生物体内的金山：为控制、传感器和节能带来革命
2014-05-21 07:41:02   来源：BP日经   评论：0   点击：

现在，把生物功能与电子融合的动态日趋活跃。灵活应用生物的原理和功能，突破传统电子技术无法跨越的壁垒（图1）。其核心是控制技术、传感器技术和能源技术。生物的“力量”将为电子带来一场革命。

图1 利用生物的力量超越极限

通过把生物优秀的原理和生物本身运用于电子领域，能够打破过去利用传统工学方法无法跨越的壁垒，得到理想的性能。比方说能像马一样自然行走、奔跑的四足步行机器人，与狗鼻子一样灵敏的传感器，以及完全不排放无用废弃物的能源生成技术等。

过去也曾有过把生物优秀的功能运用于其他领域的尝试。这种尝试叫作“Biomimetics”、“Biomimicry”，也就是仿生技术。仿生技术顾名思义，多数还只是模仿生物体现出来的表面机能。在工学领域中，主要的应用途径包括流体力学、结构物、材料等。

今后，生物系统的动作和生物优秀的机能也将得到利用。在某些用途，甚至还会采用混合方式，比如直接取下生物的一部分，实现电子技术与生物的融合。

在生物的活用方面，电子领域中最能发挥威力的将是控制技术、传感器技术和能源技术（图2）。

图2 向控制、传感器和能源领域拓展

在过去，把生物优秀的功能发挥到其他领域主要是模仿生物结构。而在今后，生物的原理和生物本身也将得到利用。在现在面临诸多课题的控制、传感器、能源领域的利用估计将会增加。

在控制领域，有研究表明，通过解析生物具备的自主分布式控制的原理，将其运用于四足步行机器人，可以实现像马一般自然的步行；通过分析鱼群的游动方式，可以构建出多台机器人车互不碰撞的自动行驶系统；通过模仿昆虫的大脑，可以制作出效率高、抗干扰强的机器人等。

在传感器领域，与狗鼻子一样灵敏的传感器和只需靠近生鲜食品即可分辨出鲜度的传感器也有望实现。

在能源领域，通过融合藻类和半导体技术，高效率的人工光合作用系统也都被纳入了研发日程。利用昆虫体液和微生物的燃料电池也有可能成为现实。

生物学和超级计算机发挥带动作用

现在，生物活用之所以大热，缘于生物活用需要的“工具”已经齐备。随着生物学的发展，生物的工作原理得以明确，细胞和微生物等与电子技术的融合也变得更加容易。

随着计算技术的进步，生物的部分活动已经可以在超级计算机上进行模拟。比方说重现昆虫的神经活动。

高功能、低价位的3D打印机的登场也具有重大意义。生物的结构复杂，如果利用传统技术制造，操作过程既困难又复杂。因此，“单是试制就需要耗费大量的成本和时间，研究进展缓慢”（某大学教授）。而使用3D打印机可以轻而易举地完成结构物的试制。

除此之外，追求降低环境负荷、可持续发展的社会需求也在推动生物活用的发展。在漫长的时间进程中适应了环境变化的生物不会对地球环境造成负面影响。以光合作用为例，光合作用可以利用温室气体CO2，把光能源转化成化学能源。

推动ISO的标准化

尽管关心程度空前高涨，但使生物与电子技术融合的动态才刚刚开始。不过在全球范围内，这无疑将成为未来的发展趋势。仿生领域的国际标准化展现出了这一趋势的浩大声势。研究主要通过ISO的技术委员会“ISO/TC266 Biomimetics”开展。欧洲、日本以及美国、中国、韩国等国家已经加入进来，除了定义仿生技术之外，技术委员会还将为这项技术的材料、结构、生产方法等框架制定标准。

在ISO/TC266上唱主角的虽然是德国、法国等欧洲企业，但日本也派出了由大学、研究所组成的混合团队参加。向ISO/TC266发出了日本的声音。另外，ISO的讨论虽然看似目前还停留在结构层面，但对于生物利用和生物融合的发展，这应该是一个必须经历的过程。