生物規範工学 Engineering Neo-Biomimetics

文部科学省 科学研究費 新学術領域 「生物多様性を規範とする革新的材料技術」

Vol. 4 No. ２

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CONTENTS

文部科学省 科学研究費 新学術領域 「生物多様性を規範とする革新的材料技術」

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1) 巻頭言：

異分野連携とバイオミメティックスに託す私の夢 友国 雅章（国立科学博物館名誉館員・名誉研究員） ···································· 8 2) 産業界からのメッセージ：

「生物規範工学」への期待 井須 紀文（(株)LIXIL R&D本部 分析・評価センター） ·························· 12

3) 研究紹介 【2015 年 10 月 22 日(木)～23 日(金)】 Engineering Neo-Biomimetics Ⅵ and Satellite Workshop at Lake Biwa

プログラム ·································································································· 16 要旨集 < Oral >

Standardization in the Field of Biomimetics An International Challenge Prof. Dr. Heike Beismann (Westfälische Hochschule, Germany) ··········· 21

Biomimetic Bonding Technology Dr. Naoe Hosoda (NIMS, Japan) ····························································· 23

Biomimetics Image Retrieval：Connecting Biology and Engineering Prof. Miki Haseyama (Hokkaido University, Japan) ································ 25

Challenge to anhydro-preservation of cell line inspired by a desiccation tolerant African insect. Dr. Takashi Okuda (National Institute of Agrobiological Sciences, Japan) ····································· 27

FungiUp Cities like Forests: From Coffee Waste Recycling to Sustainability! Dr. Stephan Hoornaert (Morpho-Biomimicry.Be, Belgium) ···················· 29

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Biomimetic thin membrane, the NanoSuit®, enhancing surface shield effect for living organism in high vacuo Prof. Takahiko Hariyama (Hamamatsu University School of Medicine, Japan) ································ 31

Trade-offs, Evolution and Biomimetics Prof. Julian Vincent (University of Oxford, United Kingdom) ················· 33

A Study of Lily Flower Bud from Mechanical Point of View Prof. Hidetoshi Kobayashi (Osaka University, Japan) ······························ 35

Introduction of the Structural Biomimetic Design Method Dr. Yael Helfman Cohen (Tel Aviv University, Israel) ······························· 37

Aerodynamic characteristics of flat-plate wings with serrated leading edges modeled on an Ural owl’s primary feather Dr. Hiroto Tanaka （Teruaki Ikeda, Tetsuya Ueda, Takeo Fujii, Hao Liu） (Chiba University, Japan) ·········································································· 39

Biomimetic Design of Hip Joint Replacement Prof. Matej Daniel (Czech Technical University in Prague, Czech Republic) ························· 41

Sliding friction on shape-tunable wrinkles Dr. Takuya Ohzono (AIST, Japan) ···························································· 43

Bio-inspired Innovation Implementation in R&D Strategies ‒ A French Landscape Overview Dr. Kalina Raskin (CEEBIOS, France) ······················································· 45

< Poster >

Preliminary Study on 3D Data Sampling for Internal Morphology of Insects Shuhei Nomura, Yuta Nakase (National Museum of Nature and Science) ···················································· 47

The surface structures of suckers and paired-fin pads in teleostean fishes Eri Katayama, Gento Shinohara and Keiichi Matsuura (National Museum of Nature and Science) ··············································· 48

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Development of Antifouling Functional Surface using Biomimicking Microstructure Yasuyuki Nogata (Central Research Institute of Electric Power Industry) ·························· 49

Self-Adjustable Adhesion of Polyampholyte Hydrogels Takayuki Kurokawa (Hokkaido University) ················································ 50

Multi-Functionalities of Moth-eye Film Yoshihiro Uozu (Mitsubishi Rayon Co., Ltd, Yokohama Research Laboratories) ············· 51

Formation of corneal nipples in insects Ken-ichi Kimura (Hokkaido University of Education, Sapporo Campus) ···························· 52

Induction of resistance response of soybean by chemical in the oral secretion of insects Ryu Nakata (Kyoto University) ·································································· 53

Chemical sensing system learned from ant sensillum Mamiko Ozaki, Masaru K Hojo, Yusuke Takeichi (Kobe University) ······················································································· 54

Development of Functional Material「SLUG」 Artificially Mimicking Biological Secretion System Chihiro Urata and Atsushi Hozumi (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology) ·························································· 55

Surface design for improving the heat transfer Hirotaka Maeda (Nagoya Institute of Technology) ·································· 56

Flexible wing-and body-based strategies for bio-inspired flight system: aerodynamics and flight stability Hao Liu (Chiba University) ········································································ 57

Construction of a database supporting development of biomimetic products Takeshi Yamauchi (Niigata University), Hidetoshi Kobayashi (Osaka University), Toru Kobayashi (Nagasaki University) ·································· 58

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Biomimetics R&D and Standardization Mizuki Sekiya (AIST) ················································································· 59

Water transportation system of sponges Mirei Tsubaki (Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology) ···················· 60

Pressure-Sensitive Adhesive Powder Syuji Fujii (Osaka Institute of Technology) ··············································· 61

The NanoSuit® method to observe the living mammalian tissue and cell Chinatsu Nakane*, Yasuharu Takaku, Masatsugu Shimomura, Takahiko Hariyama (Hamamatsu University School of Medicine, Chitose Institute of Science and Technology) ·········································································· 62

Estimation of Salient Region Based on Support Vector Machine for Scanning Electron Microphotographs Naoki Saito, Takahiro Ogawa, Yuji Hirai, and Miki Haseyama (Graduate School of Information Science and Technology, Hokkaido University, Chitose Institute of Science and Technology) ········································· 63

【2015 年 10 月 30 日(金)】 4th Nagoya Biomimetics International Symposium (NaBIS)

プログラム ·································································································· 64 要旨集 < Oral >

Merging synthetic polymers with functional groups from Nature Prof. Todd Emrick (UMass, USA) ····························································· 67

PEM-coated Meshes for Oil/Water Separation Prof. Su Zhaohui (Chinese Academy of Sciences, China) ························ 70

Soft Materials Under Extreme Conditions Mimicking Deep-sea Hydrothermal Vents Dr. Shigeru Deguchi (JAMSTEC, Japan) ·················································· 73

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Synthesis of Novel Nanoporous Materials Based on a Self-assembly of Functional Molecules Prof. Yusuke Yamauchi (NIMS, Japan) ····················································· 75

Smart Interfacial Materials from Super-Wettability to Binary Cooperative Complementary Systems Prof. Lei Jiang (Chinese Academy of Sciences, China) ···························· 78

Mussel-inspired Adhesive Polymers: Five-year Story of Chitosan-catechol Prof. Haeshin Lee (KAIST, Korea) ···························································· 80

Do you know what PDMS is? Prof. Thomas J. McCarthy (UMass, USA) ················································ 82

Potential of Hydroxyapatite as a Scaffold Material for Microorganisms for Water Purification Prof. Masanobu Kamitakahara (Tohoku University) ································· 84

Biotemplated 3D Microstructures for Unique Electromagnetic Responses Prof. Kaori Kamata （TITech, Japan） ····················································· 86

< Poster >

Structural Color Materials based on Biomimetic Core-Shell Particles that Mimic Melanin Granules Michinari Kohri* and Ayaka Kawamura (Graduate School of Engineering, Chiba University) ································ 88

Anti-Stick Coatings Using Liquid-impregnated Chihiro Urata, Gary Dunderdale, Matt England, and Atsushi Hozumi* (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology) ······························································································· 89

Surface Properties of Clay-containing Transparent Nanocomposite Thin Films Matt W. England*, Chihiro Urata, Gary J. Dundersale, Avinash Patil, Stephan Mann and Atsushi Hozumi (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Centre for Organized Matter Chemistry, School of Chemistry, University of Bristol) ·············································· 90

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Novel Biomimetic Surfaces Based on Metal-Polymer Hybrid Materials Prepared by Self-Organization Ryo Kohsaka*, Yoshinori Fujihira, Ryuzo Furukawa, Takeshi Yamauchi, Hidetoshi Kobayashi, Daisuke Ishii, Yuta Uchiyama, Frank Ebinger (Kanazawa University, Tohoku University, Niigata University, Osaka University, Nagoya Institute of Technology, Technische Hochschule Nürnberg) ·································································································· 91

Relationship between the Inner Structure of Feathers and Color Change: Structural Coloration in the Peach-faced Lovebird Gen Morimoto*, Naoko Sanada and Yasuyuki Sanada (Yamashina Institute for Ornithology, Rikkyo University, Bird’s hospital-BIRD HOUSE) ·································································· 92

Gas Barrier Properties of Plasma-polymerized Film “Nanosuits” Made of Amphiphilic Molecules Hideto Shibagaki*, Shingo Ito, Ryohei Kawamura, Daisuke Ishii (Nagoya Institute of Technology) ···························································· 93

Control of Friction on Shape-Tunable Wrinkless Takuya Ohzono*, Kosuke Suzuki, Yuji Hirai (Research Institute for Sustainable Chemistry, AIST, Department of Applied Chemistry and Bioscience, Chitose Inst. Sci. Tech.) ························································· 94

Fabrication and Friction Measurement of Durable Shark Skin Mimicking Surfaces Aki Sato, Yuji Hirai, Takuya Ohzono, Masatsugu Shimomura (Chitose Institute of Science and Technology, The National Institute of Advanced Industrial Science and Technology) ·························································· 95

Wettability on the Snail’s Shells with Various Surface Layers Ryota Yamagishi, Hirotaka Maeda*, Daisuke Ishii, Toshihiro Kasuga and Yasutaka Matuo (Nagoya Institute of Technology, Hokkaido University) ··························· 96

4) トピックス (PEN より)

鳥類における色彩と機能 公益財団法人山階鳥類研究所 森本 元 ························································· 98

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モミジの葉の展開特性 大阪大学基礎工学部 小林 秀敏、新潟大学工学部 山内 健 ························ 102

カブトムシにやどる「匠」 国立科学博物館動物研究部 野村 周平 ······················································· 108

5) 国内外研究動向紹介

平成 27 年 7 月 7 日(火) 15-1 バイオミメティクス研究会 「生態系バイオミメティクス-持続可能性に向けた新しいトレンド-」に参加して 国立研究開発法人産業技術総合研究所 ナノチューブ実用化研究センター 関谷 瑞木 ··································································································· 116

平成 27 年 7 月 16 日(木) 科学研究費「生物規範工学」画像検討会（１日目 7/16）について 浜松医科大学 医学部 生物学 高久 康春 ················································· 118 平成 27 年 7 月 17 日(金) 科学研究費「生物規範工学」全体会議（2日目 7/17）に参加して 大阪工業大学 工学部 応用化学科 藤井 秀司 ············································· 120 平成 27 年 7 月 16 日(木)̶17 日(金) 生物規範工学全体会議に参加して 旭川医科大学医学部化学教室 室崎 喬之 ···················································· 122

6) 新聞・報道 ································································································ 125 7) アウトリーチ活動 ······················································································ 127 8) 各種案内 ··································································································· 129

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（１）巻頭言

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異分野連携と

バイオミメティックスに託す私の夢 総括班 評価グループ 友国雅章（国立科学博物館名誉館員・名誉研究員）

この大型プロジェクトの研究期間も余すところ１年半を切り，各研究班の皆さんは

最終報告に向けて各自の研究を加速させておられることと思う．先の中間評価は我々

にとって非常に厳しいものであったが，その後の下村代表をはじめとする関係各位の

ご努力や，外部評価委員の研究現場視察の際の適切なご説明などが功を奏して，進捗

状況確認では予想以上の高い評価が得られたことは誠に喜ばしい．一方，その所見で

は，総括班がより一層の指導力を発揮して，異分野の融合・連携を一層深めること，

A01班のデータベースをB01各班が有効に活用すること，および領域として統一的

な学理や方法論にまとめあげることが強く求められている．これらの項目は当プロジ

ェクトの当初からの目標でもあるし，次期プロジェクトに繋げるためにもきわめて重

要なテーマである．これらの達成を目指した各位のさらなるご努力を大いに期待する．

私自身は具体的な研究にほとんどタッチせず，文句を言ったり発破をかけたりするば

かりで誠に心苦しいが，それがこのプロジェクトにおける私の役目なのでお許し頂き

たい．

外部評価委員の指摘にもあるように，「異分野連携」は本プロジェクトの最も重要

なキーワードである．期待されているような成果を上げられるかどうかは，この異分

野連携が目論見どおり機能するかどうかにかかっている．このことについて，私には

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本プロジェクトの発足当初から強い危惧の念があり，ニュースレター Vol.2, No.1 の

評価委員からのメッセージに私見を書かせていただいた．非常に重要なことだと思う

ので，もう一度ここで簡単に触れておきたい．

異分野連携を目指して励んでおられる皆さんのご努力に水を差すようで申し訳な

いが，私の見解を有り体に言えば，出来上がった異分野の研究者が共同研究をしても，

本当の意味での異分野連携はうまく機能しないだろうということである．これは皆さ

んも大なり小なり実感されているのではないか．では，異分野連携は絵に描いた餅に

過ぎないのだろうか．私はそうは思わない．つまり，すでに独り立ちしている研究者

が，これまで余り意識してこなかった分野の研究に手を出すのは大変辛く，また余り

効率的でもないだろう．それなら，これから独り立ちしようとしている若い研究者を

異分野に通じるように養成すれば良いではないか．それが私の結論である．このこと

は他の方もこのニュースレターに書いておられるし，若手研究者の養成は本プロジェ

クトの目的のひとつでもある．自分が出来なかったことを次世代の若人に託すのはご

く当たり前のことであろう．これを次期プロジェクトの主要課題にして欲しいと私は

考えている．

私には次世代のバイオミメティックスに関してひとつの大きい夢がある．といって

も，私はすでに研究の第一線をリタイアした身分であるし，その夢を叶える力もない

ので，これは上に述べたような，一人で異分野連携の素養を備えた若い研究者に託す

夢である．それが人工光合成だ．

世界の人口が 70億を超え，それによりさまざまな地球規模の環境問題が引き起こ

されている．この喫緊の課題に対処するため，国連では 1972年に国際連合環境計画

(UNEP)を設立し，世界の国の政府が「将来の世代の生活の質を損なうことなく自ら

の生活の質を改善できるように，環境の保全に指導的役割を果たすこと」を目的に活

動を始めた．その枠組みの中で 1988年に設立されたのが気候変動に関する政府間パ

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ネルで，おもに地球温暖化に関する研究の集約とその評価がなされている．さらに，

地球生態系の重要を強く意識した国連は，ワシントン条約やラムサール条約などの先

行取り決めを補完し，生物多様性を保全するために，1992年に生物多様性条約を採

択した．これらの枠組みの基本理念が，地球の資源や生態系を含めた「持続可能な利

用(sustainable use)」である．これを実現するための最重要の課題はエネルギー問題

だろう．もちろん，そのエネルギーは再生可能なものでなければならない．これが解

決できれば地球温暖化や食料問題など，いくつもの懸案事項がクリアーできそうであ

る．

現在，我々が利用しているエネルギー資源の大部分は有限の地球資源である．枯渇

の心配がないにも拘わらず，十分活用されてはいない有望なエネルギー資源が太陽エ

ネルギーであることは論を待たない．これを利用するためのアイデアのひとつが人工

光合成だ．今から 27億年ほど昔の始生代に地球上に現れたとされる酸素発生型の光

合成をするシアノバクテリアから，高等植物に繫がる進化の過程で，光合成のメカニ

ズムは高度に発達した．とくに原生の緑色植物は実に効率よく太陽の光エネルギーを

利用して有機物を生産している．この仕組みを模倣することこそバイオミメティック

スの最たるものだと思う．まさに植物に学べである．

人工光合成の研究はすでにあちこちで行われており，企業ベースでも真剣に取り組

まれている．しかし，研究資金と人材がまったく足りていないのが現状のようだ．お

金のある所に人も集まる．研究者とて例外ではないだろう．日本政府がこれまで原発

の開発と運用に投資してきた予算の全額とは言わないが，せめて 3割程度でも人工光

合成を含めた再生可能エネルギーの研究と開発に振り向けてくれれば，状況は一挙に

好転すると私は信じている．そして原発を過去の技術にして貰いたい．

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（２）産業界からのメッセージ

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（３）研究紹介