Bien que la nanotechnologie soit présentée comme une invention humaine assez récente, la nature est en fait pleine d'architectures nanoscopiques. Ils sous-tendent les fonctions essentielles d'une variété de formes de vie, des bactéries aux baies, guêpes aux baleines.

En réalité, L'utilisation avec tact des principes de la nanoscience peut être attribuée à des structures naturelles vieilles de plus de 500 millions d'années. Vous trouverez ci-dessous cinq sources d'inspiration que les scientifiques pourraient utiliser pour créer la prochaine génération de technologie humaine.

1. Couleurs structurelles

La coloration de plusieurs types de coléoptères et de papillons est produite par des ensembles de piliers nanoscopiques soigneusement espacés. Fait de sucres tels que le chitosane, ou des protéines comme la kératine, les largeurs de fentes entre les piliers sont conçues pour manipuler la lumière afin d'obtenir certaines couleurs ou effets comme l'irisation.

L'un des avantages de cette stratégie est la résilience. Les pigments ont tendance à blanchir avec l'exposition à la lumière, mais les couleurs structurelles sont stables pendant des périodes remarquablement longues. Une étude récente de la coloration structurelle des baies de marbre bleu métallique, par exemple, en vedette des spécimens collectés en 1974, qui avaient conservé leur couleur malgré leur mort depuis longtemps.

Un autre avantage est que la couleur peut être changée en variant simplement la taille et la forme des fentes, et en remplissant également les pores de liquides ou de vapeurs. En réalité, souvent, le premier indice de la présence d'une coloration structurelle est un changement de couleur vif après que l'échantillon a été trempé dans l'eau. Certaines structures d'aile sont si sensibles à la densité de l'air dans les fentes que les changements de couleur sont également observés en réponse à la température.

2. Visibilité à longue portée

En plus de simplement dévier la lumière selon un angle pour obtenir l'apparence de la couleur, certaines couches ultra-minces de panneaux fendus inversent complètement le sens de déplacement des rayons lumineux. Cette déviation et ce blocage de la lumière peuvent fonctionner ensemble pour créer des effets optiques époustouflants tels que les ailes d'un seul papillon avec une visibilité d'un demi-mile, et des coléoptères aux écailles blanches brillantes, mesurant cinq micromètres minces. En réalité, ces structures sont si impressionnantes qu'elles peuvent surpasser les structures artificielles qui sont 25 fois plus épaisses.

3. Adhérence

Les pieds Gecko peuvent se lier fermement à pratiquement n'importe quelle surface solide en quelques millisecondes, et se détacher sans effort apparent. Cette adhérence est purement physique sans interaction chimique entre les pieds et la surface.

La couche adhésive active du pied du gecko est une couche nanoscopique ramifiée de poils appelés "spatules", qui mesurent environ 200 nanomètres de longueur. Plusieurs milliers de ces spatules sont attachées à des « soies » micrométriques. Les deux sont faits de kératine très souple. Bien que la recherche sur les détails les plus fins du mécanisme de fixation et de détachement des spatules soit en cours, le fait même qu'ils fonctionnent sans produit chimique collant est un exploit impressionnant de conception.

Les pieds de Gecko ont aussi d'autres caractéristiques fascinantes. Ils sont autonettoyants, résistantes à l'auto-mat (les soies ne collent pas les unes aux autres) et se détachent par défaut (y compris les unes des autres). Ces caractéristiques ont incité à suggérer qu'à l'avenir, colles, les vis et les rivets pourraient tous être fabriqués à partir d'un seul processus, coulée de kératine ou d'un matériau similaire dans différents moules.

4. Force poreuse

La forme la plus forte de tout solide est l'état monocristallin - pensez aux diamants - dans lequel les atomes sont présents dans un ordre presque parfait d'un bout à l'autre de l'objet. Des choses comme des tiges d'acier, les carrosseries d'avions et les panneaux de voiture ne sont pas monocristallins, mais polycristallin, de structure similaire à une mosaïque de grains. Donc, en théorie, la résistance de ces matériaux pourrait être améliorée en augmentant la taille des grains, ou en rendant l'ensemble de la structure monocristalline.

Les monocristaux peuvent être très lourds, mais la nature a une solution pour cela sous la forme de pores nanostructurés. La structure résultante - un méso-cristal - est la forme la plus solide d'un solide donné pour sa catégorie de poids. Les épines d'oursin et la nacre (nacre) sont toutes deux constituées de formes méso-cristallines. Ces créatures ont des carapaces légères et pourtant peuvent résider à de grandes profondeurs où la pression est élevée.

En théorie, des matériaux méso-cristallins peuvent être fabriqués, bien que l'utilisation de processus existants nécessiterait beaucoup de manipulations complexes. De minuscules nanoparticules devraient être tournées jusqu'à ce qu'elles s'alignent avec une précision atomique sur d'autres parties des mésocristaux en croissance, puis ils auraient besoin d'être gélifiés ensemble autour d'un espaceur souple pour éventuellement former un réseau poreux.

5. Navigation bactérienne

Les bactéries magnétotactiques possèdent la capacité extraordinaire de détecter des champs magnétiques minuscules, y compris celle de la Terre, en utilisant de petites chaînes de nanocristaux appelés magnétosomes. Ce sont des grains de taille comprise entre 30 et 50 nanomètres, fait de magnétite (une forme d'oxyde de fer) ou, moins communément, greghite (un combo fer-soufre). Plusieurs caractéristiques des magnétosomes fonctionnent ensemble pour produire une "aiguille de boussole" pliable, beaucoup plus sensibles que leurs homologues artificiels.

Bien que ces "capteurs" ne soient utilisés que pour naviguer sur de courtes distances (les bactéries magnétotactiques vivent dans les étangs), leur précision est incroyable. Non seulement peuvent-ils trouver leur chemin, mais la granulométrie variable signifie qu'ils peuvent retenir des informations, tandis que la croissance est limitée aux arrangements atomiques les plus sensibles au magnétisme.

Cependant, comme l'oxygène et le soufre se combinent voracement avec le fer pour produire de la magnétite, greghite ou plus de 50 autres composés - dont seulement quelques-uns sont magnétiques - une grande habileté est requise pour produire sélectivement la forme correcte, et créer les chaînes de magnétosomes. Une telle dextérité est actuellement hors de notre portée, mais la navigation future pourrait être révolutionnée si les scientifiques apprenaient à imiter ces structures.

Cet article a été initialement publié sur The Conversation. Lire l'article original.