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生物模倣ー生物に学ぶー

2008年11月08日 13:53

Biomimetics(1)

バイオミメテイックスとは生物のさまざまな機能を模倣して、全く新しいアイデアに基づいた工業製品を作ろうという試みである。蜘蛛の糸の強さとそれを工業化しようとする試みについてはすでに述べた。またサメの肌のギザギザを水泳着に利用して水の抵抗を少なくしようとする試みはよくTVなどにも取り上げられているので知っているだろう。これらは全てBiomimeticsである。

歴史的に見て最も古いBiomimeticsはマジックテープであろう。日本ではマジックテープとして知られているが、欧米ではhook-and-loopファスナー(面ファスナー)と呼ばれる。面ファスナーは、スイスのジョルジュ・デ・メストラルが自分の服や愛犬に貼り付いた野生ゴボウの実にヒントを得て、1948年に研究を開始し数年後に発明したとされる。幼少期に野原で遊んでいて、衣服に草の実がくっついたことを経験したことがあるだろう。その構造をよく見てみるとフック状になった鉤が毛糸などに引っかかっていることに気づく。製品化されたテープはフック状に起毛された側とループ状に密集して起毛された側とを押し付けるとそれだけで貼り付くようになっており、貼り付けたり剥がしたりすることが自在にできる。どこにでも使われ、大ヒット商品だ。

梟に学ぶ
新幹線のパンタグラフに翼型パンタグラフが使われている。そのパンタグラフにフクロウが暗闇を音もなく飛行することにヒントを得た騒音低減のための渦発生器(Vortex generator)が使われていることは有名である。ふくろうは他の鳥と異なり、風切り音が少なく、音もなく獲物を襲うことのできる羽を持っている。フクロウの風切羽は先端が滑らかではなく、ギザギザ型になり、小さな渦巻流を惹起させて、羽によって起こる空気流の乱れを抑制する効果を持つ。パンタグラフに小さな突起物をつけて小さな渦を発生させ、空気の流れをスムースにして空気抵抗や騒音を減少させることができた。素人考えでは流線型に表面を磨き上げた方が抵抗が少ないように感ずるが、ゴルフボールのデインプルしかり、高速で走る船のスクリューもまた波状の表面になっている。

カワセミに学ぶ
同じく新幹線開発のお話。新幹線が高速でトンネルに突入すると、異常な空気圧を作り出し、どーんという破裂音を発生して、周囲の民家に与える騒音に困っていた。今度は梟に代わってカワセミに目を付けた。カワセミは高速で水中に飛び込んで魚をとる。その際の水しぶきは非常に小さい。この小さい水しぶきの秘密を求めて研究し、カワセミのくちばしは空気抵抗が最も小さい形をしていることを発見する。そしてカワセミのくちばしそっくりの新幹線500系が開発された。この500系は空気抵抗が少なく、トンネル突入に際しての騒音も少ない。この形を取り入れる事で、より高速で走ることができ、時間短縮と騒音低減に繋がった。

これらの他にも生物の持つ特殊な機能を学習、模倣してよりよい工業製品を創りだそうとする例は枚挙にいとまない。例えば玉虫や蝶の羽に模倣して全く色素,染料を使わないで、様々な色を創りだす表面構造。これが出来れば塗料を用いなくて、色づけができ、自動車などの塗装に革命を起こす事であろう。またカタツムリは殻を一生背負って、じめじめした環境で生きている。だから非常に汚れ易い。そこでカタツムリは殻の表面構造を汚れにくい構造にしている。この表面構造を利用した流しはもう開発されているらしい。などなど。続きはpart 2で。


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