什么是仿生学？

2024/11/27

仿生学

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-利用生物的特性进行制造-

用科学的眼光来看，
社会关注的真正原因

什么是仿生学？

仿生学是对生物的属性和特征的分析和模仿，并将其用于产品的生产。例如，一个众所周知的例子是酸奶盖的设计，其灵感来自于荷叶的结构，荷叶具有排斥水的结构，可以防止其被弄湿。到目前为止，仿生学通常关注生物的结构，但在未来，预计将开发仿生材料和更“像生命”的材料，其特性会随着温度等环境变化而变化。

经过漫长的进化史，生物已经具备了多种功能。仿生学是一种尝试，从自然界存在的生物的功能中获取线索，并将其应用到工业产品中，以创造出具有更高性能的材料。我们向极端功能材料研究部光热控制材料组组长浦田千寻询问了仿生学的研究实例和未来前景。

什么是仿生学

　仿生学是模仿生物的功能和结构，并将其思想用于新技术和制造的开发。该词是英文单词bio（生物）和mimetic（模仿）的组合，翻译成日文为仿生技术。

仿生学示例

仿生学的一个著名例子是利用荷叶防水特性的酸奶盖。荷叶的表面具有精细的纹理结构，可以防水。通过在酸奶的盖子上创建类似的结构，酸奶将不再粘在盖子上。另一种著名的产品是粘扣带，其灵感来自于粘在衣服上的 Onamomi 水果的刺。

　仿生学的主要应用领域包括表面功能、流体动力学、韧性和光学。以荷叶和日本甜菜根的果实为例，它用于表面功能，而飞蛾的复眼则用于表面功能和光的低反射。

Onamomi 水果示例的插图 — Onamomi 果实（左）顶端有钩状刺，也被称为“竹节虫”（中），因为它会缠绕在动物毛发和其他纤维中。钩环紧固件的灵感来自于这种结构（右）。

跨学科领域特有的实际应用问题和挑战

　在仿生学中，将生物的优异功能系统化作为人类可以使用的技术非常重要。然而，将其系统化仍面临一些挑战。

　在实际应用中，除了阐明生物的功能和现象外，还需要考虑如何将这些功能和现象融入到生产过程中，使其有益于社会。如果需要特殊材料或加工，成本就会飙升，企业难以承担。此外，还要求耐用性。

此外，由于仿生学是生物学和工程学的融合领域，因此两个领域的研究人员之间的合作至关重要。作为一名工程专业的人，我也饲养过各种植物和动物，以加深与生物研究人员的交流。我们相信，通过与工程和生物学专家合作，我们可以为从工程角度阐明生物体的特征做出贡献。

AIST 的努力和未来的仿生学

模仿蛞蝓体表的防冰膜

　迄今为止推出的仿生材料的灵感来自于生物的“结构”。未来，预计我们不仅能够设计结构，还能够设计更多动态和“类似生活”的功能，例如响应温度变化和维护结构。

　日本综合技术研究所开发的仿生材料之一“自润滑凝胶（SLUG）”目前正在进行演示实验，它模仿了蛞蝓利用粘液去除体表污垢的机制。 SLUG是由硅树脂和硅油组成的凝胶状物质，经证明在低温环境下油会渗到表面，使液体和固体污渍难以粘附。此外，我们还利用工业薄膜制造方法——卷对卷法成功生产了大面积薄膜，SLUG薄膜的商业化之路变得清晰起来。（AIST 杂志“可自行修复划痕的新型生物涂层材料」）

　在大雪地区进行的示范实验表明，使用SLUG薄膜的地区雪更容易滑落，并且可以防止积雪。这种材料可以防止冰雪积聚在标志、反光材料、交通灯和太阳能电池板上，从而有助于减少雪灾。我们希望与感兴趣的公司合作将 SLUG 商业化，所以请随时与我们联系。