仿生學：從生物演化的最佳解中學習的技術
Astamuse株式會社發布了一份關於仿生學（Biomimetics）技術趨勢的綜合報告。透過分析其創新資料庫，報告指出大氣集水、仿生機器人等領域正進入實用化階段，且中國在專利與學術論文產出方面均佔據主導地位。
📋 文章處理履歷
- 📰 發表: 2026年5月28日 10:33
- 🔍 收集: 2026年6月1日 01:12（發表後86小時38分鐘）
- 🤖 AI分析完成: 2026年6月1日 23:31（收集後22小時19分鐘）
Astamuse株式會社（總部：東京都千代田區，代表取締役社長：永井步）針對仿生學技術領域，全面分析了公司擁有的創新資料庫（包含論文、專利、新創企業、研究補助金等創新與研發資訊），並將趨勢整理成報告。
仿生學（Biomimetics / 生物模倣）是一門跨學科研究領域，從生物的形態、功能、行為與系統中汲取靈感，應用於工程、材料、資訊、醫療等廣泛技術領域。基於「將自然界38億年演化產生的最佳解應用於工程」的理念，旨在創造出傳統由上而下設計難以實現的高性能、高功能系統與材料。
地球上的生物在有限的能量與材料下適應了嚴酷的環境。在此過程中獲得的結構、功能、行為與資訊處理機制，即使以現代工程技術來看，也高度優化，包含許多人類設計技術仍需學習之處。仿生學旨在系統性地理解這些生物的「設計思想」，並將其轉用於人工系統。
仿生學採用的模倣途徑大致可分為四類。
結構模倣是透過工程方式再現生物擁有的形態、微細結構與材料組成。代表案例包括模倣貝殼珍珠層的高韌性複合材料、蓮葉的超疏水奈米結構、鯊魚皮膚的流體阻力降低表面、蛾複眼的防反射結構等，與材料科學、表面工程、奈米技術領域密切相關。
行為模倣是將生物的運動、移動、群體行為模式應用於工程系統。代表案例包括模倣鳥類與昆蟲拍動飛行的UAV（拍動翼飛行機器人）、模倣魚類游動機構的水下機器人、再現四足動物行走模式的機器人等，與機器人學、機電一體化、自主系統領域密切相關。
功能模倣是在人工系統中再現生物展現的特定功能（催化、黏附、感測、自修復、物質傳輸等）。代表案例包括模倣天然酵素的奈米酶（人工酵素）、模倣細胞膜選擇性滲透性的人工膜、模倣貽貝水下黏附機制的塗層材料等，與化學、生物技術、醫療工程領域密切相關。
演算法模倣是將生物的資訊處理、學習、優化機制應用於軟體或硬體。代表案例包括模倣大腦與神經迴路訊號處理的神經形態計算與脈衝神經網路（SNNs）、基於螞蟻群體行為原理與遺傳演算法等生物群體智慧的優化手法，與AI、電腦科學、資訊工程領域密切相關。
這些途徑往往相互重疊，近年來同時模倣多種生物功能的「多重仿生學」研究也日益活躍。此外，隨著AI與合成生物學等新興技術的融合，仿生學的應用範圍正進一步擴大。
本報告基於上述背景，利用Astamuse獨有的資料庫，分析了專利、論文與研究補助金（研究計畫）中與仿生學相關的技術趨勢。
仿生學相關專利趨勢分析
從Astamuse持有的專利資料庫中，提取了摘要中包含「仿生學」、「仿生技術」、「生物模倣材料」等技術要素的40,095件專利，並根據文獻中關鍵字的年度變化，實施了識別近年進展技術要素的「未來預測」分析。這是一種透過追蹤關鍵字的變遷，定量評估已過熱潮的技術或預測未來受關注技術，並預測各技術要素成熟度（黎明、萌芽、成長、實裝）的分析手法。
圖1顯示了2016年以後申請的仿生學相關專利關鍵字的年度變化。
圖1：仿生學相關專利摘要中包含的關鍵字年度變化（2016～2025年）
此外，各關鍵字的成長率（Growth）定義為2021年以後的出現次數相對於2016年以後文獻中出現總次數的比率。數值越接近1的關鍵字，表示近期的出現頻率越高，顯示近年關注度正在提高。
觀察成長率較高的關鍵字，仿生機器人、大氣集水（AWH）、膜仿生學，以及模倣鯊魚、鳥類、昆蟲等動物結構的工程技術相關關鍵字大量出現。以下介紹特別值得關注的關鍵字。
大氣集水・霧收集（AWH / Fog-harvesting）
這是一種模倣納米比沙漠甲蟲背部凹凸結構從霧中收集水分，以及仙人掌刺將霧引導至根部機制的材料與裝置設計技術。透過在表面優化配置親水性與疏水性圖案來實現高效集水的研究正在進行，作為氣候變遷下的分散式水資源確保技術，正迅速受到關注。
磷脂化（Phosphatidylated）
這是一種將細胞膜主要成分磷脂用於表面修飾的膜仿生技術。透過用類似細胞膜的磷脂塗層藥物傳輸用奈米顆粒表面，以實現體內免疫逃避與長期循環的研究正日益活躍。
蛾眼結構模倣（Moth-eye-like）
這是一種模倣蛾複眼表面約200nm間距的奈米級凹凸結構，將光反射抑制到極限的功能的防反射膜與光學材料。在提高太陽能電池板光透射率與防止顯示器反光方面的應用正在推進。
鯊魚皮模倣（Sharkskin-imitating）
這是一種模倣覆蓋鯊魚皮膚的盾鱗（placoid scale）形成的微細溝槽結構（riblet）的低流體阻力與抗菌塗層技術。預期應用於泳裝、船體、飛機翼面的專利申請正在增加，與鯊魚鱗片結構相關關鍵字的共現也相當顯著。
魟魚模倣（Ray-imitated）
這是一種模倣魟魚扁平體型與胸鰭波動運動的水下機器人與推進機構。與傳統螺旋槳推進相比，具有低噪音、高機動性、省能源等特性，預期應用於海洋調查與水下基礎設施檢查的專利申請正在增加。
四足機器人（Four-footed）
這是關於模倣獵豹、狗、山羊等四足行走動物移動機構的機器人相關關鍵字。預期在不平整地形移動與負載搬運的產業與軍事用途專利申請自2021年後激增，證實了對仿生機器人投資的加速。
拍動翼飛行器・鳥類模倣（Ornithopters / Bird-imitating）
這是一組關於模倣鳥類與昆蟲拍動飛行的UAV（拍動翼型無人飛行機）相關關鍵字。利用固定翼與旋轉翼難以實現的低速域高機動性與靜音性，針對偵察、環境監測、授粉支援等廣泛用途的專利申請持續增長。
這些關鍵字的急劇上升，顯示仿生學正從大氣集水材料的實用化、膜仿生學的醫療應用，以及仿生機器人的產業發展等多個領域，進入實用化階段。
接著，觀察各國專利申請數的趨勢。企業與研究機構的專利申請傾向，反映了接近社會實裝或已經實裝技術的方向性。
圖2顯示了仿生學相關專利各國申請件數的年度變化。此外，由於專利資料從申請到公開存在時間差，統計截至2024年。
圖2：仿生學相關專利各國申請件數年度變化（2016～2024年）
按國家來看，中國展現了壓倒性的存在感，佔總數的86.7%。其次是美國（4.2%）、國際申請（3.5%）、韓國（1.7%）、歐盟（1.2%）、日本（0.7%）。
在中國，與仿生機器人與仿生技術相關的專利申請較多，可以看出與國家政策「製造強國」聯動的產業化導向研發相當活躍。另一方面，在美國與國際申請中，膜仿生學與奈米酶（人工酵素）等醫療與材料系專利相對較多。
仿生學相關論文趨勢分析
企業與研究機構發表的論文反映了處於研發階段技術的中長期趨勢，與專利相比，可以讀取到距離社會實裝尚需時間領域的尖端動向。
與專利分析相同，提取了81,411件包含與仿生學相關特徵關鍵字的論文。圖3顯示了2016年以後出版論文摘要中包含關鍵字的年度變化。
圖3：仿生學相關論文摘要中包含的關鍵字年度變化（2016～2025年）
在2016年以後的論文中，與以下先進技術相關的關鍵字呈增加趨勢。
奈米酶・酵素模倣（Nanozyme / Enzyme-mimicking）
模倣天然酵素催化功能的奈米材料（奈米酶）相關關鍵字，在此領域顯示出最顯著的成長。相關論文數從2016年的4件激增至2025年的145件，成長率達到0.82。在癌症診斷與治療、環境感測、抗菌材料等廣泛用途的應用研究正日益活躍。
神經形態（Neuromorphic）
模倣大腦與神經迴路結構與功能的晶片、電路、AI硬體相關關鍵字。相關論文數從2016年的77件增加至2025年的646件，成長超過8倍，顯示出對AI硬體低功耗化與高效率化所需的仿生計算的高度關注。膜仿生學（Membrane-biomimetic / Membrane-camouflaged）：這是一種用紅血球、血小板、癌細胞等細胞膜覆蓋奈米顆粒，在避免免疫系統排除的同時，選擇性地將藥物傳輸至目標組織的藥物傳輸技術。相關論文數「membrane-biomimetic」從2016年的1件增加至2025年的15件，「membrane-camouflaged」從2016年的3件增加至2025年的23件。
大氣集水（AWH / Sorption-based）
模倣沙漠甲蟲與仙人掌霧收集機制，利用水蒸氣與氣體的吸脫附功能從大氣中獲取水分的材料與裝置相關關鍵字。相關論文數從2020年的1件激增至2024年的16件（成長率0.98）。作為應對氣候變遷的技術，關注度正在提高。
拍動翼飛行機器人（Ornithopters / FWAVs / AeroBat）
模倣昆蟲、鳥類、蝙蝠拍動飛行的拍動翼型UAV相關關鍵字群。其中AeroBat是模倣蝙蝠飛行的飛行機器人，2020年以後相關論文數激增。
GelMA（明膠甲基丙烯醯基水凝膠）
模倣細胞外基質（體內包圍細胞的結構性支架）的水凝膠材料代表例。在組織工程、生物列印、藥物傳輸方面的應用研究持續擴大，相關論文數從2016年的6件成長至2025年的61件，約10倍。
複合仿生（Multi-bioinspired / Dual-biomimetic）
同時從多種生物或生物功能汲取靈感的材料與設計相關關鍵字。顯示研究焦點正從模倣單一生物功能的方法，轉向開發整合多種功能的多功能材料。
這些技術顯示仿生學的應用範圍正飛躍性地擴大，例如奈米材料替代酵素功能、利用仿生學的癌症治療與藥物傳輸、AI硬體的仿生化、大氣集水確保水資源等。特別是奈米酶與神經形態計算的急劇成長，構成了當前研究趨勢的核心。
接著，觀察各國論文出版件數（圖4）。
按國家來看，中國最多，佔總數的38.7%。其次是美國（15.6%）、印度（4.3%）、德國（3.9%）、丹麥（3.7%）、日本（3.1%）。中國的論文數從2015年的908件增加至2025年的3,491件，約4倍，近年也持續增加。美國自2015年以後維持一定水準，但與中國的差距逐年擴大。此外，丹麥進入第5名值得關注。考慮到人口規模，這是一個顯著的存在，被認為反映了該國在材料科學與機器人領域的高研究實力。
（關於仿生學相關研究補助金的關鍵字與趨勢分析、新創企業案例，以及整體總結，請參閱本公司企業網站的相關頁面）
作者：Astamuse株式會社 大竹 隼 碩士（理學）
更多分析……
Astamuse不僅限於「仿生學」相關技術，每天都在進行各種尖端技術/先進領域的分析，並提供給各類企業與投資者。
本報告公佈了部分分析結果。分析所使用的資料來源，包括為掌握從最新政府動向到尖端研究動向的各國研發補助金資料，為掌握最新商業模式的新創/創投資料，以及為佐證這些最新趨勢的專利/論文資料等。
基於這些分析結果，我們從各種時間軸與參與者的視角，進行俯瞰性、複合性的組合與深入分析。
仿生學（Biomimetics / 生物模倣）是一門跨學科研究領域，從生物的形態、功能、行為與系統中汲取靈感，應用於工程、材料、資訊、醫療等廣泛技術領域。基於「將自然界38億年演化產生的最佳解應用於工程」的理念，旨在創造出傳統由上而下設計難以實現的高性能、高功能系統與材料。
地球上的生物在有限的能量與材料下適應了嚴酷的環境。在此過程中獲得的結構、功能、行為與資訊處理機制，即使以現代工程技術來看，也高度優化，包含許多人類設計技術仍需學習之處。仿生學旨在系統性地理解這些生物的「設計思想」，並將其轉用於人工系統。
仿生學採用的模倣途徑大致可分為四類。
結構模倣是透過工程方式再現生物擁有的形態、微細結構與材料組成。代表案例包括模倣貝殼珍珠層的高韌性複合材料、蓮葉的超疏水奈米結構、鯊魚皮膚的流體阻力降低表面、蛾複眼的防反射結構等，與材料科學、表面工程、奈米技術領域密切相關。
行為模倣是將生物的運動、移動、群體行為模式應用於工程系統。代表案例包括模倣鳥類與昆蟲拍動飛行的UAV（拍動翼飛行機器人）、模倣魚類游動機構的水下機器人、再現四足動物行走模式的機器人等，與機器人學、機電一體化、自主系統領域密切相關。
功能模倣是在人工系統中再現生物展現的特定功能（催化、黏附、感測、自修復、物質傳輸等）。代表案例包括模倣天然酵素的奈米酶（人工酵素）、模倣細胞膜選擇性滲透性的人工膜、模倣貽貝水下黏附機制的塗層材料等，與化學、生物技術、醫療工程領域密切相關。
演算法模倣是將生物的資訊處理、學習、優化機制應用於軟體或硬體。代表案例包括模倣大腦與神經迴路訊號處理的神經形態計算與脈衝神經網路（SNNs）、基於螞蟻群體行為原理與遺傳演算法等生物群體智慧的優化手法，與AI、電腦科學、資訊工程領域密切相關。
這些途徑往往相互重疊，近年來同時模倣多種生物功能的「多重仿生學」研究也日益活躍。此外，隨著AI與合成生物學等新興技術的融合，仿生學的應用範圍正進一步擴大。
本報告基於上述背景，利用Astamuse獨有的資料庫，分析了專利、論文與研究補助金（研究計畫）中與仿生學相關的技術趨勢。
仿生學相關專利趨勢分析
從Astamuse持有的專利資料庫中，提取了摘要中包含「仿生學」、「仿生技術」、「生物模倣材料」等技術要素的40,095件專利，並根據文獻中關鍵字的年度變化，實施了識別近年進展技術要素的「未來預測」分析。這是一種透過追蹤關鍵字的變遷，定量評估已過熱潮的技術或預測未來受關注技術，並預測各技術要素成熟度（黎明、萌芽、成長、實裝）的分析手法。
圖1顯示了2016年以後申請的仿生學相關專利關鍵字的年度變化。
圖1：仿生學相關專利摘要中包含的關鍵字年度變化（2016～2025年）
此外，各關鍵字的成長率（Growth）定義為2021年以後的出現次數相對於2016年以後文獻中出現總次數的比率。數值越接近1的關鍵字，表示近期的出現頻率越高，顯示近年關注度正在提高。
觀察成長率較高的關鍵字，仿生機器人、大氣集水（AWH）、膜仿生學，以及模倣鯊魚、鳥類、昆蟲等動物結構的工程技術相關關鍵字大量出現。以下介紹特別值得關注的關鍵字。
大氣集水・霧收集（AWH / Fog-harvesting）
這是一種模倣納米比沙漠甲蟲背部凹凸結構從霧中收集水分，以及仙人掌刺將霧引導至根部機制的材料與裝置設計技術。透過在表面優化配置親水性與疏水性圖案來實現高效集水的研究正在進行，作為氣候變遷下的分散式水資源確保技術，正迅速受到關注。
磷脂化（Phosphatidylated）
這是一種將細胞膜主要成分磷脂用於表面修飾的膜仿生技術。透過用類似細胞膜的磷脂塗層藥物傳輸用奈米顆粒表面，以實現體內免疫逃避與長期循環的研究正日益活躍。
蛾眼結構模倣（Moth-eye-like）
這是一種模倣蛾複眼表面約200nm間距的奈米級凹凸結構，將光反射抑制到極限的功能的防反射膜與光學材料。在提高太陽能電池板光透射率與防止顯示器反光方面的應用正在推進。
鯊魚皮模倣（Sharkskin-imitating）
這是一種模倣覆蓋鯊魚皮膚的盾鱗（placoid scale）形成的微細溝槽結構（riblet）的低流體阻力與抗菌塗層技術。預期應用於泳裝、船體、飛機翼面的專利申請正在增加，與鯊魚鱗片結構相關關鍵字的共現也相當顯著。
魟魚模倣（Ray-imitated）
這是一種模倣魟魚扁平體型與胸鰭波動運動的水下機器人與推進機構。與傳統螺旋槳推進相比，具有低噪音、高機動性、省能源等特性，預期應用於海洋調查與水下基礎設施檢查的專利申請正在增加。
四足機器人（Four-footed）
這是關於模倣獵豹、狗、山羊等四足行走動物移動機構的機器人相關關鍵字。預期在不平整地形移動與負載搬運的產業與軍事用途專利申請自2021年後激增，證實了對仿生機器人投資的加速。
拍動翼飛行器・鳥類模倣（Ornithopters / Bird-imitating）
這是一組關於模倣鳥類與昆蟲拍動飛行的UAV（拍動翼型無人飛行機）相關關鍵字。利用固定翼與旋轉翼難以實現的低速域高機動性與靜音性，針對偵察、環境監測、授粉支援等廣泛用途的專利申請持續增長。
這些關鍵字的急劇上升，顯示仿生學正從大氣集水材料的實用化、膜仿生學的醫療應用，以及仿生機器人的產業發展等多個領域，進入實用化階段。
接著，觀察各國專利申請數的趨勢。企業與研究機構的專利申請傾向，反映了接近社會實裝或已經實裝技術的方向性。
圖2顯示了仿生學相關專利各國申請件數的年度變化。此外，由於專利資料從申請到公開存在時間差，統計截至2024年。
圖2：仿生學相關專利各國申請件數年度變化（2016～2024年）
按國家來看，中國展現了壓倒性的存在感，佔總數的86.7%。其次是美國（4.2%）、國際申請（3.5%）、韓國（1.7%）、歐盟（1.2%）、日本（0.7%）。
在中國，與仿生機器人與仿生技術相關的專利申請較多，可以看出與國家政策「製造強國」聯動的產業化導向研發相當活躍。另一方面，在美國與國際申請中，膜仿生學與奈米酶（人工酵素）等醫療與材料系專利相對較多。
仿生學相關論文趨勢分析
企業與研究機構發表的論文反映了處於研發階段技術的中長期趨勢，與專利相比，可以讀取到距離社會實裝尚需時間領域的尖端動向。
與專利分析相同，提取了81,411件包含與仿生學相關特徵關鍵字的論文。圖3顯示了2016年以後出版論文摘要中包含關鍵字的年度變化。
圖3：仿生學相關論文摘要中包含的關鍵字年度變化（2016～2025年）
在2016年以後的論文中，與以下先進技術相關的關鍵字呈增加趨勢。
奈米酶・酵素模倣（Nanozyme / Enzyme-mimicking）
模倣天然酵素催化功能的奈米材料（奈米酶）相關關鍵字，在此領域顯示出最顯著的成長。相關論文數從2016年的4件激增至2025年的145件，成長率達到0.82。在癌症診斷與治療、環境感測、抗菌材料等廣泛用途的應用研究正日益活躍。
神經形態（Neuromorphic）
模倣大腦與神經迴路結構與功能的晶片、電路、AI硬體相關關鍵字。相關論文數從2016年的77件增加至2025年的646件，成長超過8倍，顯示出對AI硬體低功耗化與高效率化所需的仿生計算的高度關注。膜仿生學（Membrane-biomimetic / Membrane-camouflaged）：這是一種用紅血球、血小板、癌細胞等細胞膜覆蓋奈米顆粒，在避免免疫系統排除的同時，選擇性地將藥物傳輸至目標組織的藥物傳輸技術。相關論文數「membrane-biomimetic」從2016年的1件增加至2025年的15件，「membrane-camouflaged」從2016年的3件增加至2025年的23件。
大氣集水（AWH / Sorption-based）
模倣沙漠甲蟲與仙人掌霧收集機制，利用水蒸氣與氣體的吸脫附功能從大氣中獲取水分的材料與裝置相關關鍵字。相關論文數從2020年的1件激增至2024年的16件（成長率0.98）。作為應對氣候變遷的技術，關注度正在提高。
拍動翼飛行機器人（Ornithopters / FWAVs / AeroBat）
模倣昆蟲、鳥類、蝙蝠拍動飛行的拍動翼型UAV相關關鍵字群。其中AeroBat是模倣蝙蝠飛行的飛行機器人，2020年以後相關論文數激增。
GelMA（明膠甲基丙烯醯基水凝膠）
模倣細胞外基質（體內包圍細胞的結構性支架）的水凝膠材料代表例。在組織工程、生物列印、藥物傳輸方面的應用研究持續擴大，相關論文數從2016年的6件成長至2025年的61件，約10倍。
複合仿生（Multi-bioinspired / Dual-biomimetic）
同時從多種生物或生物功能汲取靈感的材料與設計相關關鍵字。顯示研究焦點正從模倣單一生物功能的方法，轉向開發整合多種功能的多功能材料。
這些技術顯示仿生學的應用範圍正飛躍性地擴大，例如奈米材料替代酵素功能、利用仿生學的癌症治療與藥物傳輸、AI硬體的仿生化、大氣集水確保水資源等。特別是奈米酶與神經形態計算的急劇成長，構成了當前研究趨勢的核心。
接著，觀察各國論文出版件數（圖4）。
按國家來看，中國最多，佔總數的38.7%。其次是美國（15.6%）、印度（4.3%）、德國（3.9%）、丹麥（3.7%）、日本（3.1%）。中國的論文數從2015年的908件增加至2025年的3,491件，約4倍，近年也持續增加。美國自2015年以後維持一定水準，但與中國的差距逐年擴大。此外，丹麥進入第5名值得關注。考慮到人口規模，這是一個顯著的存在，被認為反映了該國在材料科學與機器人領域的高研究實力。
（關於仿生學相關研究補助金的關鍵字與趨勢分析、新創企業案例，以及整體總結，請參閱本公司企業網站的相關頁面）
作者：Astamuse株式會社 大竹 隼 碩士（理學）
更多分析……
Astamuse不僅限於「仿生學」相關技術，每天都在進行各種尖端技術/先進領域的分析，並提供給各類企業與投資者。
本報告公佈了部分分析結果。分析所使用的資料來源，包括為掌握從最新政府動向到尖端研究動向的各國研發補助金資料，為掌握最新商業模式的新創/創投資料，以及為佐證這些最新趨勢的專利/論文資料等。
基於這些分析結果，我們從各種時間軸與參與者的視角，進行俯瞰性、複合性的組合與深入分析。
常見問題
仿生學對台灣企業有哪些機會？
台灣在精密機械與半導體技術的優勢，為開發仿生機器人與神經形態晶片提供了巨大的應用潛力。