Une nouvelle étude explique pour la toute première fois les principes de conception des piqûres, aiguilles, et des pointes chez les animaux et les plantes. Les principes peuvent être directement utilisés dans le développement de nouveaux outils et équipements médicaux.

Kaare Hartvig Jensen et ses collègues de DTU Physics ont eu des expériences répétées où les petites pipettes en verre qu'ils utilisent pour extraire le liquide des cellules végétales se sont cassées au contact de la paroi cellulaire. Cela a agacé les chercheurs et suscité leur intérêt pour des objets pointus similaires dans la nature qui ne se cassent pas lorsqu'ils sont utilisés. Cela inclut les épines sur les plantes telles que les cactus et les orties ou les piqûres et les épines de nombreux insectes, algues, hérissons, et autres animaux.

L'idée de chercher l'inspiration dans la nature n'est pas nouvelle pour Kaare Hartvig Jensen, qui appartient à un groupe croissant de chercheurs en biomimétisme. Ils se concentrent sur l'exploration de la conception de la nature pour trouver l'inspiration pour les innovations techniques liées à, par exemple, outils et équipements médicaux.

Basé sur un large éventail d'expériences

Pour acquérir plus de connaissances sur le sujet, Jensen et ses collègues ont mené des expériences sur modèle et collecté des données sur plus de 200 espèces, examiner la conception de divers objets pointus chez les animaux et les plantes. Leur champ d'étude était large et comprenait des parties pointues de plantes ou d'animaux utilisés à des fins très différentes, par exemple pour coller à une surface, ingérer de la nourriture, ou la défense. L'analyse comprenait en outre des aiguilles ou des piqûres sur des animaux et des plantes qui sont faits de matériaux et de tailles très différents, allant des plus petits virus et pointes d'algues, mesurant seulement 50 nanomètres, à la plus longue partie pointue d'un animal au monde, la défense de narval de 2,5 mètres.

Les chercheurs ont également inclus la conception d'objets pointus fabriqués par l'homme tels que des clous, aiguilles de seringue, et des armes (anciennes lances et lances) jusqu'à six mètres de long.

La conception assure la force et l'élasticité

La grande base de données a permis aux chercheurs d'identifier comment les outils pointus de la nature sont conçus pour être à la fois suffisamment puissants pour pénétrer la peau humaine ou animale, par exemple, et suffisamment dur pour garantir que la pointe ne se brise pas au contact de la peau.

"Nos résultats ont montré qu'il existe une corrélation claire entre la longueur d'une aiguille ou d'une piqûre et son diamètre, à la fois près de la pointe et à l'endroit où il s'attache à la plante ou à l'animal. De cette façon, la résistance et l'élasticité nécessaires de la pointe peuvent être assurées, que ce soit sur une ortie ou un moustique », explique Jensen.

"À la fois, il est clair que les outils pointus de la nature sont à la limite de ce qui est physiquement possible. Et il est également clair que les conceptions sont très similaires, que nous regardions les pointes nanométriques d'un virus ou le bec de 1,5 mètre d'un espadon, " dit Jensen.

Les résultats de la nouvelle étude ont récemment été publiés dans la revue scientifique respectée Physique de la nature .

L'étude a également inclus des objets pointus fabriqués par l'homme qui ont déjà imité dans une large mesure les formes naturelles.

"Cette nouvelle connaissance de la façon de calculer la conception optimale d'un objet pointu peut à l'avenir être utilisée pour concevoir, par exemple., aiguilles de seringues pour optimiser l'allocation des médicaments. Ou dans la conception des ongles, permettant une réduction de la consommation de matière sans perdre la stabilité nécessaire, " dit Jensen.

Les chercheurs eux-mêmes ont également utilisé les résultats pour reconcevoir leurs pipettes en verre afin qu'elles ne se cassent plus lors de l'extraction du liquide des cellules végétales.