Comment la nature a-t-elle façonné le développement de la technologie ? Voir plus d'images vertes vivantes. © iStockphoto/alistaircotton Les ingénieurs ont pour mission de résoudre des problèmes. C'est leur travail de trouver des moyens d'atteindre certains résultats. Le problème pourrait impliquer de trouver un moyen de construire un gratte-ciel capable de résister à des vents de force ouragan. Ou il pourrait s'agir de découvrir une méthode pour administrer une dose spécifique de médicaments à une seule cellule du corps humain.
Les ingénieurs se tournent souvent vers la nature pour voir s'il existe déjà une solution au problème auquel ils sont actuellement confrontés. Non seulement doivent-ils reconnaître la solution, mais aussi pouvoir étudier, copier et améliorer cette solution afin que nous puissions en profiter. Il y a un mot spécial pour cette approche : biomimétique . Finalement, la création de l'ingénieur imite la structure ou la fonction d'une entité biologique.
Les résultats peuvent être impressionnants ou quelque chose que les gens tiennent systématiquement pour acquis. Mais même les inventions de base n'auraient pas été possibles si les ingénieurs n'avaient pas prêté une attention particulière à la façon dont les choses fonctionnent dans la nature. Nous examinerons cinq façons dont la nature a inspiré la technologie sur laquelle nous comptons, répertoriés sans ordre particulier.
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Le cerveau est si complexe que même le superordinateur le plus rapide ne peut pas le simuler en temps réel. © iStockphoto/Henrik5000 L'intelligence artificielle est un terme qui circule depuis des décennies. Autrefois, les ordinateurs n'étaient que des machines puissantes qui pouvaient calculer des nombres énormes - ils ne pouvaient pas penser par eux-mêmes. Un ordinateur ne pouvait que suivre des instructions explicites.
Aujourd'hui, ingénieurs et informaticiens tentent de passer du calcul à la réflexion. Ils ont fait quelques progrès. En 2008, les scientifiques ont utilisé le superordinateur BlueGene L pour simuler le cerveau d'une souris. Cela peut paraître simple, mais un cerveau, même celui d'une souris virtuelle, est incroyablement complexe. Si complexe, En réalité, que le puissant ordinateur ne pouvait exécuter la simulation que par rafales de 10 secondes [source :BBC News].
En 2009, Les chercheurs de Cornell ont créé un programme informatique capable de dériver les lois fondamentales du mouvement en analysant les mouvements d'un pendule. Le programme a pris une série de mesures et utilisé un algorithme génétique pour extrapoler les lois fondamentales de la physique.
À l'avenir, nous pouvons voir des machines capables de résoudre des problèmes d'ingénierie complexes. Nous pourrions même atteindre le point où les ordinateurs conçoivent des machines encore plus puissantes. Comment est-ce pour une pensée profonde?
Les scientifiques en nanotechnologie étudient les virus dans l'espoir de développer de nouveaux traitements pour des maladies comme le cancer. © iStockphoto/Henrik5000 Il y a des équipes d'ingénieurs, des informaticiens et des médecins qui travaillent sur des méthodes pour guérir le cancer et d'autres maladies cellule par cellule. Une solution sur laquelle ils travaillent consiste à concevoir des technologies de livraison à l'échelle nanométrique. Ils fabriquent des nanoparticules médicales, des objets d'un diamètre inférieur à 100 nanomètres. Un nanomètre est un milliardième de mètre. En réalité, l'échelle nanométrique est si petite qu'il est impossible de visualiser les nanoparticules même à l'aide d'un microscope optique.
L'idée est élégante :créer une particule d'administration de médicament qui peut rechercher une cellule cancéreuse, l'infiltrer et délivrer le médicament exactement là où il doit aller. En ciblant uniquement les cellules cancéreuses, les médecins espèrent éliminer la maladie tout en minimisant les effets secondaires. Les cellules saines ne seraient pas affectées.
C'est plus compliqué qu'il n'y paraît. Mais ces équipes disposent d'un modèle naturel qu'elles peuvent étudier pour créer des nanoparticules :les virus. Les virus ne peuvent mesurer que quelques nanomètres de longueur et sont capables de rechercher des types spécifiques de cellules avant de se répliquer. Les médecins espèrent créer des nanoparticules qui imitent cette capacité.
Ce gecko pourrait nous apprendre à marcher sur les murs. © iStockphoto/swisshippo Depuis l'aube des temps, l'homme a cherché le moyen idéal de coller quelque chose à autre chose. Dans les temps anciens, cela peut avoir impliqué de marteler une grande pointe à travers la peau d'un mammouth pour rendre l'habitation troglodytique un peu moins courant d'air. Ces jours, les ingénieurs se tournent vers les plantes avec des bavures ou des créatures comme le gecko pour s'inspirer.
En 1941, L'ingénieur suisse Georges de Mestral recherchait des bavures qui s'étaient accrochées à ses vêtements et à la fourrure de son chien. Il a placé une bavure sous un microscope et a remarqué qu'elle avait de minuscules barbes qui lui permettaient de s'attacher aux créatures qui passaient. L'ingénieur a proposé un plan brillant - créer un matériau qui utilise ces minuscules barbes comme dispositif de fixation. Ce matériau est ce que nous appelons maintenant Velcro [source :Stephens].
Ensuite, il y a Gecko Tape, un matériau qui utilise des poils nanoscopiques pour s'accrocher aux surfaces transparentes. Les poils imitent ceux que l'on trouve sur les pieds des geckos. Un jour, les scientifiques pourraient être en mesure de créer un costume entier en utilisant ce matériau. Ce costume permettrait au porteur d'escalader les murs et peut-être même de traverser les plafonds. Avant longtemps, nous pourrons peut-être appeler notre sympathique quartier Spider-man.
Les fourmis pourraient-elles nous aider à concevoir des systèmes de navigation pour robots ? © iStockphoto/arlindo71 À l'avenir, il y aura des robots. Qu'ils répondent à tous nos besoins ou qu'ils nous traquent en meute. Cela reste à voir. Dans les deux cas, Une caractéristique dont les robots auront besoin pour réaliser leur véritable potentiel est la navigation autonome.
La plupart des robots nécessitent un itinéraire préprogrammé ou réagissent simplement à l'environnement chaque fois qu'ils rencontrent un obstacle. Très peu peuvent trouver leur chemin d'un point à un autre par eux-mêmes. Certains ingénieurs tentent de surmonter ce problème en étudiant les fourmis.
Le Cataglyphis est une fourmi trouvée dans le désert du Sahara. Contrairement aux autres fourmis, les Cataglyphis ne dépendent pas des sentiers de phéromones pour naviguer dans son environnement. Les scientifiques pensent que les fourmis utilisent une combinaison de pilotage visuel, intégration de chemins et recherche systématique [source :Möller et al.]. Les ingénieurs espèrent qu'en acquérant une meilleure compréhension de la façon dont des créatures comme les Cataglyphis naviguent, ils peuvent construire des robots avec des capacités similaires.
Cette baleine à bosse ne peut pas voler, mais ses nageoires pourraient nous aider à prendre notre envol. © iStockphoto/adwalsh En 2000, Walt Disney Pictures a publié un nouveau montage de "Fantasia". Le film mis à jour contenait plusieurs nouvelles séquences, l'un d'eux présentait un groupe de baleines à bosse qui s'envolaient vers les souches de "Les pins de Rome" d'Ottorino Respighi. Bien qu'il soit peu probable que des baleines à bosse s'envolent dans le ciel, la séquence fantastique présageait une véritable découverte scientifique.
En mai 2004, un groupe de scientifiques et d'ingénieurs a publié un article scientifique dans la revue Physics of Fluids. L'équipe avait construit des modèles de nageoires pectorales sur une baleine à bosse. Sur un modèle, ils ont inclus tubercules -- les bosses que vous trouveriez sur la nageoire d'une vraie baleine. Sur un autre modèle, ils ont utilisé une surface lisse.
Ils ont testé les deux modèles dans une soufflerie à l'Académie navale des États-Unis. Leurs tests ont montré que la nageoire avec les tubercules a vu une amélioration de 8 pour cent de la portance. En outre, la nageoire était moins susceptible de décrocher à des angles de vent prononcés et créait jusqu'à 32 % de traînée en moins.
Pourrait-on bientôt voir des avions aux ailes bosselées ? C'est tout à fait possible. Les découvertes de l'équipe suggèrent que la nature a créé un dispositif efficace pour se déplacer dans des environnements fluides. Il serait peut-être insensé de ne pas profiter de ces découvertes.
Il existe des centaines d'autres exemples de la façon dont la nature a guidé le développement technologique tout au long de l'histoire de l'humanité. Ainsi, la prochaine fois que vous aurez besoin de résoudre un problème technique complexe, vous voudrez peut-être d'abord jeter un coup d'œil dans votre propre arrière-cour.
Apprenez-en plus sur la technologie et la nature à la page suivante.
