Les tentatives humaines pour créer des machines volantes efficaces impliquaient souvent d'étudier comment volent les oiseaux. Fabrice Coffrini/AFP/Getty Images Les sous-marins du futur sillonnent l'eau à l'aide de nageoires de poisson. L'avion monte à travers les nuages avec des ailes battantes. Dans le désert, un grimpeur s'approche régulièrement du sommet d'une falaise, les paumes ouvertes collent sans effort à la roche grâce à l'utilisation de la nanotechnologie inspirée du gecko. Vous n'avez probablement rencontré de telles technologies futures inspirées de la nature que dans les mondes imaginaires de la science-fiction et des bandes dessinées, mais l'approche design existe déjà. Les inventeurs et les ingénieurs se sont inspirés de la nature depuis la préhistoire.
Les premiers humains ont appris la chasse, techniques d'abri et de survie en observant les animaux lorsqu'ils interagissent avec leur environnement. Alors que les humains n'avaient pas les griffes féroces et l'instinct de chasse supérieur des ours, les gens pouvaient imiter leurs techniques. Et comme les humains ont commencé à concevoir des engins de plus en plus compliqués, ils ont continué à regarder l'exemple de la nature. Des croquis de machines volantes du XVe siècle de Léonard de Vinci au premier prototype réussi des frères Wright quatre siècles plus tard, rêves de vol humain centrés sur l'observation des oiseaux.
Le monde regorge d'innovations biologiques étonnantes, chacun est le produit de millions d'années d'évolution. Lors de la conception des technologies, cela n'a de sens que d'étudier les manières dont la nature a déjà maîtrisé les défis impliqués. Aujourd'hui, nous savons cela comme biomimétique ou biomimétisme -- la pratique d'imiter des modèles dans la nature pour créer de meilleures formes, processus, systèmes et stratégies.
Vous rencontrez chaque jour des exemples de biomimétisme, peut-être sans même s'en rendre compte. Technologie Velcro, par exemple, a été inspiré par la façon dont les sachets de graines ébouriffés s'accrochent à la fourrure animale. Les aiguilles hypodermiques modernes prennent quelques pointeurs des crocs de serpent à sonnette. Nike a même appliqué les qualités de la traction des sabots de chèvre à ses conceptions de chaussures de course.
Dans cet article, nous explorerons les façons dont le biomimétisme relie les disciplines de la biologie et de l'ingénierie, utiliser les innovations du monde naturel pour améliorer la technologie et la conception.
Biomimétisme des requinsQui aurait pensé que les requins avaient tant à nous apprendre ? Ces créatures marines ont inspiré plusieurs innovations biomimétiques. La peau de requin se compose de minuscules, écailles en forme de dent qui empêchent la formation de petits tourbillons et vortex (qui les ralentissent). Speedo a reproduit cet effet avec son Peau rapide ® combinaisons, qui permettent aux nageurs de compétition de gagner des secondes cruciales sur leurs temps de course. D'autres ont utilisé cette technologie pour créer des coques de navires à déplacement rapide qui dissuadent naturellement l'attachement d'organismes sous-marins. La société australienne BioPower Systems travaille sur une innovation différente inspirée des requins. L'entreprise espère ancrer des ailerons mécaniques - basés sur la physiologie des requins - au milieu des courants marins afin de générer de l'énergie hydroélectrique.
La technologie biomimétique derrière ce poisson robot est basée sur la carpe commune. Le robot navigue et se propulse dans l'eau avec ses nageoires, comme un vrai poisson. Adrian Dennis/AFP/Getty Images Alors que l'acte d'imiter la nature dans l'innovation humaine existe depuis des siècles, le biomimétisme est devenu un domaine d'étude et une position éthique de premier plan à la fin du 20e siècle. biologiste américain Janine M. Benyus est devenue un leader bien connu du mouvement à la fin des années 90 avec la publication de son livre, « Biomimétisme :l'innovation inspirée par la nature. Depuis, Benyus a ensuite fondé la guilde du biomimétisme, un cabinet de conseil en environnement, et l'Institut de biomimétisme, un groupe de défense à but non lucratif.
Alors que les groupes de développement et les chercheurs continuent de s'inspirer de la nature, Benyus pousse pour une compréhension plus complète du biomimétisme dans lequel la nature est maquette , mesure et mentor . Le modèle fait référence au principe de base de l'émulation de la nature dans la conception humaine ; et mesurer les contraintes durabilité .
Le monde naturel, en tant que système, est considéré comme durable, en ce que ses systèmes réutilisent et recyclent les ressources de manière efficace, manière continue. En comparaison, la plupart de notre technologie et de notre mode de vie est insoutenable . Cela signifie que les ressources nécessaires sont régulièrement épuisées ou endommagées de façon permanente. Benyus soutient qu'une approche véritablement biomimétique d'un problème devrait impliquer la durabilité de la nature.
La nature en tant que mentor met l'accent sur une nouvelle façon de voir notre environnement - rompant avec la vision industrialisée du monde comme une collection de ressources disponibles pour le pillage. Benyus insiste sur le fait que tout projet biomimétique sérieux devrait faire plus qu'imiter la conception et l'efficacité de la nature. Elle dit que les concepteurs devraient suivre l'éthique environnementale. Par exemple, un véhicule à énergie solaire inspiré du mouvement d'un crabe des sables pourrait être une invention étonnante. Cependant, elle dit que le produit perd toute sa crédibilité biomimétique si son utilisation principale est de couper les forêts tropicales ou de servir de plate-forme d'armes.
Les neuf lois de la natureBenyus insiste sur neuf lois de la nature dans ses écrits. Elle soutient que chaque propriété devrait être un élément vital pour toute conception véritablement biomimétique.
[source :Benyus]
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Ces termitières cathédrales en Australie pourraient ne pas attirer les chasseurs d'appartements, mais les architectes ont déjà utilisé les conceptions auto-refroidissantes des termites dans la construction de bâtiments économes en énergie. Peter Essik/Aurora/Getty Images Biomimétisme, comme procédé innovant, vient généralement de l'une des deux directions. Parfois, l'innovateur voit un processus dans la nature et le relie à une technologie ou à un problème existant. D'autres fois, l'innovateur étudie un problème de conception existant et se tourne vers la nature pour obtenir de l'aide. C'est là que le biomimétisme sert de pont entre la biologie et l'ingénierie.
La première étape de la résolution d'un problème par le biomimétisme consiste à traduire ce dont vous avez besoin d'une conception en termes biologiques. Par exemple, et si vous vouliez concevoir un extincteur avec une plus longue portée ? Où dans la nature les organismes ont-ils évolué pour faire face à un problème similaire ? Les scarabées Bombardier pourraient ne pas s'occuper d'éteindre une cuisinière en flammes, mais ils ont évolué pour gicler un chaud, jet explosif de venin sur les prédateurs.
Une fois découvert, le prochain défi est de tirer la leçon de la nature et de la réappliquer à votre conception. Dans le cas du scarabée bombardier, les chercheurs ont étudié l'utilisation par l'insecte d'une "chambre de combustion" à haute pression dans son abdomen. Les concepteurs ont commencé à appliquer cette découverte à la technologie de pulvérisation existante.
Vous pouvez trouver le biomimétisme dans un certain nombre de domaines différents. Quel que soit le défi de conception, il y a de fortes chances qu'une espèce sur Terre ait déjà abordé un problème similaire. Considérez ces exemples :
Besoin humain : Les constructeurs veulent un moyen moins coûteux de refroidir les grands bâtiments.
L'exemple de la nature : Certaines termitières africaines doivent maintenir une température constante de 87 degrés Celsius (189 degrés Fahrenheit) pour que la culture de champignons survive. Pour y parvenir, ils construisent des bouches d'aération qui déplacent constamment l'air à travers le monticule, le refroidir ou le chauffer à la même température que le monticule lui-même.
Solution biomimétique : Les architectes et les ingénieurs construisent plusieurs grands complexes de bureaux qui imitent l'approche des termites pour le contrôle de la température.
Besoin humain : Les constructeurs automobiles souhaitent développer un système anti-collision.
L'exemple de la nature : Les criquets évitent de se heurter en essaims en utilisant des yeux très évolués qui permettent à ces insectes de voir dans plusieurs directions simultanément.
Solution biomimétique : Les concepteurs d'automobiles ont imité la vision des criquets lors du développement de capteurs qui détectent les mouvements entourant directement une voiture et avertissent les conducteurs des accidents imminents.
Besoin humain : Les entreprises chimiques veulent une couche de peinture autonettoyante.
L'exemple de la nature : Les plantes de lotus doivent garder les surfaces de leurs feuilles propres, malgré la vie dans des étangs boueux et des marécages. Les petites crêtes et bosses des feuilles empêchent les gouttelettes d'eau de se répandre sur la surface. Par conséquent, l'eau perle et glisse, emportant avec lui des particules de saleté.
Solution biomimétique : Les développeurs ont appliqué cet effet lotus à la peinture. Quand la peinture sèche, de minuscules bosses restent à la surface qui aident les gouttelettes d'eau à éliminer la saleté.
Besoin humain : Les agents de santé veulent un moyen de stocker les vaccins sans réfrigération.
L'exemple de la nature : La plante de la résurrection africaine se dessèche complètement lors des sécheresses annuelles puis se ranime lorsque les pluies reviennent. Les plantes contiennent un polyphénol qui protège contre les dommages de la membrane cellulaire lors de la déshydratation.
Solution biomimétique : Les chercheurs cherchent un moyen d'utiliser ces sucres pour préserver des vaccins vivants par déshydratation.
Dans le monde entier, les chercheurs se tournent vers la nature pour trouver des réponses à leurs divers défis de conception. En étudiant comment l'évolution surmonte les défis, le biomimétisme pourrait un jour nous aider à résoudre des problèmes allant de l'écume de savon aux problèmes de durabilité mondiale.
Sources
