次世代バイオミメティクス研究の最前線　―生物多様性に学ぶ―

巻頭言　これまでとこれから (国武豊喜)
1　バイオミメティクスの歴史を振り返る
2　ナノテクの10年が生み出したもの
3　何故,今,次世代バイオミメティクスか
4　次次世代バイオミメティクスを展望する
第1章　総論
1　ネオバイオミメティック・エンジニアリングとしての「生物規範工学」:材料技術のパラダイム・シフトとイノベーション(下村政嗣)
　1.1　はじめに
　1.2　何故,今ふたたび,生物模倣(バイオミメティクス)なのか?
　1.3　バイオミメティクス研究の歴史
　1.4　「生物の技術体系」の規範(パラダイム)はなにか
　1.5「生物規範工学」構築の課題
　1.6　「近代化した国家」としての科学技術立国への課題
2　次世代バイオミメティクス研究の海外動向と我が国の現状(下村政嗣)
　2.1　はじめに　"バイオミミクリー"と"バイオミメティクス"
　2.2　ドイツ　"BIONICS - Innovations from nature"
　2.3　米国の取り組み　バイオミミクリー:「持続可能性」からの発想
　2.4　英国の取り組み
　2.5　その他欧州での取り組み
　2.6　我が国の現状と課題
　　2.6.1　我が国の政策的ならびに学術的な取り組みと企業の関心
　　2.6.2　次世代バイオミメティクス研究・開発における日欧比較
　　2.6.3　我が国の問題点とその背景にあるもの
3　バイオミメティクスの市場動向(掛澤雅章)
　3.1　はじめに
　3.2　バイオミメティクス関連技術の市場動向例
　3.3　次世代バイオミメティクス材料・技術のシーズ,ニーズ調査
　3.4　バイオミメティクス材料の今後の研究開発の展望
4　自然のすごさを賢く活かすものつくりと暮らしのか・た・ち―ネイチャー・テクノロジー ―(石田秀輝,古川柳蔵)
　4.1　努力すればするほど劣化する地球環境(エコ・ジレンマ)
　4.2　ネイチャー・テクノロジー創出システム
　4.3　ネイチャー・テクノロジーが創る新しい暮らしのかたち
　4.4　今,求められるものつくりと暮らしのか・た・ち
5　生物規範技術の包括的ガバナンス(阿多誠文,関谷瑞木)
　5.1　はじめに
　5.2　日本のナノテクノロジーの研究開発
　5.3　新興の科学的不確実性にどう対処するか
　5.4　日本はナノテクノロジーのEHSの課題にどう取り組んだのか
　5.5　ナノテクノロジーの経験を新興の科学技術へ
　5.6　おわりに
6　バイオTRIZと生物規範創発工学(山内　健)
　6.1　はじめに
　6.2　TRIZについて
　6.3　バイオTRIZと生物規範創発工学について
　6.4　おわりに
7　生物多様性と生物模倣(古田尚也)
　7.1　はじめに
　7.2　我々の生存基盤である生物多様性
　7.3　「生物多様性2010年目標」と「愛知目標」
　7.4　生物多様性の価値と生物模倣技術
第2章　機能解明
1　生物多様性がもたらす技術革新(藤崎憲治)
　1.1　はじめに　　　
　1.2　昆虫の進化と種多様性
　1.3　昆虫の形態と機能を模倣する
　　1.3.1　アサギマダラの翅の超撥水性
　　1.3.2　アメンボの振動情報受容器官
　　1.3.3　寄生蜂の連合学習能力とその活用
　1.4　アリの群知能に学ぶ
　　1.4.1　群知能による最短経路の発見
　　1.4.2　群知能による共同作業
　1.5　おわりに
2　生物はなぜ構造色をもつのか(針山孝彦)
　2.1　はじめに
　2.2　生物の中になぜ構造色が誕生したか
　2.3　構造色をもつ無脊椎動物の外骨格
　2.4　生物がもつ構造色の種類
　　2.4.1　散乱構造
　　2.4.2　多層膜構造
　　2.4.3　液晶構造
　　2.4.4　回折格子構造
　　2.4.5　フォトニック結晶
　2.5　生物はなぜ構造色をもつようになったか
　2.6　現生の生物が構造色をもつ意味―ヤマトタマムシの表皮の構造色と行動を例にして
　2.7　おわりに
3　昆虫が生産する植物エフェクターに学ぶ(森　直樹,吉永直子)
　3.1　はじめに
　3.2　食害のミミック
　3.3　ボリシチン類を巡る研究
　3.4　産卵・接触のミミック
　3.5　おわりに
4　昆虫に世界はどう見える?(蟻川謙太郎)
　4.1　個眼の構造と空間分解能
　4.2　昆虫の色覚
　4.3　色受容細胞の個眼内配置
　4.4　色覚と空間分解能
　4.5　偏光視の可能性
　4.6　おわりに
5　クリプトビオシス:極限的な乾燥耐性をもつネムリユスリカ(奥田　隆)
　5.1　クリプトビオシス
　5.2　ネムリユスリカのクリプトビオシス
　5.3　クリプトビオシスとトレハロース
　5.4　ネムリユスリカのトレハロース合成誘導要因
　5.5　ネムリユスリカのクリプトビオシス誘導制御機構
　5.6　トレハロースのガラス化
　5.7　クリプトビオシスとLEA タンパク質
　5.8　ネムリユスリカ胚子由来培養細胞
　5.9　細胞や臓器の常温乾燥保存技術
　5.10　促進輸送型トレハローストランスポーター
　5.11　おわりに
6　生物の飛行に学ぶ(劉　浩)
　6.1　はじめに
　6.2　昆虫と鳥の飛翔
　　6.2.1　パワー飛行:羽ばたき
　　6.2.2　幾何学相似則とスケーリング
　6.3　生物飛行のモデリング
　　6.3.1　生物羽ばたき飛行モデリングの座標系
　　6.3.2　幾何学モデリング(Morphological modeling)と運動学モデリング(Kinematic modeling)
　　6.3.3　レイノルズ数と無次元周波数(Reynolds number and reduced frequency)
　6.4　昆虫飛行のサイズ効果
　6.5　生物規範型小型飛行体
　6.6　おわりに
7　海藻にフジツボが付着しないのはなぜか―海藻に学ぶ抗生物付着ゲルの開発―(室﨑喬之,龔　剣萍)
　7.1　はじめに
　7.2　フジツボとは
　7.3　高分子ハイドロゲル
　7.4　実験室でのフジツボへの抗付着効果
　　7.4.1　ゲルの化学種の効果
　　7.4.2　ゲルの弾性率・含水率の効果
　7.5　海洋中での長期付着実験
　　7.5.1　海洋付着生物に対するゲルの抗付着効果
　　7.5.2　付着したフジツボの形状に対する基板の影響
　7.6　海洋中におけるゲル上でのフジツボ成長モデルの考察
　　7.6.1　ゲルがウェットであることによる影響
　　7.6.2　ゲルがソフトであることによる影響
　7.7　おわりに
8　昆虫の化学環境センシング(尾崎まみこ,小林(城所)碧,近藤慶太)
　8.1　炭化水素世界のモニタリング
　8.2　省エネルギーセンサの実現
　8.3　想定外と言い訳をしなくてもすむ危機管理
9　昆虫クチクラ形成の発生遺伝学的検討(木村賢一)
　9.1　はじめに
　9.2　昆虫のクチクラの構造と形成
　　9.2.1　構造
　　9.2.2　クチクラ形成と脱皮
　9.3　ショウジョウバエのクチクラ形成と遺伝子
　　9.3.1　キチン合成とキチン微小繊維の配向
　　9.3.2　クチクラのタンニング―硬化とメラニン化
　9.4　ショウジョウバエ翅クチクラの形成
　9.5　おわりに
10　細胞はどのように力を感じるのか:細胞力覚研究の最前線(曽我部正博)
　10.1　はじめに
　10.2　機械刺激とメカノセンサーの実体
　10.3　MSチャネルの研究法:パッチクランプ
　10.4　膜張力で活性化する細菌MSチャネル
　10.5　骨格張力で活性化する高等生物のMSチャネル:アクティブタッチ
　10.6　非チャネル型のメカノセンサー
　10.7　まとめ
11 昆虫飛行制御の神経行動学(安藤規泰,神崎亮平)
　11.1　昆虫の飛行に学ぶ
　11.2　飛翔筋による羽ばたき運動と神経支配
　11.3　中枢神経系
　　11.3.1　昆虫の中枢神経系と飛行
　　11.3.2　中枢パターン発生器
　　11.3.3　感覚フィードバックによる飛行制御
　11.4　昆虫飛行の研究手法
　11.5　おわりに
12　ガ類の多様な超音波発音機構とその機能(高梨琢磨,中野　亮)
　12.1　耳と超音波
　12.2　超音波の発音とその機能
　12.3　微弱な超音波による交信
13　シリカバイオミネラリゼーション―自然界でのバイオミネラルの構造形成の研究からバイオインスパイアードナノマテリアルへ(小田玲子,Emilie Pouget)
　13.1　はじめに
　13.2　自然界に存在する美しい生体の例
　　13.2.1　ガラス海綿
　　13.2.2　珪藻
　13.3　生体分子の集合体の役割
　13.4　バイオインスパイアード　ナノ構造
　　13.4.1　自己集合,テンプレートとシリカの相乗効果
　　13.4.2　いくつかの応用例
　13.5　結論
14　生物の色可変性と構造色 (吉岡伸也)
　14.1　はじめに
　14.2　ネオンテトラの虹色素胞
　14.3　実験
　14.4　実験結果
　14.5　議論と今後
第3章　機能開発
1　昆虫に学ぶMEMS センサ(下澤楯夫)
　1.1　はじめに
　1.2　コオロギの気流感覚器
　　1.2.1　感覚細胞のエネルギー感度
　　1.2.2　センサアレイ
　　1.2.3　MEMS 気流センサ
　1.3　好火性タマムシの赤外線センサ
　1.4　蚊の音センサ
　1.5　ハエの振動ジャイロ
　1.6　おわりに
2　昆虫と植物の攻防に学ぶ接合技術(細田奈麻絵)
　2.1　虫の足の可逆的な接着と植物の防衛
　2.2　植物の罠
　2.3　昆虫の対策
　2.4　生物の接着機構をモデルにした接合技術
　2.5　おわりに
3　ナノボットを作ろう(山口智彦)
　3.1　加速する科学技術
　3.2　ナノボットと赤血球
　3.3　部品数の壁:1010 個?
　3.4　エネルギー消費率―1:1:1 分配律?
　3.5　エネルギー効率のジレンマ
　3.6　ロボット工学とナノボット
　3.7　やわらかいロボット
　3.8　おわりに
4　生物に学ぶ機能制御法― 細胞内環境応答性人工核酸の創成―(和田健彦)
　4.1　はじめに
　4.2　刺激応答性人工核酸の創製
　4.3　外部刺激応答性人工核酸,ペプチドリボ核酸(PRNA)の設計
　4.4　ペプチドリボ核酸(PRNA)によるDNA 認識・錯体形成挙動ならびに可逆的錯体形成・解離制御
　4.5　配向規制因子としてフェニルボロン酸を導入した細胞内環境応答型PRNAの合成
　4.6　細胞内環境応答型人工核酸
　4.7　おわりに
5　バイオミネラリゼーションに学ぶハイブリッド材料(梶山智司,西村達也,加藤隆史)
　5.1　はじめに
　5.2　炭酸カルシウム/有機高分子複合体薄膜の作製
　5.3　非晶質炭酸カルシウムを用いたハイブリッド材料の作製
　5.4　新たな無機化合物への展開―水酸化コバルトの結晶成長制御―
　5.5　おわりに
6　金属表面のはっ水/超はっ水処理の最新動向(穂積　篤)
　6.1　はじめに
　6.2　金属/合金のはっ水処理
　　6.2.1　有機シラン
　　6.2.2　ホスホン酸
　　6.2.3　脂肪酸
　　6.2.4　イソシアナート
　6.3　金属/合金の超はっ水処理
　　6.3.1　アルミニウム
　　6.3.2　銅
　　6.3.3　鉄/ステンレス鋼
　　6.3.4　マグネシウム
　　6.3.5　銀
　　6.3.6　ニッケル/亜鉛
　6.4　真の濡れ性評価
　6.5　おわりに
7　ゲルの新規バイオミメティック材料としての展開(上野智永, 桶葭興資,吉田　亮)
　7.1　はじめに
　7.2　自励振動ゲル
　7.3　パターン形成媒体としてのゲル
　7.4　人工光合成ゲル
　7.5　おわりに
8　生物に学ぶものづくり法(尾田十八)
　8.1　生物のものづくりの特徴
　8.2　生物のものづくりから何を学ぶか
　8.3　生物に学ぶ工学設計技術
9　細胞運動操作材料:細胞のメカノバイオロジーを操作する材料力学場設計(木戸秋悟)
　9.1　はじめに―生命の原理に倣う―
　9.2　微視的材料力学場設計による細胞運動の操作:メカノタクシス
　9.3　細胞運動の力学
　9.4　まとめ
10 オパールフォトニック結晶によるチューナブル構造色材料(不動寺浩)
　10.1　はじめに
　10.2　生物におけるチューナブル構造色
　10.3　オパールフォトニック結晶
　10.4　チューナブル構造色材料
　10.5　おわりに
11　数理科学と生物規範光学材料設計(久保英夫)
　11.1　はじめに
　11.2　生物規範光学材料設計
　11.3　モスアイ構造
　11.4　近接場光
　11.5　モスアイ構造の太陽電池への応用
　11.6　まとめ
12　構造可変マイクロリンクルとその応用(大園拓哉)
　12.1　パターンと自己組織化と生物の恵み
　12.2　マイクロリンクルとバイオミメティクス
　12.3　マイクロリンクル
　12.4　チューナブルなマイクロリンクル
　12.5　微小スケールで毛細管力を操る
　12.6　おわりに
13　DNAミメティクス(居城邦治)
　13.1　はじめに
　13.2　塩基配列からのアミノ酸配列への情報転写
　13.3　DNAの塩基対形成を用いた色素分子の配列制御
　13.4　DNAを鋳型にした塩基配列選択的ナノワイヤーの作製
　13.5　まとめ
14　生体の水潤滑を規範としたポリマーブラシの設計と摩擦特性(小林元康,高原　淳)
　14.1　はじめに
　14.2　ポリマーブラシの特徴
　14.3　親水表面による防汚特性
　14.4　高分子電解質ブラシのトライボロジー
　14.5　おわりに
15　植物の葉身・葉脈構造とバイオミメティックス(小林秀敏)
　15.1　はじめに
　15.2　葉身と葉脈　
　15.3　葉脈の断面形状とサイズ
　15.4　最適な葉脈ネットワーク
　15.5　おわりに
16　自己組織化によるバイオミメティック材料作製:水の操作を中心に(石井大佑,平井悠司)
　16.1 はじめに
　16.2　自己組織化ハニカム状多孔質膜を利用した超撥水表面
　16.3　超撥水表面を利用した水滴操作
　　16.3.1　水滴吸着性超撥水表面上での水滴操作
　　16.3.2　超撥水―超親水複合表面を利用した水滴操作
　16.4　おわりに
17　バイオシリカから学ぶケイ素系セラミックス材料創製(金　仁華)
　17.1　はじめに
　17.2　結晶性ポリエチレンイミンによるシリカ構造体
　17.3　特殊形状シリカナノ構造体の制御
　17.4　おわりに
18　カブトムシから学ぶ構造材料(倪　慶清,陳　錦祥)
　18.1　はじめに
　18.2　カブトムシ上翅の構造
　　18.2.1　カブトムシ上翅の断面構造と積層構造
　　18.2.2　ハニカム構造とつなぎ目の小柱分布
　　18.2.3　小柱の構造
　　18.2.4　カブトムシ上翅の全体構造
　18.3　カブトムシ上翅における層間強化機構の評価
　　18.3.1　カブトムシ上翅のはく離破壊の特徴
　　18.3.2　三次元的な構造強化機構
　18.4　カブトムシから学ぶ構造材料
　18.5　まとめ
19　モルフォ蝶の謎に学ぶ単色・高輝度・広視野角な色素フリー構造発色体(齋藤　彰)
　19.1　はじめに　モルフォ蝶型発色のミステリー
　19.2　応用の魅力　
　19.3　まとめ
第4章　製品開発
1　生物に学ぶトライボロジー:自動車部品への応用(鈴木　厚,海道昌孝,平井悠司,藪　浩,下村政嗣)
　1.1　はじめに―生物における低摩擦表面と摩擦制御―
　1.2　自動車部品の低摩擦化へのバイオミメティック・アプローチ
　1.3　ハニカムフィルムを出発材料とする金属マイクロディンプル構造の作製
　1.4　金属ディンプル構造の摩擦特性
　1.5　おわりに
2　ドット型周期微細構造(篠塚　啓)
　2.1　はじめに
　2.2　粒子マスクによるドット型周期微細構造の製作
　　2.2.1　粒子単層マスクの製法
　　2.2.2　エッチングによる微細加工
　　2.2.3　非平面上の微細構造の作製
　2.3　ドット型周期微細構造の応用
　　2.3.1　微細構造による反射防止
　　2.3.2　反射防止フィルム
　　2.3.3　太陽電池の反射防止
　　2.3.4　LED の高輝度化
　　2.3.5　有機EL の高輝度化
　　2.3.6　細胞培養基材
　　2.3.7　超撥水体
　　2.3.8　そのほかの応用
　2.4　おわりに
3　超低燃費型船底防汚塗料の研究開発―生物がくれたヒント―(島田　守,南　晴康)
　3.1　はじめに
　3.2　付着生物との闘いのなかから生まれ発展してきた船底防汚塗料
　3.3　高速遊泳能力をもつ海洋生物に学ぶ
　3.4　摩擦抵抗を低減する船底防汚塗料の開発
　3.5　おわりに
4　カタツムリに学ぶ住まいの防汚抗菌技術(井須紀文)
　4.1　はじめに
　4.2　家庭での水の使用量
　4.3　カタツムリの防汚技術
　4.4　適材適所の住空間の防汚技術
　　4.4.1　タイルの防汚技術
　　4.4.2　トイレの防汚・抗菌技術
　4.5　おわりに
5　モルフォ蝶の翅を模倣した構造発色繊維と超多層フィルム(広瀬治子)
　5.1　色について
　5.2　自然界の色
　5.3　モルフォ蝶の翅の構造
　5.4　構造発色のメカニズム
　5.5　光干渉繊維「モルフォテックス」の開発
　5.6　光干渉フィルム「超多層フィルム」の開発
　5.7　用途開発と今後
6　自然の模倣―セルフクリーニング効果を付与した繊維(竹中憲彦)
　6.1　はじめに
　6.2　セルフクリーニング機構
　6.3　今後の展開
7　自己組織化による3次元構造ハニカムフィルムの生産技術開発とその応用(山﨑英数,伊藤晃寿,下村政嗣,藪　浩)
8　蛾の目を模倣したスーパー反射防止フィルムの開発(魚津吉弘)
　8.1　モスアイ反射防止構造
　8.2　自己組織化現象の適用によるモスアイ構造の大面積,大量作製技術
　8.3　モスアイ表面賦形金型(モスアイ金型)の作製
　8.4　モスアイフィルムの光インプリント
　8.5　反射率と写り込み
　8.6　おわりに
9　生態模倣技術を適用したぶつからない車実現のための取り組み(藤田　晋)
　9.1　はじめに
　9.2　ハチの行動解析による衝突回避制御の設計
　　9.2.1　ハチの行動解析
　　9.2.2　ロボットカーBR23Cへの回避行動ルールの実装
　　9.2.3　実証実験
　9.3　魚の群行動ルールによる群走行制御の設計
　　9.3.1　魚の群行動ルール
　　9.3.2　魚の感覚器官の工学的実現
　　9.3.3　魚の群行動ルールの実装
　　9.3.4　内部状態の視覚的提示
　　9.3.5　評価
　9.4　おわりに
10　ナノインプリントによるバイオミメティクスデバイス開発への貢献の可能性(宮内昭浩)
　10.1　はじめに
　10.2　ナノインプリントによる構造形成
　10.3　微細構造の複製
　10.4　大面積転写
　10.5　まとめ
11　超撥水性発現を指向したマイクロ―ナノ微細構造膜のワンステップコーティング(加藤愼治)
　11.1　はじめに
　11.2　微細構造ポリマー膜の作製
　11.3　微細構造ポリマー膜の超撥水膜としての展開
　11.4　おわりに
第5章　データベース
1　バイオミメティック・データベースとしての昆虫インベントリー(野村周平)
　1.1　インベントリーとは?
　1.2　バイオミメティクス構造の探索
　1.3　昆虫表面の構造と機能
　1.4　セミの翅をめぐって
　1.5　結語
2　バイオミメティック・データベースとしての魚類インベントリー(篠原現人,松浦啓一,河合俊郎)
　2.1　はじめに
　2.2　魚類標本から収集するデータ
　2.3　有用素材の宝庫としての魚類
　2.4　バイオミメティク・データベースの課題と期待
3　鳥類学とバイオミメティクス(山崎剛史)
　3.1　はじめに
　3.2　鳥類学とはどのような学問領域か
　3.3　研究資料はどこに保管されているか
　3.4　鳥類標本とはどのようなものか
　3.5　バイオミメティック・データベース整備の必要性
4　バイオミメティック・データベースとオントロジー(古崎晃司,溝口理一郎)
　4.1　はじめに
　4.2　オントロジーとは
　4.3　オントロジーを用いたデータベース開発
　　4.3.1　オントロジーに基づく共通語彙の提供
　　4.3.2　オントロジーを用いたデータベーススキーマの提供
　　4.3.3　オントロジーを用いたデータベース開発技術
　4.4　オントロジーを用いたバイオミメティック・データベースの開発
　　4.4.1　バイオミメティック・データベースに求められる課題
　　4.4.2　バイオミメティック・オントロジーに基づくデータベースの統合
　4.5　おわりに
5　博物館標本からのデータベース作製:微小甲虫の表面構造の例(大原昌宏,澤田義弘,古川恒太)
　5.1　はじめに
　5.2　データベース構築の新規性
　5.3　甲虫類でデータベースを作製する意味
　5.4　体表面の構造
　5.5　小型化のために、何を削ぎ落とすか
　5.6　飛行のための後翅
　5.7　おわりに
6　水生甲虫の表面構造データベースライブラリー(堀　繁久)
　6.1　はじめに
　6.2　水生昆虫とは?
　6.3　日本でみられる水生甲虫
　6.4　水生甲虫の体
　6.5　水生甲虫のデータベースライブラリー
　6.6　おわりに