バイオインスピレーション

バイオインスピレーションとは、何百万年もかけて進化し、改良されてきた生物に見られる解決策にヒントを得て、人間が新しい材料、デバイス、構造、動作を開発することを指します。^[1]その目標は、将来のバイオインスピレーション設計に使用するために、生物システムのモデリングとシミュレーションを改善し、翼などの自然の重要な構造的特徴をより深く理解することです。^{[2]バイオインスピレーションは、}バイオミミクリーとは異なり、後者は生物材料の設計を正確に複製することを目指しています。バイオインスピレーション研究は、科学の古典的な起源への回帰です。つまり、生物を特徴付ける注目すべき機能を観察し、それらの機能を抽象化して模倣しようとする分野です。

科学技術のアイデアは、自然の研究から生まれることが多い。16世紀と17世紀には、ガリレイ、ケプラー、ニュートンが太陽と惑星の運動を研究し、重力を記述する最初の経験式を開発した。数年後、ファラデーとマクスウェルは、電流と磁石の相互作用を調べることで電磁気学の基礎を導き出した。熱伝達と機械的仕事の研究は、熱力学の理解につながった。しかし、量子力学は光の分光学的研究から生まれた。現在の注目の対象は化学に由来しているが、最も豊富なのは生物学、例えば遺伝学、細胞の特性、高等動物の発達と病気の研究である。 ^[3]

バイオインスピレーションは化学の分野では確立された戦略ですが、主流のアプローチではありません。特に、この研究は学術レベルと産業レベルで科学技術システムをまだ開発中です。近年では、航空宇宙や軍事用途の複合材料の開発も検討されています。^[4]

この分野は1980年代に遡りますが、2010年代には多くの自然現象が研究されていません。^{[3] [5]}

バイオインスパイアード研究は、自然界からインスピレーションを得た研究形態です。従来の化学研究とは異なり、分子の微細な詳細を掘り下げることはありません。代わりに、生物の機能と行動を理解することに重点が置かれています。自然の解決策を観察することで、研究者は技術と問題解決のための革新的なアイデアを見つけることができます。

生物学では、さまざまな生物とさまざまな戦略が機能上の問題の解決に成功しています。ある種の高レベルの生物機能は単純に見えるかもしれませんが、多くの層の基礎構造、プロセス、分子、およびそれらの複雑な相互作用によってサポートされています。生物に着想を得た研究の現象が尽きることはありません。

多くの場合、生物にヒントを得た研究は、インスピレーションの源を正確に再現するよりもはるかに簡単です。たとえば、研究者は飛行機を作るのに鳥がどのように飛ぶかを知る必要はありません。

バイオインスピレーションは、問題解決のインスピレーションの源として自然観察に立ち返り、それを偉大な伝統の一部にします。多くの解決策のシンプルさは、バイオインスピレーション戦略から生まれ、地理的および文化的に異なる地域が動物、魚、植物、鳥、さらには微生物と異なる種類の接触を持つという事実と組み合わされています。これは、自然景観が豊かな地域では、異なる地域が固有の利点を持つことを意味します。したがって、バイオインスピレーション研究は文化を超えた分野です。

今日では、バイオインスパイアされた多くの技術的応用が利用可能である。しかし、この用語をバイオミミクリーと混同してはならない。例えば、飛行機は一般的に鳥からヒントを得ている。飛行機の翼端は、乱気流を最小限に抑え、飛行に必要なエネルギーが少なくなるという本来の機能が、自然本来の機能と比べて変更も改善もされていないため、バイオミメティックである。ナノ 3D 印刷法も、バイオインスパイアの新しい方法の 1 つである。植物や動物には、ナノおよびマイクロ表面構造の構成に関連する特定の特性がある。例えば、サルビニア モレスタの葉の超疎水性、滑りやすい表面でのヤモリの足の接着性、および化学物質の漏出、薬物、爆発物を検出する新しいアプローチを刺激する蛾の触角を模倣する研究が行われてきた。[ ^6]

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  鷲の翼の先端
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  飛行機の翼の先端

<https://www.researchgate.net/publication/330246880_Biomimicry_Exploring_Research_Challenges_Gaps_and_Tools_Proceedings_of_ICoRD_2019_ Volume_1/>

• 生物にヒントを得たコンピューティング
• 生物に着想を得たエンジニアリング
• 生物に着想を得たフォトニクス
• 生物に着想を得たロボット工学
• 古代からのインスピレーション