生き物や自然界に着想を得た革新的「バイオミメティクス」3選、AIとの融合でさらに進化

2024.10.8

産業革命以来、人びとはさまざまな機械や電化製品を開発し、日々の生活に役立ててきました。蒸気機関は工業や交通を一変させ、電気の普及は夜の闇に明るい光を提供しました。そうして開発されたあらゆる製品は、開発当初の目的を達成したあとは、効率の良さを追求するようになります。

特に1980年代後半以降は省エネ性能が重視されるようになり、より少ないエネルギーで効率よく仕事をこなす製品が求められるようになりました。企業は開発の現場で、生物や自然界に見られる特徴に注目し、そこから着想を得て、開発に生かすようになっています。自然界からデザインや構造などを取り入れてその利点を活用するこうした手法は「バイオミメティクス（生物模倣）」と呼ばれます。革新的なバイオミメティクスの実例を紹介します。

“カワセミのくちばし”を参考に空気抵抗を30％減した新幹線

日々、忙しく働くビジネスマンにとって、出張などで利用する新幹線は心強い味方。その新幹線の中でも根強い人気を誇るのが、JR西日本が独自開発した500系新幹線です。

500系新幹線の先頭車両は、トンネルに高速で進入する際に空気抵抗の変化で生じる衝撃音を軽減することを目標の一つとして開発されました。技術者たちは、水辺に生息する小さな鳥であるカワセミが、空中から水中の獲物めがけて高速で飛び込んでも大きな音がしないことに着目。

そしてそのくちばしの形状を解析・研究して新幹線のデザインに取り入れた結果、500系新幹線の先頭車両は、空気抵抗が従来に比べて約30％も低減され、新大阪駅から博多駅間を走行する際のエネルギー消費も従来より約13%削減できたとされています。

500系新幹線

500系新幹線ではカワセミのほかにも、架線から電力を取り入れるパンタグラフの支柱が発する風切り音を軽減するため、音もなく闇夜を飛ぶフクロウの羽から着想を得た空力デザインを採用しています。

500系新幹線は、バイオミメティクスによって、1997年当時世界初だった時速300kmでの営業運転を実現しました。

ちなみに現在の新幹線全体では、JR東海が開発したN700AやN700Sに代表される新世代の新幹線は、スピードよりも車内空間や乗り心地を優先しています。そして西日本のみの運行となった500系新幹線も時速300kmに達する営業運転は行われていません。

JR西日本は、運用コストの削減や柔軟な車両編成を可能にするために、独自の新幹線車両開発を見送り、根強い人気を誇る500系新幹線も2027年で引退させることを明らかにしています。まさに“とがった”デザインで我々を魅了した車両が見られなくなるのは、鉄道ファンでなくとも寂しいことです。

“海を渡るチョウ・アサギマダラの羽”を参考にパワフル＆滑らかな風を実現した扇風機

家電メーカーのシャープは2008年以降、一連の製品開発において自然界から構造や機能を模倣するバイオミメティクスアプローチを導入し、「ネイチャーテクノロジー」と題して展開しています。

最近の日本の夏は非常に暑くなりました。日が暮れてもヒートアイランド現象で気温は下がらず、家の中にエアコンの冷風を行き渡らせるために、扇風機（リビングファン）やサーキュレーターを買い増しした家庭も多いことでしょう。

シャープ「PJ-S3DS」

扇風機のファンは5枚羽根が一般的な構成です。この羽根の枚数を増やせば、風はよりなめらかで快適に感じられるようになりますが、その一方で消費電力も増えてしまう問題がありました。

シャープの技術者は、羽根の数を大きく変えずに、ムラが少なく心地よい風を実現するには何が必要かを考えたとき、海を越えるほどの長距離を旅するチョウのアサギマダラに目をつけました。

アサギマダラは、春から夏にかけては日本の本州の涼しい高原地域を繁殖地とする一方、気温が下がり始める秋には南へ向かう旅を開始します。そして最終的に2000km以上も移動して台湾にまで到達します。

アサギマダラの羽は単に平べったいだけでなく、くびれとうねりのある三次元的な形状をしています。そしてこの羽によって、自らが作り出した風の渦に乗り、ほとんど体力を使わずに飛ぶといわれています。またその最高速度は時速35キロメートルにも達するのだとか。