織にくっつき、収縮して組織から離れるときに組織にほとんど外傷を与えません。科学者たちは、これらのマイクロニードルは簡単にリバーシブルであり、従来の外科用ステープルより3倍強い接着力を発揮することを発見しました。
バイオミミクリーは、病院やその他の医療施設での薬剤耐性菌の増加と闘うためにも使用されました。サメは他の多くの海洋生物よりもフジツボや藻類の影響を受けにくいことを観察した結果、研究者たちはサメの皮膚に微視的なテクスチャが見つかり、これらの生物の成長を大幅に阻害し、驚くべきことに、院内感染の原因となるさまざまな細菌のテクスチャを発見しました。研究者たちはこれらのテクスチャをコピーして、医療機器からコンピュータのキーボードに至るまで、さまざまな表面に適用できる有害なバクテリアの成長を防ぐために合成サメの皮を作成しました。
ロボット工学における生体模倣。
バイオミミクリーは多くの革新的なロボット形式の開発につながりました。 2014年、イタリアの研究者グループが、タコに触発された柔軟な多腕ロボットの特許を取得するプロセスを開始しました。伝統的に、ロボットはそれらの角のある形状と硬い体、それらの機能を低下させる要因によって制限されていました。障害物の上や周りを泳いで這うことができたロボットタコは柔らかく、物体をつかんで操作するための6つの柔軟な腕が特徴でした。泳ぐために、その柔軟な付属肢のいくつかは推進力を提供し、他は安定性を提供しました。今後の開発により、このようなロボットは深海探査や捜索救助活動に使用できるようになります。
同様に、バージニア大学のエンジニアは、エイとマンタに触発されたソフトボディの水泳ロボット「マンタボット」を構築していました。光線は強力な水泳選手であり、エネルギーを節約するために長距離を滑空することができます。シリコンとプラスチックで作られた柔軟な翼のようなフィンを備えたマンタボットは、実際のカウノースレイから成形されました。その効率的な水泳は実際の光線を模倣し、科学者のために海洋データを収集したり、軍隊のために水中監視を行ったりするために使用できます。
グリーンテクノロジーにおけるバイオミミクリー。
グリーンテクノロジーはまた、バイオミミクリアプリケーションの増加から恩恵を受けました。 2014年にスイスの研究者は、園芸品種の蛾の目から着想を得た新しいタイプの太陽電池を発表した論文を発表しました。夜に見て捕食者の注意を避けるために、蛾の目は光吸収で非常に効率的です。科学者たちは、酸化鉄で覆われた酸化タングステンの粒子を使用して、蛾の目がほとんどすべての入射光を吸収する方法を模倣して、高効率の太陽電池を作成することができました。他の太陽電池が反射する光を吸収することにより、それらの蛾に触発された太陽電池は、太陽技術を進歩させる大きな可能性を秘めていました。
開いた空を反映する窓との衝突によって殺される鳥のかなりの数を減らすために、生物模倣の科学者はインスピレーションを得るためにクモの巣を探しました。スパイダーシルクは紫外線（UV）反射であり、その機能は人間や多くの昆虫にはほとんど知覚されませんが、鳥に対する効果的な抑止力として機能し、したがってウェブが破壊されるのを防ぎます。科学者たちはこの機能を模倣して、蜘蛛の巣に似たパターンでUV反射素材のバンドが埋め込まれた鳥に安全なガラスを作成しました。米国では窓の衝突により毎年1億から10億羽の鳥が死亡すると推定されており、そのような鳥の死亡を劇的に減らす鳥安全ガラスの能力は、環境に優しい突破口になると約束されました。
生命の信じられないほどの多様性を考えると、生物模倣研究者は一見無限の生物の供給とそこからインスピレーションを得るための適応を持っていました。生物模倣は、砂漠のカブトムシを模倣した自己充足型のウォーターボトルから、疎水性の蓮の葉に触発された自己洗浄型ペイントに至るまで、技術の進歩の驚くべきコレクションにつながりました。人類が生物模倣を推進する生物多様性を保護できると仮定すると、この分野は革新的な解決策を生み出し続けることを約束します。数千年にわたって厳格にテストされた特性の進化を見ると、生物模倣によってエンジニアと科学者は「私たちの長老から学び」、自然の成功を利用して設計とテクノロジーに情報を提供することができました。
メリッサ・ペトルッツェッロ
