自然の要素に基づいて製品、プロセス、およびポリシーをモデル化する哲学は、バイオミミクリーまたはバイオミメティクスとして知られています。
地球上で最も勤勉な生命体である人類は、周囲のベスト プラクティスから絶え間なくインスピレーションを得ており、常にそれらを取り入れて自分の状態を向上させています。
古代インド (紀元前 600 年) の博識な聖人マハリシ スシュルタは、手術の背後にある先見の明があると信じられており、さまざまな動物の顎の輪郭に基づいて器具を設計しました。
マハリシ スシュルタは、さまざまな動物の顎のプロファイルに基づいて手術器具を設計しました (写真提供:Kaviraj Kunja Lal Bhishagratna/Wikimedia Commons)
さらに別の例では、ルネッサンス期に君臨した異端の博学者レオナルド・ダ・ヴィンチが、最初の飛行機械の設計図を作成しました。 Macchina Volante として知られているように、建造段階には至りませんでしたが、鳥のような翼と、機体を操縦するのに役立つように羽ばたき回転するように機械化された尾が含まれていました。
Macchina Volante には、飛行を補助する鳥のような翼と尾がありました (写真提供者 :Soldiers Alberto Mario/Wikimedia Commons)
自然の要素から機能的なデザインを利用するというこの製品哲学は、バイオミミクリーまたはバイオミメティクスとして知られています。人間が人工翼で飛んでいるのを見るほど明白ではないかもしれませんが、現代の建築家や製品デザイナーは、美的魅力を維持するだけでなく、持続的に機能する並外れた製品を作るために、依然としてバイオミメティクスを採用しています.
なぜ自然をモデルにするのですか?
生命は 30 億年以上にわたって地球上に存在し、生き残るためだけでなく、変化する状況の中で繁栄するために進化してきました。この進化のスキームでは、人間が日々取り組んでいる多くの問題に対する解決策がすでに存在しています。これらのソリューションのもう 1 つの顕著な特徴は、人間がこれまでに設計したものとは異なり、本質的に持続可能であることです。
以下にいくつかの例を示します:
- 樹木は、機械的なポンプの助けを借りなくても、最も深い根から最も高い葉まで水を汲み上げることができます。参考までに、ハイペリオン レッドウッドは世界で最も高い木で、高さは約 380 フィート (35 階建て) です。
- 海と木々は二酸化炭素を吸収して、人間に新鮮な酸素を提供するだけでなく、吸収した炭素を細胞構築に利用します。
- クモが巣を張るのを助ける化学物質であるクモの糸は、少なくとも鋼鉄の 3 倍の強度があり、生分解性があります。
- カモフラージュは、戦時中に特に役立つカメレオンの特徴であり、周囲に溶け込むように肌の色を変えることができます。
- アクアポリンは赤血球にある砂時計型の穴で、従来の浸透法よりもはるかに効率的に生理食塩水から水をろ過します。浸透法ではフィルターの目詰まりが発生しません。
バイオミメティクスのレベル
他の生物の生命プロセスのエミュレーションの程度に応じて、バイオミメティクスは、製品、プロセス、ポリシーの 3 つの設計レベルに分類できます。
1.生物レベルのバイオミメティクス
これは、製品のデザインを刺激するために生物の形を単に複製することを指します。どこにでもあるベルクロ接着剤は、生物レベルでのバイオミメティクスの典型的な例です。
ベルクロの発明者、ジョルジュ・ド・メストラルは、彼の犬の毛皮に付着したバリの微細な構造に興味をそそられました。それらの外面には、小さなフックが付いた多くの突起があります。犬が植物にブラシをかけたとき、これらのフックは植物の毛にしがみついて運び去られ、取り除くのは非常に困難でした.
バリの外面にはフック状の突起があり、犬の毛や布地などの繊維にくっついています (写真提供:A Daily Odyssey/Shutterstock)
ベルクロは、「フック」面と「ループ」面を含む同様のシステムで機能します。圧力を加えてこの 2 つの面を接触させると、フックがループとかみ合い、強固な物理的結合が形成されます。
ベルクロを外すのも簡単です。 2 つの面を引き離すだけです。
ベルクロは、留めるのに役立つフックとループのシステムで動作します (写真提供:Daniel Brasil/ Shutterstock)
ベルクロは、さまざまな構成でさまざまな表面に展開できるため、非常に汎用性の高い留め具です。ベルクロの追加の利点は、接着剤とは異なり、再利用できることです。ベルクロには、家電製品や家具の耐震金具など、さまざまな用途があります。
2.行動レベルのバイオミメティクス
行動バイオミメティクスでは、設計者は生物が他の要素と接触したときの行動を再現することを目指しています。これは、湿地に咲き、周囲にもかかわらず新鮮なままである蓮によって最もよく説明されます.
蓮の疎水性または撥水性は、多くの自浄作用のある表面に影響を与えてきました (写真提供:Ricardo Reitmeyer &Daniel Brasil/ Shutterstock)
蓮の花弁と葉は超疎水性であり、一般にセルフクリーニング特性として知られている極端な撥水性と防汚性を示します。これは、自己洗浄塗料、布地の防汚コーティング、自動車塗料の撥水コーティングなど、多くの製品に影響を与えてきました。
3.生態系レベルのバイオミメティクス
システムが自然の生態系から部分的に派生するのではなく、自然の生態系の一部になるようにモデル化されている場合、最高レベルのバイオミメティクスが達成されます。バイオミメティック エコシステムのすべての要素は相互に関連し、相互に依存しています。
生態系レベルのバイオミメティクスの重要な例は、シロアリ塚をモデルにしたジンバブエのイーストゲート センターです。シロアリ塚は、外気温の変動に関係なく、内部の温度を一定に保つように設計されています。
シロアリの塚をモデルにしたジンバブエのイーストゲート センターには、温度管理に役立つ多くの煙突と通気口があります (写真提供:Andrew Paul Deer /Shutterstock &David Brazier/Wikimedia Commons)
シロアリ塚には一連の細い「煙突」があり、昼間は熱を吸収し、内部を適度に涼しく保ちます。夜になると、熱気は密度が低いため、これらの煙突から排出されます。マウンドの下部には通気孔が開いており、冷たい空気が内部に入ることができます。
同様に、多孔質コンクリートと扇風機付きの煙突を使用することで、建築家はイーストゲート センターの従来の空調システムを排除しながら、半乾燥地帯であるジンバブエで居住可能な温度を維持することができました。
バイオミメティクスのその他の例
バイオミメティクスの最も持続可能な形態は生態系のレベルにありますが、それを常に実行できるとは限りません。製品およびプロセス レベルのバイオミメティクスでさえ、革新的な製品を生み出します。ここに、私たちの世界におけるバイオミメティクスの他の例をいくつか示します。
1.カワセミと新幹線
新幹線のカワセミのような機首は、ソニック ブームを防ぎます (写真提供者 :kaeja2525 &Vacclav/Shutterstock)
新幹線は高速移動の代名詞であり、専用の回廊のみを走行します。トンネルを通過するとき、弾丸のような機首は空気の低周波波の蓄積を引き起こし、その結果、破壊的なソニック ブームを発生させる可能性があります。この問題は、新幹線の鼻をカワセミのくちばしに似たものにすることで解決されました。これにより、鳥は水しぶきを上げずに水に飛び込むことができます。
2.ソーラーパネルとらせん状の葉序配置
葉序パターンでソーラーパネルを配置すると、効率が向上します (写真提供:AjayTvm &bella reji/Shutterstock)
葉序とは、太陽光を最大限に集めることができるように植物の茎に葉を配置することを指します。この配置により、植物による光合成は 95% という非常に高い効率を示します。
太陽電池パネルの構成要素である太陽電池セルを同じようなパターンで配置すると、占有スペースが大幅に削減されるだけでなく、効率も向上します。これを概観すると、平らなレイアウトのソーラー ファームは 30% の効率を持ち、多くのスペースを占有します。同等のソーラー ツリーは 50% 効率が高いだけでなく、数平方しか占有しません。
3.顔料や電子ディスプレイを使用しないカラー
クアルコムは、光の選択的反射で機能するエネルギー効率の高いディスプレイを開発しました (写真提供者:Katerina Cechova/Shutterstock &Qualcomm/Wikimedia Commons)
モルフォ蝶とクジャクは、美しくきらめく色で知られています。ただし、この無数の色は顔料によって生成されたものではありません。むしろ、入射光の選択的反射により、そもそも存在しない色を生成することができます。これは、技術大手の Qualcomm によって活用され、各ピクセルから特定の波長を反射することによって色を生成する、よりエネルギー効率の高いディスプレイを開発しています。
4.抗菌表面とシャークスキン
サメ皮の歯状突起は、多くの抗菌表面に影響を与えてきました (写真提供:Pascal Deynat/Odontobase/Wikimedia Commons)
サメは表面の微生物の増殖に対抗するために化学物質を放出するのではなく、生物付着を防ぐ小さな歯状突起を皮膚に持っています。 Sharklet Technologies の研究者は、現在物理的および化学的除染方法に依存している病院で広く使用できる同様の耐細菌性表面を開発しました。
5.風力タービンとザトウクジラ
クジラの足ひれのこぶに似たタービン ブレードの溝付きエッジは、空気抵抗を減らすのに役立ちます (写真提供者 :Kirill Dorofeev/Shutterstock)
ザトウクジラの足ひれの端には、抗力を減らすのに役立つ結節があります。これは、風力タービンのブレード設計に影響を与え、空気抵抗を減らしてより速く動くことで、より多くの電力を生成しています.
