Le clingfish du Nord peut tenir fermement à rugueux, surfaces gluantes. Crédit :Petra Ditsche
Le clingfish nordique de la taille d'un doigt utilise l'une des meilleures ventouses au monde. Un petit disque sur son ventre peut s'attacher au mouillé, visqueux, même les surfaces rugueuses et supporte jusqu'à 230 fois son propre poids corporel.
Une équipe de l'Université de Washington inspirée par la puissance d'aspiration du clingfish a entrepris de développer une ventouse artificielle qui emprunte à la conception de la nature. Leur prototype, décrit dans un article publié le 9 septembre dans la revue Transactions philosophiques de la Royal Society B , en fait mieux que le clingfish.
"J'aime dire, la nature est toujours la meilleure, " a déclaré l'auteur principal Petra Ditsche, qui a commencé ce travail en tant que chercheur postdoctoral aux laboratoires UW Friday Harbour sur l'île de San Juan. "Dans ce cas, en considérant leur force d'attache, nos ventouses sont meilleures."
Les ventouses pourraient être utiles dans un certain nombre d'industries qui nécessitent une force d'adhérence forte mais réversible sur des surfaces rugueuses ou texturées. Ceux-ci pourraient inclure le marquage des baleines et d'autres animaux marins, fixer des capteurs sur des surfaces aquatiques encrassées ou utiliser des véhicules sous-marins pour nettoyer les coques de navires. Les applications dans la conception de paniers de douche ou le traitement industriel sont d'autres domaines d'application intéressants pour les ventouses bio-inspirées, les chercheurs ont dit.
La clé de leur percée en matière de ventouse était de comprendre comment l'aspiration naturelle du clingfish fonctionne si efficacement, en particulier sur les surfaces rugueuses qui provoquent normalement la défaillance d'une ventouse fabriquée.
Le dessous d'un clingfish, y compris le disque qui est important pour saisir les surfaces rugueuses. Crédit :Petra Ditsche
Les Clingfish ont un disque sur le ventre qui leur permet de tenir avec une grande ténacité. Le pourtour du disque est recouvert de couches de micro-taille, structures capillaires, dans de nombreuses tailles différentes. Cet effet en couches crée plus de friction le long du rebord et aide le poisson à adhérer aux surfaces rugueuses. L'ensemble du disque est souple et élastique, lui permettant de s'adapter et de s'accrocher aux grossiers, surfaces inégales.
"Ces poissons sont si évocateurs dans ce qu'ils peuvent faire. Ils peuvent s'accrocher à des rochers irréguliers couverts d'algues, et vous ne pouvez pas acheter quelque chose qui adhérera de manière réversible à ces rochers, " a déclaré le co-auteur Adam Summers, professeur de biologie et de sciences aquatiques et halieutiques basé à Friday Harbor Labs. "Un grand nombre d'expérimentations et de scepticisme nous ont finalement conduits à comprendre comment cela fonctionnait."
Il y a environ 110 espèces connues de la famille des clingfish que l'on trouve partout dans le monde. La population autour des îles San Juan est robuste et en bonne santé. Ils s'accrochent souvent aux rochers près du rivage, et à marée basse, ils peuvent être vus dans les bassins de marée et sous les rochers.
De nombreux animaux marins peuvent adhérer fortement aux surfaces sous-marines :étoiles de mer, moules et anémones, pour n'en nommer que quelques-uns, mais peu peuvent se relâcher aussi vite que le clingfish, surtout après avoir généré autant de pouvoir collant.
Après plus de cinq ans passés à déchiffrer le fonctionnement des ventouses clingfish, les chercheurs ont commencé à construire leur propre prototype, emprunter aux innovations de la nature.
Un prototype de ventouse adhérant à une surface rugueuse. Le design de l'équipe s'est inspiré du poisson-cling. Crédit :Petra Ditsche
L'équipe a découvert après des années de tests en laboratoire que la combinaison de différents matériaux contribuait à donner aux ventouses artificielles une structure rigide suffisamment solide pour maintenir la tension, tout en étant suffisamment souple et flexible pour se conformer et adhérer aux surfaces rugueuses. Ils ont également trouvé un moyen d'augmenter la friction sur le bord de la tasse.
"Cette combinaison de tous ces différents aspects nous a finalement donné de bons résultats et nous a permis de vraiment construire une ventouse capable de se fixer fortement sur des surfaces rugueuses, " dit Ditsche.
Les chercheurs ont testé plusieurs itérations de leur conception de ventouse en les collant à un spectre de surfaces rugueuses et lisses, puis tirant jusqu'à ce que chaque tasse échoue à l'aide d'une machine d'essai. Ils ont fait les mêmes tests en utilisant le disque d'aspiration naturel de poisson-clin. Chaque fois, le gobelet artificiel le plus avancé a surpassé l'aspiration du clingfish sur toutes les surfaces.
Le prototype est prêt à passer à l'étape suivante, idéalement en collaboration avec des ingénieurs qui pourraient développer le concept plus avant avec des produits et des applications spécifiques à l'esprit, dit Ditsche. Selon l'utilisation des tasses, des facteurs tels que la température et l'exposition au soleil peuvent nécessiter un réglage fin de la conception.
"Il y a la compréhension de la façon dont quelque chose fonctionne. Et puis il y a la compréhension de la façon dont cela fonctionne si bien que vous pouvez en faire un. La biologie ne vous donne pas toujours cette opportunité, " a déclaré Summers. " C'est une situation vraiment inhabituelle, où quand nous avons regardé de près au fil du temps, nous avons réalisé que nous pouvions imiter ce que nous voyions."
