本レポートのダウンロードはこちら（無料）
著者：アスタミューゼ株式会社 大竹 隼 修士（理学）
目次
バイオミメティクス（生物模倣）とは
バイオミメティクス（Biomimetics / 生物模倣）とは、生物の形態・機能・行動・システムから着想を得て、工学・材料・情報・医療などの幅広い技術領域に応用する学際的な研究分野です。「自然界の38億年の進化が生み出した最適解を工学に活かす」という思想のもと、従来のトップダウン型設計では実現が困難であった高性能・高機能なシステムや材料の創製をめざしています。
地球上の生物は、かぎられたエネルギーと材料のもとで過酷な環境に適応しています。その過程で獲得された構造・機能・行動・情報処理のしくみは、現代の工学技術から見てもおどろくほど高度に最適化されており、人間の設計技術がいまなお学ぶべき点を多くふくんでいます。バイオミメティクスは、こうした生物の「設計思想」を体系的に理解し、人工システムへ転用することを目的としています。
バイオミメティクスがあつかう模倣のアプローチは、大きく4つに分類できます。
構造模倣は、するアプローチです。貝殻の真珠層を模倣した高靭性複合材料、ハスの葉の超撥水ナノ構造、サメ皮膚の流体抵抗低減表面、蛾の複眼の反射防止構造などが代表例で、材料科学・表面工学・ナノテクノロジーの領域と深く関わります。
行動模倣は、生物の運動・移動・集団行動のパターンを工学システムに応用するアプローチです。鳥や昆虫の羽ばたき飛行を模倣したUAV（羽ばたき型飛行ロボット）、魚の遊泳機構を模倣した水中ロボット、四足動物の歩行パターンを再現したロボットなどが代表例で、ロボティクス・メカトロニクス・自律システムの領域と深く関わります。
機能模倣は、生物が発揮する特定の機能（触媒・接着・センシング・自己修復・物質輸送など）を人工システムで再現するアプローチです。天然酵素を模倣したナノザイム（人工酵素）、細胞膜の選択透過性を模倣した人工膜、ムール貝の水中接着機構を模倣したコーティング材料などが代表例で、化学・バイオテクノロジー・医療工学の領域と深く関わります。
アルゴリズム模倣は、生物の情報処理・学習・最適化のメカニズムをソフトウェアやハードウェアに応用するアプローチです。脳・神経回路の信号処理を模倣したニューロモーフィックコンピューティングやスパイキングニューラルネットワーク(SNNs)、アリのコロニーの行動原理や遺伝的アルゴリズムなど生物の集団知性にもとづく最適化手法が代表例で、AI・コンピュータサイエンス・情報工学の領域と深く関わります。
これらのアプローチは相互に重なり合うことも多く、近年では複数の生物機能を同時に模倣する「マルチバイオミメティクス」的な研究も活発化しています。さらに、AIや合成生物学といった新興技術との融合により、バイオミメティクスの応用範囲はいっそう拡大しています。
本レポートでは、こうした背景をふまえ、アスタミューゼ独自のデータベースを活用し、特許・論文・グラント（研究プロジェクト）におけるバイオミメティクス関連の技術動向を分析します。
バイオミメティクスに関連する特許の動向分析
アスタミューゼの保有する特許データベースから、「バイオミメティクス」「バイオニクス」「生体模倣材料」などの技術要素を要約にふくむ特許40,095件を抽出し、文献にふくまれるキーワードの年次推移から近年進展のある技術要素を特定する「未来推定」分析を実施しました。これは、キーワードの変遷を追うことでブームが去った技術や今後注目されると予測される技術を定量的に評価し、各技術要素の成熟度（黎明・萌芽・成長・実装）を予測する分析手法です。
2016年以降に出願されたバイオミメティクスに関連する特許のキーワードの年次推移が図1です。
なお、キーワードごとの成長率（Growth）は、2016年以降の文献中における出現回数に対する、2021年以降の出現回数の比として定義されます。値が1に近いキーワードほど直近の出現頻度が高く、近年注目度が高まっていることを示します。
成長率上位のキーワードを見ると、生体模倣ロボティクス、大気水収集（AWH）、膜バイオミメティクス、そしてサメ・鳥・昆虫など動物の構造を模倣した工学技術に関するキーワードが多く登場しています。以下に、とくに注目すべきキーワードを紹介します。
- 大気水収集・霧収集（AWH / Fog-harvesting）
ナミブ砂漠に生息する甲虫が背中の凹凸構造で霧から水を集める仕組みや、サボテンの棘が霧を根元に導くメカニズムを模倣した材料・デバイス設計技術です。表面に親水性と疎水性パターンを最適配置することで高効率な集水を実現する研究が進んでおり、気候変動下における分散型水資源確保技術として急速に注目を集めています。 - リン脂質化（Phosphatidylated）
細胞膜の主要構成成分であるリン脂質を表面修飾にもちいる膜バイオミメティクス技術です。薬物送達用ナノ粒子の表面を細胞膜類に似たリン脂質でコーティングすることで、体内での免疫回避や長期循環を実現する研究が活発化しています。 - 蛾の眼構造模倣（Moth-eye-like）
蛾の複眼表面に存在する約200nmピッチのナノスケールの凹凸構造が光の反射を極限までおさえる機能を模倣した反射防止フィルム・光学材料です。太陽電池パネルの光透過率向上やディスプレイの映り込み防止への応用が進んでいます。 - サメ肌模倣（Sharkskin-imitating）
サメの皮膚を覆う盾鱗（placoid scale）が形成する微細溝構造（riblet）を模倣した、低流体抵抗・抗菌コーティング技術です。水着・船体・航空機の翼面への応用を想定した特許出願が増加しており、サメの鱗構造に関連するキーワードとの共起も顕著です。 - エイ模倣（Ray-imitated）
エイの扁平な体形と胸びれの波動運動を模倣した水中ロボット・推進機構です。従来のプロペラ推進とくらべて低騒音・高機動性・省エネルギーという特性を持ち、海洋調査や水中インフラ点検への応用を想定した特許出願が増えています。 - 四足ロボット（Four-footed）
チーター・犬・山羊など四足歩行動物の移動機構を模倣したロボットに関するキーワードです。不整地での移動や荷重搬送を想定した産業・軍事用途向けの特許出願が2021年以降に急増しており、生体模倣ロボティクスへの投資加速を裏付けています。 - 羽ばたき型飛行機・鳥模倣（Ornithopters / Bird-imitating）
鳥や昆虫の羽ばたき飛行を模倣したUAV（フラッピング翼型無人飛行機）に関するキーワード群です。固定翼・回転翼では実現がむずかしい低速域での高機動性と静粛性を活かし、偵察・環境モニタリング・授粉支援など幅広い用途向けの特許出願が継続的に伸びています。
これらのキーワードの急伸は、大気水収集材料の実用化、膜バイオミメティクスによる医療応用、および生体模倣ロボティクスの産業展開など、バイオミメティクスが多岐にわたる分野で実用化フェーズへ移行しつつあることを示しています。
続いて、特許出願数の国別動向を見ていきます。企業や研究機関による特許出願の傾向は、社会実装が近い、あるいはすでに実装されつつある技術の方向性を映し出します。
バイオミメティクス関連特許の国別出願件数の年次推移が図2です。なお、特許データは出願から公開までにタイムラグが存在するため、集計は2024年までとなっています。
国別では、中国が圧倒的な存在感を示しており、全体の86.7%を占めています。以下、米国（4.2%）、国際出願（3.5%）、韓国（1.7%）、EU（1.2%）、日本（0.7%）と続きます。
中国では生体模倣ロボティクス・バイオニクス関連の特許出願が多く、国策である「製造強国」政策と連動した産業化志向の研究開発が活発であることが読み取れます。一方、米国や国際出願においては、膜バイオミメティクスやナノザイム（人工酵素）といった医療・材料系の特許が比較的多い傾向が見られました。
バイオミメティクスに関連する論文の動向分析
企業・研究機関の発表する論文は、研究開発段階にある技術の中長期的動向を反映しており、特許とくらべて社会実装までに時間を要する領域の先端動向を読みとることができます。
特許分析と同様に、バイオミメティクスと関連する特徴的なキーワードをふくむ論文81,411件を抽出しました。2016年以降に出版された論文の概要にふくまれるキーワードの年次推移が図3です。
2016年以降の論文では、以下の先進的技術に関するキーワードが増加傾向にあります。
- ナノザイム・酵素模倣（Nanozyme / Enzyme-mimicking）
天然酵素の触媒機能を模倣したナノ材料（ナノザイム）に関するキーワードが、この分野でもっとも顕著な成長を示しています。関連論文数は2016年の4件から2025年には145件へと急増しており、成長率は0.82に達します。がん診断・治療、環境センシング、抗菌材料など、幅広い用途への応用研究が活発化しています。 - ニューロモーフィック（Neuromorphic）
脳・神経回路の構造と機能を模倣したチップ・回路・AIハードウェアに関するキーワードです。関連論文数は2016年の77件から2025年には646件へと8倍以上に増加しており、AIハードウェアの低消費電力化・高効率化に向けた生体模倣コンピューティングへの関心の高さを示しています。膜バイオミメティクス（Membrane-biomimetic / Membrane-camouflaged）：赤血球・血小板・がん細胞などの細胞膜でナノ粒子を覆い、免疫系による排除を回避しながら標的組織へ選択的に薬剤を届けるドラッグデリバリー技術です。関連論文数は「membrane-biomimetic」が2016年の1件から2025年の15件へ、「membrane-camouflaged」は2016年の3件から2025年の23件へとそれぞれ増加しています。 - 大気水収集（AWH / Sorption-based）
砂漠甲虫やサボテンの霧収集機構を模倣し、水蒸気・ガスの吸脱着機能を利用して大気中から水を得る材料・デバイスに関するキーワードです。関連論文数は2020年の1件から2024年の16件へと急増しており（成長率0.98）。気候変動への対応技術として注目が高まっています。 - 羽ばたき型飛行ロボット（Ornithopters / FWAVs / AeroBat）
昆虫・鳥・コウモリの羽ばたき飛行を模倣したフラッピング翼型UAVに関するキーワード群です。なかでもAeroBatはコウモリの飛翔を模倣した飛行ロボットで、2020年以降に関連論文数が急増しています。 - GelMA（ゼラチンメタクリレートハイドロゲル）
細胞外マトリクス（体内で細胞を取り囲む構造的足場）を模倣したハイドロゲル素材の代表例です。組織工学・バイオプリンティング・薬物送達への応用研究が継続的に拡大しており、関連論文数は2016年の6件から2025年の61件へと約10倍に成長しています。 - 複合生体模倣（Multi-bioinspired / Dual-biomimetic）
複数の生物や生体機能から同時に着想を得た材料・設計に関するキーワードです。単一の生物機能を模倣するアプローチから、複数機能を統合した多機能材料の開発へと研究の焦点が移行していることを示しています。
これらの技術は、ナノ材料による酵素機能代替、生体模倣を活用したがん治療・薬物送達、AIハードウェアの生体模倣化、大気水収集による水資源確保など、バイオミメティクスの応用範囲が飛躍的に広がっていることを示しています。とりわけナノザイムとニューロモーフィックコンピューティングの急成長が、現在の研究トレンドの中核をなしています。
つづいて、論文の国別出版件数を見ていきます（図4）。
国別では、中国が最多で、全体の38.7%を占めています。以下、米国（15.6%）、インド（4.3%）、ドイツ（3.9%）、デンマーク（3.7%）、日本（3.1%）と続きます。中国の論文数は2015年の908件から2025年には3,491件へと約4倍に増加しており、近年も増加がつづいています。米国は2015年以降、一定水準を維持していますが、中国との差は年々拡大しています。また、デンマークが5位に入っていることは注目に値します。人口規模を考えると際立った存在感であり、同国の材料科学・ロボティクス分野における研究力の高さを反映していると考えられます。
バイオミメティクスに関連するグラントの動向分析
続いて、グラント（競争的研究資金）の配賦動向を分析します。研究機関や企業に付与されるグラントは、研究計画段階にある技術と関連しており、特許や論文とくらべて社会実装までにさらに長い時間軸を反映しています。特許・論文と同様に、バイオミメティクスに関連する特徴的なキーワードをふくむグラント17,846件を抽出しました。2016年以降のグラントに含まれるキーワードの年次推移が図5です。
2016年以降のグラント分析では、以下のキーワードが増加傾向にあります。
- クモ糸タンパク質（MaSp / Spidroin）
クモの大壺状腺が産生する主要糸タンパク質（Major Ampullate Spidroin）を人工繊維で再現することを目的とした研究領域です。クモ糸は高強度・高弾性・軽量・生体適合性を兼ね備え、現在の合成繊維技術をはるかに上回る機械的特性を持ちます。組換えタンパク質合成による大量生産技術の確立を目指した基礎研究が中心となっています。 - 脳型コンピューティング（Brain-inspired / SNNs）
脳の神経回路と情報処理機構を模倣したニューロモーフィックコンピューティングおよびスパイキングニューラルネットワーク（SNNs）に関する領域です。急増するAIの消費電力問題に対する根本的な解決策として位置づけられており、米国・EU・日本いずれにおいても優先的な投資対象となっています。 - バイオミメティック・バイオマテリアル（Biomimetic-biomaterials）
生体組織や細胞外マトリクス（細胞を取り囲む構造的足場）を模倣した人工材料（足場材料・コーティングなど）に関する領域です。再生医療・組織工学分野での臨床応用を見据えたグラントが集中しています。 - 大気水収集（AWH）
霧や結露を活用して大気中から水を得る技術です。気候変動への対応と持続可能な水資源確保への社会的ニーズを背景に、特に乾燥地域における水供給インフラとしての実用化研究への投資が見られます。 - 生体模倣ロボット・持続可能設計（Jellyfish-inspired / Biomimicry-inspired）
クラゲの遊泳機構を模倣した水中ロボットや、自然界の生態系戦略を応用した持続可能な設計思想（バイオミミクリー）に関する領域です。環境負荷の低い工学システムの実現を目指した長期的な投資が確認されます。
これらのキーワードの増加は、クモ糸・バイオマテリアルといった素材科学の基盤研究から、脳型AIハードウェア、気候変動対応技術にいたるまで、長期的な社会課題の解決に向けてグラント資金が幅広く配分されていることを示しています。
続いて、グラントの件数および配賦額の国別動向を見ていきます。件数の推移が図6、配賦額の推移が図7です。なお、中国はグラントデータの開示状況が年次により大きく異なり、実態を反映しない可能性が高いため、今回の分析から除外しています。また、公開直後のグラント情報はデータベースに未格納の場合があり、直近の集計値は過小評価されている可能性があります。
グラント件数では米国が最多（38.3%）で、日本（16.8%）、ドイツ（8.0%）、EU（5.6%）と続きます。配賦額では米国がさらに突出しており（49.6%）、EU（22.1%）がこれに続いて近年増加傾向にあります。日本（5.4%）、ドイツ（6.5%）、スイス（4.1%）も一定の投資規模を維持しています。
国別の特徴を見ると、まず日本はグラント件数では米国に次いで多く、内閣府の戦略的イノベーション創造プログラム（SIP）、科学技術振興機構（JST）の未来社会創造プログラム、日本医療研究開発機構（AMED）を通じて、バイオ材料・生体模倣医療機器分野への継続的支援が確認されます。
米国では国立科学財団（NSF）、国立衛生研究所（NIH）、国防高等研究計画局（DARPA）を中心に、ニューロモーフィックコンピューティングやバイオインスパイアドロボティクス、生体模倣医療材料の研究に年間数億ドル規模の資金が投じられています。とりわけDARPAによる生体模倣ロボット・義肢の軍民両用研究への投資が継続しています。
EUではHorizon EuropeとEIC（欧州イノベーション会議）を通じた大規模投資がつづいており、2024年には持続可能な材料・循環型経済に向けたバイオミメティクス応用、次世代ロボティクス、神経形態センサーを重点領域に設定し、資金配分を拡大しています。
バイオミメティクスに関連するスタートアップ企業の事例
バイオミメティクス分野では、大手テック企業・素材メーカーに加えて多数のスタートアップ企業が革新的な技術開発と積極的な資金調達を展開しています。以下に、近年注目される主要スタートアップ企業の概要を示します。
以下の表（図8）に、バイオミメティクス関連の主要スタートアップ企業をまとめます。
上記のなかでもとくに注目度の高い5社を紹介します。
- Noetix Robotics（中国：2023年創業）
業界最大級の資金を調達しているバイオミメティックロボットメーカーです。人体の筋骨格系から着想を得た生体力学的関節モーターを搭載したヒューマノイドロボット（Dora・N2・Hobbs）を開発しており、生体模倣アクチュエーターの採用により、従来型ロボットを大幅に上回る運動性・耐久性・エネルギー効率を実現しています。 - Metaphore Biotechnologies（米国：2021年創業）
生体模倣と機械学習を組み合わせた分子ミミックプラットフォーム（MIMiC™）で新規治療薬を開発する創薬スタートアップです。天然の生体分子が持つ結合特異性と安定性を模倣した人工分子を設計することで、従来の抗体医薬では届かなかったターゲットへのアプローチを可能にしています。 - Spiralis Energy（英国：2023年創業）
Turritella貝殻の螺旋構造にインスパイアされた生体模倣型の潮力エネルギー変換器を開発するクリーンエネルギースタートアップです。従来の潮力発電技術と比べて低流速でも効率的なエネルギー変換が可能とされており、チャールズ3世国王が主宰するEarthshot Prize 2024のファイナリストに選出されています。 - 3D BioFibR（カナダ：2020年創業）
クモ糸・コラーゲン・エラスチンなど天然の高性能繊維を模倣した人工バイオファイバーを製造するバイオマテリアルスタートアップです。独自のCollaFibR™技術により、大型の繊維工場設備を必要とせず卓上サイズの装置で高品質なバイオファイバーの製造を実現しており、組織工学・医療機器・持続可能繊維市場への展開を目指しています。 - WAVR Technologies（米国：2024年創業）
ナミブ砂漠の甲虫やサボテンの霧収集機構を模倣した大気水収穫（AWH）システムを開発するスタートアップです。現行市場における主要競合製品と比べて10倍の水収率を実現したとしており、水資源の乏しい地域向けの分散型水供給インフラとしての実用化を目指しています。
これらのスタートアップ企業は、生体模倣ロボティクス、バイオマテリアル、創薬・医療機器、クリーンエネルギー、大気水収集など、多様な応用領域でバイオミメティクス技術を展開しています。生体力学の工学的再現によるロボットの高性能化、天然高機能材料の人工合成、そして持続可能な環境技術への応用が、各社に共通するトレンドです。
技術・事業用の課題としては、AIや機械学習との融合（神経形態コンピューティング、生体模倣AI）、生体材料の大量生産技術の確立、および医療用途における規制対応（FDA等）が挙げられます。地域別では中国・米国のスタートアップが資金調達規模で突出していますが、欧州（英国・イタリア・ハンガリー）やカナダでも独自の技術的強みを持つ企業が台頭しています。
バイオミメティクスに関連する技術動向分析のまとめ
本レポートでは、バイオミメティクスに関連する特許、論文、グラントのデータベースをもとに、年次推移の分析と具体的な事例の抽出をおこないました。以下に、各分析から得られた主要な知見を整理します。
特許分析からは、生体模倣ロボティクス（四足ロボット・羽ばたき型UAV）への産業投資の加速が顕著に読み取れました。「four-footed」「ornithopters」「bird-imitating」「ray-imitated」といったキーワードの成長は、生物の運動機構を工学的に再現する技術が量産・実装段階に入りつつあることを示しています。また、大気水収集（AWH・ fog-harvesting ）、膜バイオミメティクス（phosphatidylated・membrane-coated）、光学・流体制御表面技術（moth-eye-like・sharkskin-imitating）も直近の特許出願で高い成長率を示しました。中国の特許出願急増は、同国の積極的な産業政策とヒューマノイドロボット市場の拡大を強く反映していると考えられます。
論文分析からは、ナノザイム（酵素機能を持つナノ材料）とニューロモーフィックコンピューティングが研究の主要トレンドとして浮上していることが示されました。ナノザイム関連の論文数は10年間で数十倍に成長しており、医療診断・治療・環境センシングへの応用研究が世界的に活発化しています。また、細胞膜を模倣した生体模倣ドラッグデリバリー技術（membrane-camouflaged・membrane-biomimetic）は、がん治療・免疫療法の次世代プラットフォームとして注目を集めています。中国と米国の激しい競争がこの分野の技術進歩を加速させる一方、インド・デンマーク・ドイツといった新興プレイヤーの台頭も注目されます。
グラント分析からは、長期的な社会課題解決に向けた重点投資が確認されました。クモ糸タンパク質の人工合成研究（masp・spidroin）、ニューロモーフィックコンピューティングの基盤研究（brain-inspired・snns）、再生医療向けバイオマテリアルの開発（biomimetic-biomaterials）への資金配分は、特許や論文にはまだ十分に反映されていない長期的な技術投資の方向性を示しています。米国のNSF・NIH・DARPAによる大規模投資が継続する一方、EUのHorizon Europeと日本のJST・AMEDによる支援も着実に拡大しています。
これらの分析が示すように、バイオミメティクスはすでに一部の大手テクノロジー企業が積極参入する成長市場となっています。四足ロボット で知られるBoston Dynamicsのような企業に加え、ニューロモーフィックチップや生体模倣センサーの領域でも大手企業による開発競争が進んでいます。
今回の分析全体を通じて、医療・材料・ロボティクス・エネルギーの全領域にわたり、生物の機能を模倣した技術開発が特許（実用化）・論文（研究）・グラント（基盤研究）のすべての側面で加速していることが確認されました。とくに注目される技術として、ナノザイムによる人工酵素、ニューロモーフィック材料・チップ、生体模倣UAVと四足ロボット、膜バイオミメティクスによるドラッグデリバリー、大気水収集材料が挙げられます。
気候変動・高齢化・エネルギー問題といったグローバル課題の深刻化と、AIの急速な発展が相まって、バイオミメティクスへの需要は今後も拡大し続けると予測されます。医療機器の小型化・低侵襲化、ロボティクスの高効率化・汎用化、持続可能な材料・エネルギー技術の確立など、多岐にわたる分野でバイオミメティクスの社会実装はさらに加速していくでしょう。
著者：アスタミューゼ株式会社 大竹 隼 修士（理学）
さらなる分析は……
アスタミューゼでは「バイオミメティクス」に関する技術に限らず、様々な先端技術/先進領域における分析を日々おこない、さまざまな企業や投資家にご提供しております。
本レポートでは分析結果の一部を公表しました。分析にもちいるデータソースとしては、最新の政府動向から先端的な研究動向を掴むための各国の研究開発グラントデータをはじめ、最新のビジネスモデルを把握するためのスタートアップ/ベンチャーデータ、そういった最新トレンドを裏付けるための特許/論文データなどがあります。
それら分析結果にもとづき、さまざまな時間軸とプレイヤーの視点から俯瞰的・複合的に組合せて深掘った分析をすることで、R&D戦略、M&A戦略、事業戦略を構築するために必要な、精度の高い中長期の将来予測や、それが自社にもたらす機会と脅威をバックキャストで把握する事が可能です。
また、各領域/テーマ単位で、技術単位や課題/価値単位の分析だけではなく、企業レベルでのプレイヤー分析、さらに具体的かつ現場で活用しやすいアウトプットとしてイノベータとしてのキーパーソン/Key Opinion Leader（KOL）をグローバルで分析・探索することも可能です。ご興味、関心を持っていただいたかたは、お問い合わせ下さい。
