バイオミミクリーの仕組み

未来の潜水艦は、小刻みに動く魚のヒレの助けを借りて水中を高速で進みます。飛行機は翼を羽ばたかせながら雲の中を上昇していきます。おそらく、このような自然からインスピレーションを得たテクノロジーは SF の空想の世界でしか見たことがありませんが、この設計アプローチはすでに存在しています。発明家や技術者は、先史時代からインスピレーションを求めて自然に目を向けてきました。

世界は驚くべき生物学的革新に満ちており、そのどれもが何百万年もの進化の産物です。テクノロジーを設計するとき、自然界にあるソリューションからインスピレーションを得ることは意味があります。これがバイオミメティクスです。初期の生物模倣の例には、動物が周囲と対話する様子を観察することによって、狩猟、避難、生存技術を学ぶ人間が含まれます。

人間にはク​​マのような激しい爪や優れた狩猟本能はありませんでしたが、クマの技術を真似することはできました。そして人間は、ますます複雑な装置を設計し始めましたが、自然の模範に目を向け続けました。 15 世紀のレオナルド ダ ヴィンチの飛行機械のスケッチから、4 世紀後にライト兄弟が最初に成功したプロトタイプに至るまで、飛行機は生体模倣の完璧な例です。結局のところ、人間の飛行の夢は鳥の観察に集中していました。

バイオミミクリーとは何ですか?

バイオミミクリーとは、より良い形態、プロセス、システム、戦略を作成するために自然界のモデルを模倣する実践です。動植物は何億年もかけて状況に適応し、解決策を見つけてきたので、人間も同じ原理を使って同様の問題に対する解決策を見つけることができます。

あなたは毎日、おそらく気づかないうちに、生体模倣の例に遭遇しています。たとえば、ベルクロ技術は、バリのある種子の袋が動物の毛皮に張り付く方法からインスピレーションを受けました。現代の皮下注射針は、ガラガラヘビの牙からいくつかのヒントを得ています。ナイキは、ヤギの蹄の牽引力の性質をランニング シューズのデザインに応用したこともあります。

もう 1 つの顕著な例は、風力タービンの設計にあります。風力タービンブレードの効率は、ザトウクジラのひれからインスピレーションを得た設計によって強化されました。これらのクジラは、前縁に沿って小さな結節のような隆起のあるヒレを持っています。

同様の構造を風力タービンのブレードに組み込むことにより、風速が低い場合でもブレードがより多くのエネルギーを生成できることが観察されました。これにより、プロセス中の抵抗と騒音公害を軽減できます。これらのデザインは、実際に生体模倣が行われている例であり、自然から大量のインスピレーションを得る私たちの驚くべき能力を示しています。

この記事では、バイオミミクリーが生物学と工学の分野を橋渡しし、自然界のイノベーションを利用してテクノロジーとデザインを改善する方法を探ります。

自然からインスピレーションを得て

人間の技術革新において自然を模倣する行為は古くから存在していましたが、バイオミミクリーは 20 世紀後半に著名な研究分野および倫理的立場として真価を発揮しました。アメリカの生物学者ジャニーン・M・ベニュスは、著書『バイオミミクリ―自然に触発されたイノベーション』を出版し、90年代後半にこの運動の有名なリーダーとなった。それ以来、ベニュスは環境コンサルティング会社であるバイオミミクリー ギルドと非営利の擁護団体であるバイオミミクリー インスティテュートを設立しました。

開発グループや研究者が自然からインスピレーションを得続けている一方で、ベニュスは自然がモデル、尺度、指導者であるバイオミミクリーのより包括的な理解を推進しています。モデルとは、人間のデザインにおいて自然を模倣するという基本原理を指します。持続可能性を重視します。

自然界は、そのシステムが効率的かつ継続的に資源を再利用およびリサイクルするという点で、システムとして持続可能であると考えられています。それに比べて、私たちのテクノロジーや生活様式のほとんどは持続不可能です。これは、必要なリソースが定期的に枯渇するか、永久に損傷を受けることを意味します。ベニュスは、問題に対する真のバイオミメティックなアプローチには、自然の持続可能性が関与する必要があると主張します。

指導者としての自然は、私たちの環境に対する新しい見方、つまり略奪に利用できる資源の集合体としての世界の工業化された見方から脱却することを強調しています。ベニュス氏は、本格的なバイオミメティックプロジェクトは、自然のデザインや効率を模倣する以上のことを行うべきだと主張する。彼女は、デザイナーは環境倫理に従うべきだと言います。たとえば、スナガニの動きを模した太陽光発電の乗り物は、驚くべき発明になるかもしれません。しかし、その主な用途が熱帯雨林の伐採や兵器のプラットフォームとしての役割を果たすことである場合、この製品は生体模倣の信頼性をすべて失うと彼女は言う。

バイオミミクリーの例

革新的なプロセスとしてのバイオミミクリは、一般に 2 つの方向のいずれかから起こります。場合によっては、革新者は自然界のプロセスを見て、それを既存のテクノロジーや問題に結び付けます。また、革新者は既存の設計上の問題を研究し、自然に助けを求めることもあります。ここで、バイオミミクリが生物学と工学の間の架け橋として機能します。

バイオミミクリを通じて問題を解決する最初のステップは、デザインから必要なものを生物学的な用語に翻訳することです。たとえば、より長い範囲の消火器を設計したい場合はどうすればよいでしょうか?同様の問題に対処するために生物は自然界のどこで進化したのでしょうか?ボンバルディアカブトムシは、燃えるコンロの天板を消すことはできないかもしれませんが、捕食者に向かって加熱された爆発的な毒液を噴射するように進化しました。

発見したら、次の課題は自然から教訓を得て、それをデザインに適用することです。ボンバルディアハムシの場合、研究者らはこの昆虫が腹部にある高圧の「燃焼室」を利用していることを研究した。設計者はこの発見を既存のスプレー技術に適用し始めました。

バイオミミクリーはさまざまな分野で見られます。設計上の課題が何であれ、地球上の種がすでに同様の問題に取り組んでいる可能性は十分にあります。次の例を考えてみましょう。

バイオミミクリーの例 — 冷気とエネルギー効率の高い構造

人間のニーズ:建設業者は、大規模な建物を冷却するための安価な手段を望んでいます。

自然の例:アフリカの特定のシロアリ塚では、菌類作物が生き残るために摂氏 87 度 (華氏 189 度) の一定温度を維持する必要があります。これを達成するために、彼らはマウンド全体に空気を常に移動させる通気孔を構築し、マウンド自体と同じ温度まで冷却または加熱します。

生体模倣ソリューション:建築家やエンジニアは、温度制御に対するシロアリのアプローチを模倣したいくつかの大規模なオフィス複合施設を建設しています。

生体模倣の例 – 衝突防止昆虫

人間のニーズ:自動車メーカーは衝突防止システムを開発したいと考えています。

自然の例:バッタは、複数の方向を同時に見ることができる高度に進化した目を使用して、群れで互いにぶつかることを避けています。

生体模倣ソリューション:自動車設計者は、車の周囲の動きを直接検出し、差し迫った衝突をドライバーに警告するセンサーを開発する際に、バッタの視覚を模倣しました。

バイオミミクリーの例 – 蓮の花をイメージしたペイント

人間のニーズ:化学会社は、自動洗浄される塗料のコーティングを望んでいます。

自然の例:蓮は泥だらけの池や沼地に住んでいるにもかかわらず、葉の表面を清潔に保たなければなりません。葉の小さな隆起と隆起は、水分子やその他の粒子が表面に広がるのを防ぎます。その結果、水は玉となって滑り落ち、汚れの粒子も一緒に運ばれます。

生体模倣ソリューション:開発者は、この蓮の効果をペイントに適用しました。ペイントが乾燥すると、表面に小さな凹凸が残り、水滴が汚れを落とすのに役立ちます。

バイオミミクリの例 — 脱水状態でのワクチンの保存

人間のニーズ:医療従事者は、冷蔵せずにワクチンを保管する方法を望んでいます。

自然の例:アフリカの復活植物は、毎年の干ばつで完全に枯れてしまいますが、雨が戻ると復活します。植物には、脱水時の細胞膜損傷を防ぐポリフェノールが含まれています。

生体模倣ソリューション:研究者らは、これらの糖を使用して、脱水しても生ワクチンを保存する方法を模索しています。

世界中で研究者が、設計上のさまざまな課題に対する答えを自然に求めています。進化が課題をどのように克服するかを研究することで、バイオミミクリはいつか石鹸カスから地球規模の持続可能性の問題に至るまで、さまざまな問題の解決に役立つかもしれません。