『国家ナノテクノロジー・イニシアティブの5年間』(概要)

国家ナノテクノロジー諮問委員会(NNAP)の報告書

 

NEDOワシントン事務所
松山貴代子
2005年6月22日

大統領の科学技術諮問委員会(President's Council of Advisors on Science and Technology = PCAST)は2005年5月18日、国家ナノテクノロジー・イニシアティブ(National Nanotechnology Initiative = NNI)の下における連邦政府の研究努力を評価する報告書『国家ナノテクノロジー・イニシアティブの5年間:国家ナノテクノロジー諮問委員会による評価および提言 (The National Nanotechnology Initiative at Five Years: Assessment and Recommendations of the National Nanotechnology Advisory Panel)』を発表した。同報告書では、米国のナノテクノロジー研究プログラムの現状を評価し、NNIを強化する為の提言を行なっている。全体としては、NNIプログラムは肯定的な評価を受けており、米国がナノテクノロジー分野において世界的リーダーとなるうえで大きく貢献したと称賛されている。その一方で、欧州や日本、そして、中国といった競争相手国が精力的に追いあげていることに注意を喚起している。ここでは、同報告書作成に至った背景とその内容を概説する。

 

1. 報告書作成の背景

PCASTがNNIプログラムの評価を開始したのは、ブッシュ大統領が2003年2月3日に2004年度大統領予算案を発表した直後のことである。全米研究委員会(National Research Council)が2002年の報告書(注1)で提言した外部機関によるNNI評価の必要性を認めたブッシュ大統領が、大型研究開発プログラムの管理に長けたPCASTに、NNIプログラムの評価、および、戦略方針の助言を行うよう要請したのが始まりであった。この要請を受け、PCASTはナノテクノロジーに関する専門情報の提供源として、学界と産業界のナノテク有識者から成るナノテクノロジー技術諮問グループ(Nanotechnology Technical Advisory Group = TAG)(注2)を形成した。PCASTは電子メール交信を活用(注3)してTAGメンバーから知識や情報を入手しながら、NNIプログラムの見直しと評価に着手したわけである。

ブッシュ大統領が2003年12月3日に署名して成立した「21世紀ナノテクノロジー研究開発法(21st Century Nanotechnology Research and Development Act:以下「ナノテクノロジー法」という)」では、国家ナノテクノロジー諮問委員会(National Nanotechnology Advisory Panel = NNAP)という外部機関を創設し、少なくとも2年に一回の頻度でNNIを下記の分野で評価し、改善案を提言するよう定めている。

  1. ナノテクノロジーの動向と発展
  2. NNIプログラム実施の進捗状況
  3. NNIプログラム改正の必要性
  4. NNIプログラムの各構成分野の予算レベル等、各構成分野のバランス
  5. 国家科学技術会議(NSTC)ナノスケール科学工学技術小委員会(Subcommittee on Nanoscale Science, Engineering and Technology = NSET)の策定した各構成分野・優先事項・技術目標が、米国のリーダーシップ維持に役立っているか否か
  6. NNIプログラムの管理、調整、実施、および、活動
  7. NNIプログラムは、社会面・倫理面・法制面・環境面・労働面での問題を十分に取り上げているか否か。

「ナノテクノロジー法」の同条項を満たすため、ブッシュ大統領は2004年7月、外部諮問委員会を新設する代わりに、2003年から既にNNIプログラムの評価に携わっていた既存のPCASTをNNAPに任じることを決定した。こうして、PCASTがTAG(注4)の助力を得て準備中であった評価報告書は、「ナノテクノロジー法」の定めるNNAP第一回報告書として、その内容が2005年3月23日に開催されたPCASTミーティングで承認され、5月18日に発表に至ったものである。

 

2. 報告書の概要

報告書では、@米国のナノテクノロジーにおける国際的競争力はどうか;Aナノテクノロジーの予算は適切に利用され、プログラムは適切に管理されているか;B社会的問題や懸念、潜在的リスクに取り組んでいるか;C改善点は何か、の4つの質問に答える形でそれぞれ評価が行われている。

2-1. 米国のナノテクノロジーにおける国際競争力

報告書ではまず、ナノテクノロジー分野における米国の競争力を諸外国と比較分析している。ナノテクノロジーが未だ初期段階にあって公共・民間支援の研究開発(R&D)活動を中心としていることから、市場シェアなどの経済指標ではなく、R&D投資額や論文数および特許数といった指標を比較し、結論として米国がナノテクノロジーR&D競争力において現時点ではトップであることを確認した上で、各国の競争力が高まり、投資額・論文数・特許数という全カテゴリーで米国のリードが崩れつつあることを警告している。

2-1-1. R&D投資額

世界各国政府によるナノテクノロジーR&D投資額は2005年において約41億ドルに達すると推定されている。これは、世界的な政府投資額が1997年から2005年の間に8倍以上増えたことを示すもので、特に、2000年以降の投資額の急増が顕著である。現在トップの座にあるのは米国連邦政府で、投資額は全体の約4分の1にあたる10億8,100万ドル。これに欧州連合の10億5,000万ドル、日本の9億5,000万ドルが続いている(表1参照)。

表1 ナノテクノロジーR&Dへの政府投資額の国際比較(1997-2005年、推定)

(単位:100万ドル)

地域
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005

EU

126

151

179

200

225

400

650

950

1,050

日本

120

135

157

245

465

720

800

900

950

米国

116

190

255

270

465

697

862

989

1,081

その他

70

83

96

110

380

550

800

900

1,000

合計
(1997年
との比較)

432
(100%)

559
(129%)

687
(159%)

825
(191%)

1,535
(355%)

2,350
(547%)

3,100
(720%)

3,700
(866%)

4,100
(945%)

出典:The National Nanotechnology Initiative at Five Yearsをもとにワシントンコア作成

この他、米国のR&D競争力として見落とされがちであるが、州・地方政府が実施するナノテクノロジー・イニシアチブは連邦R&D投資を補強するだけでなく、商用化や経済開発活動において極めて重要な役割を果たしている。ナノテクノロジー専門の調査会社ラックスリサーチ(Lux Research)社の調査(注5)によれば、米国の州・地方政府は、ナノテク分野の研究、施設、インキュベーションプログラムに対して2004年に4億ドルを投資しているという。こうした州・地方政府による資金は、民間セクターや大学、連邦政府機関、その他の地域組織とのパートナーシップによってさらに強化されている。

民間部門による投資は、企業内研究とベンチャーキャピタル活動に大きく分けられるが、同部門の正確なデータは入手が困難である。ラックスリサーチ社は、2004年の世界全体のナノテクノロジーR&D投資(連邦・州・地方・民間の合計)を86億ドル、その内の38億ドルが民間部門による投資であったと推定している。民間投資の内訳は北米(46%の17億ドル:主に米国企業による)、アジア(36%、14億ドル)、EU(17%、6億5,000万ドル)、その他(1%未満、4,000万ドル)となっている。

2-1-2. 論文数

科学分野におけるリーダーシップを示す指標として論文数がしばしば利用される。5,400種類以上の専門定期刊行物を収録した科学情報研究所(Institute for Scientific Information = ISI)の科学データベースから、「nano*」をキーワードに検索したところ、米国人による論文数は一貫して増加しているものの、全体に占める割合は1990年初頭の約40%から2004年には30%以下に落ち込んでいることが判明した。ただし論文の質を考慮した場合、科学出版物の中でも高い評価を得、影響力の大きい@サイエンス誌、Aネイチャー誌、Bフィジカルレビューレターズ(Physical Review Letters)の3誌においては、ナノテクノロジー関連論文の50%以上が米国人によるものとなっている。

2-1-3. 特許件数

技術革新のリーダーシップを図るもう一つの指標が特許数と特許申請数である。米国特許商標局(U.S. Patent and Trademark Office = USPTO)のデータベース(フルテキスト検索)によると、2003年に付与されたナノテクノロジー関係特許数は、2000年よりも50%以上増え、8,600件を超えている。また、1976年から2003年に付与されたナノテクノロジー関連特許の内60%以上は、米国人や団体に付与されたものであった。2003年にナノテクノロジー関係の米国特許を取得した上位5ヶ国は、@米国(5,228)、A日本(926)、Bドイツ(684)、Cカナダ(244)、Dフランス(183)となっている。この他、オランダ、韓国、アイルランド、中国の個人・団体による特許取得数が増加している。

2-1-4. 今後有望と考えられる分野

NNAPは、ナノテクノロジー関連論文、特許、民間部門の活動から、今後有望と考えられるナノテクノロジー分野を分析している。

  • ナノテクノロジー関連論文は、1981年から2001年までは半導体分野に関するものが最も多かったが、近年では、バイオ、医療、化学、学際的分野に関する論文が大幅に増加している。
  • USPTOが付与したナノテクノロジー関連の特許は1996年から2003年に217%増加した。特に、化学/触媒/製薬分野におけるナノテクノロジー関連特許の増加が目覚ましい。
  • ナノテクノロジーのR&D、製造、販売、技術利用を行なう企業がターゲットとする二大産業は、バイオメディカル/ライフサイエンスと材料(金属を含む)となっている(図1参照)(注6)。化学製品、プラスチック、フィルム(薄膜)も材料として数えた場合は、この分野が最大のターゲット産業となる。
図1 ナノテクノロジーに関与する企業のターゲット産業

出典:同上

2-1-5. 技術的見地から見た有望分野

NNAPはNNIプログラム評価の一環として、大きな影響力を持つと思われる有望な研究分野について、専門的見地を有するTAGメンバーにアンケート調査を行った。TAGメンバーの特定した、短期(1-5年)、中期(5-10年)、長期(20年以上)的な研究分野は下記の通り。

  • 短期(1-5年)
    • 重量あたりの強度の割合が大きく改良されたナノ複合体
    • 浄水、脱塩などで使用するナノ膜とフィルター
    • 含有する貴金属の量が 1 桁以上少ない改良型触媒
    • 感度が高く、選択的で信頼できる固体化学/バイオセンサー
    • 医療現場で利用できる(point-of-care)医療診断機器
    • 再充電可能で、寿命の長いバッテリー
  • 中期(5-10年)
    • ピンポイントな薬物治療
    • より改良された医療画像
    • 高効率でコスト効果のよい太陽電池
    • 改良された燃料電池
    • 水から効率的に水素を生成する技術
    • 炭素隔離
  • 長期(20年以上)
    • 細胞壁を介した投薬
    • 分子エレクトロニクス
    • 全光学的光情報処理(all-optical information processing)
    • 麻痺や失明他の症状を治療するための神経系の人工装具
    • 熱源や化学資源のエネルギー転換

2-2. ナノテクノロジー予算配分、および、NNIプログラム管理

NNAPは、米国連邦政府のナノテクノロジー予算が非常に有効に利用されており、ナノレベル現象に対する知識拡大と、ナノ構造を持つ材料やデバイスやシステムの発見に注目すると同時に、こうした研究の支援基盤を構築するというNNIの戦略は適切かつ賢明であると評価している。NNIはまた、連邦R&Dプログラムを企画・実施する調整の行き届いた省庁間アプローチ、および、産業界や市民との相互交流への努力を通して、米国のリーダーシップ維持の為に非常に的確な舵取りを行っている。ナノテクノロジーは、イノベーションを推進し、それによって産業全部門における米国のリーダーシップの維持を可能にする多大な潜在性を秘めている。従って、堅調な予算の継続は米国の長期的な経済繁栄と国家安全保障にとって非常に重要である。

2-2-1. NNI予算とプログラム管理

年間10億ドルを超えるナノテクノロジーR&D予算を複数省庁に配分する際の課題の一つは、NNIの7つの投資対象分野(Program Component Area = PCA)(注7)の間のバランスを保つだけではなく、短期的研究と長期的研究、基礎研究と応用研究、技術革新のための研究と社会的局面への影響を理解するための研究などの間でもバランスが必要だということである。NNAPは、TAGメンバーを始めとするナノテクノロジー有識者の間に、将来ナノテクノロジーから多大な貢献を受けると予想される幾つかの連邦省庁…農務省(USDA)、運輸省、および、国土安全保障省(DHS)…の参加レベルの低さに対する懸念があることを承知しており、特に、センサーや材料で先端技術を必要とするDHSの年間予算が僅か100万ドルであることを危惧している。NNAPはNNIに、DHSや運輸省にナノテクノロジーR&Dへの一層の参加を働きかけるよう奨励している。

NNIプログラムの管理面では、NSETの下に先頃「社会参画作業部会(Nanotechnology Public Engagement Group)」が新たに設置され、作業部会は既存の@ナノテクノロジーの環境・衛生影響に関する作業部会;A業界連絡作業部会;Bナノマニュファクチャリング作業部会に加え、4つとなった。新設された社会参画作業部会は、今後ナノテクノロジーの商用化が進むことが予想されるにも拘わらず、その知識が一般に普及していないことから、社会一般との効果的な橋渡しという役割を果たすことになる。

2-2-2. NNIの成果

報告書は、NNIの現在までの成果を以下のようにまとめている。

  • 2004年には、500以上の大学、国立研究所、その他の研究機関が実施する2,500件以上の研究に対して支援を行い、ナノレベルでの物質制御に対する理解を深めた
  • 学際的な「ナノテクノロジー・コミュニティ」を創りあげた
  • ナノテクノロジー研究センター、ネットワーク、ユーザ施設を35以上も設立した
  • ナノテクノロジーのもたらす社会的影響への理解を深めた
  • 大学院レベルだけでなく、大学、高校、中学レベルでもナノテクノロジー教育プログラムを設置した
  • NNIのウェブサイト(www.nano.gov)を定期的に更新し、一般社会への啓蒙を支援した。

2-3. 社会的影響や懸念、および、潜在的リスク

NNIは、社会的局面に対する取り組みをPCAの一つとし、2006年度予算の内の8%(約8,200万ドル)をナノテクノロジーによる社会的影響の研究に充当しており、NNAPは同予算配分を含めてNNIの取り組みを適切であると評価している。その上でNNAPは、健康や環境面での影響に関する情報を規制当局と共有するようNNIに勧告し、更には、教育基盤の構築が極めて重要であると強調している。

2-3-1. 環境、健康、および、安全性

社会的局面に対する予算の内の半分は、ナノテクノロジーが健康や環境にもたらしうるリスクの理解を主目的とした研究に充てられている。特に厚生省(Department of Health and Human Service)内の米国毒物検査プログラム(National Toxicology Program)が特定のナノ材料の毒性検査に取り組んでいる他、国立労働安全衛生研究所(National Institute for Occupational Safety and Health)が労働者の安全に関する研究を行なっている。

2-3-2. 教育、および、労働者育成

ナノテクノロジーの応用・利用が普及するにつれ訓練された人材が必要となるため、NNIの教育・訓練支援は不可欠である。教育におけるNNIの主要な支援方法はグラントであるが、全米科学財団(National Science Foundation = NSF)が中心になって実施している。NSFは2006年度の予算の内2,800万ドルを、大学のカリキュラム開発、研究と教育の統合、遠隔教育、専門家集団によるコースやテュトリアル(tutorial)を含む、教育プログラムに投資する計画である。NNAPは、こうした努力が労働者育成に有用であると期待するものの、ナノテクノロジー専攻の卒業生や教師の数を増やすためには一層の努力が必要であるとも考えている。

2-4. 改善点と今後の方針

NNAPは、NNIを改善するため、以下の提言を行っている。

2-4-1. NNI戦略計画

2004年12月に発表された『国家ナノテクノロジー・イニシアティブ 戦略プラン(National Nanotechnology Initiative: Strategic Plan)』は、NNIプログラムの実施に適切な枠組みを提供しており、PCAも現時点では適切であるといえる。しかしながら、今後も確実にNNIのR&Dポートフォリオを網羅していくため、定期的にPCAを評価すべきである。また、PCAの進展を加速化するため、@連邦政府全体における活動を評価し、A各PCAの研究目標を確認すべきである。

2-4-2. 技術移転

産業界のナノテクノロジーへの関心と投資が増大し、米国政府投資を追い越すのは時間の問題となっている。NNAPでは、連邦政府は技術移転支援に貢献可能ではあるものの、ナノテクノロジー技術の商品化を狙った資金投入は主として、民間部門が州・地方政府の適切な支援を活用しながら行うべきものと考えている。技術移転を推進するため、NNIはユーザー施設、研究機器、研究結果や知的財産といったNNI資産の管理を改善する方法を検討すべきである。また、民間部門のナノテクノロジー研究ニーズを把握するために産業界と緊密なコミュニケーションをとるほか、連邦政府研究の実用化推進で重要な役割を担う州・地方政府との連携強化を図るべきである。

2-4-3. 環境・健康への影響

NNIは環境・健康への影響に対する取り組みを今後も継続すべきであり、規制当局は危険に対する恐怖ではなく、入手可能な科学に基づいた規制を行うべきである。

2-4-4. 教育・職業訓練

十分な数の研究者、教育者、技術労働者を教育・訓練するインフラの設置はナノテクノロジーの経済的利益を実現させる鍵であるため、NNIは教育省や労働省との協力関係を構築すべきである。

2-4-5. 社会的影響

NNIは社会的影響を理解するための研究を支援し、更には、一般への啓蒙活動を積極的に行うべきである。

2-4-6. NNAP報告書

NNI戦略プランの3年毎のアップデートは適切である。NNAPはNNI戦略プランのアップデートで今後もNSETと協力していく意向である。NNAPによるNNI評価は現在2年毎と定められているが、これをNNI戦略プランをアップデートするサイクル同様に3年毎とすることを提言する。NNAPによる評価は、NNI戦略プランにNNAP提言を組みこむ時間をあたえるために戦略プラン改定の1年前に実施する。従って、次回のNNAPによる評価は2年以内となるが、それ以降は3年毎に行われるべきである。


注釈:

1:Small Wonders, Endless Frontiers: A Review of the National Nanotechnology Initiative. 2003.

2:TAGメンバーは現在、総勢45名であり、その任期は2005年9月30日までとなっている。

3:科学技術政策局(OSTP)のCelia Merzbacher博士によると、全国各地に散らばるTAGメンバーは定期的に会合を開くわけではなく、通常は電子メールで意見を交換しているという。

4:OSTPのMerzbacher博士によると、PCASTのNNAP兼任に伴ない、TAGを引き続きナノテクノロジーに関する情報源として活用できるよう、TAGメンバーの任期は延長される可能性が高いという。

5:Lux Research. Statement of Findings: Benchmarking U.S. States in Nanotech. 2005.

6:Small Timesの調査部門であるEmTech Research社が、小規模(10人未満)から大規模(1,000人以上)まで幅広く599社を対象にして行った調査の結果。

7:@ナノスケールで生じる現象とプロセスの根本的理解;Aナノ材料;Bナノスケールのデバイスとシステム;Cナノテクノロジーのための機器研究、計測基準および標準規格;Dナノマニュファクチャリング;E主要研究施設の建設と大型研究機器の調達;F社会的局面の7つ。


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