L'architecte britannique Michael Pawlyn considère la nature comme un «catalogue de produits», qui, a-t-il expliqué dans un entretien TED, «a bénéficié d'une période de recherche et développement de 3, 8 milliards d'années».
"Compte tenu de ce niveau d'investissement", poursuit-il, "il est logique de l'utiliser."
Alors que les nouvelles technologies peuvent parfois sembler étranges, au premier abord d'un autre monde, l'avenir de l'innovation implique en réalité que les chercheurs comprennent mieux le monde naturel qui nous entoure. Et les inventeurs se lancent, avec de plus en plus de biomimétisme, ou le processus de conception de produits fonctionnant comme le font les animaux et les plantes après le réglage minutieux de l'évolution. De la crevette mante à la broche d'abeille, les ingénieurs ne laissent rien au hasard en matière d'inspiration.
Voici cinq découvertes récentes dans le monde naturel qui pourraient un jour mener à de nouvelles inventions.
Les crevettes Mantis ont une armure très solide constituée d'une microstructure résistante aux chocs.
Les crevettes mantes sont des petits diables courageux qui ne reculent pas devant un combat, même avec leur propre espèce. Remarquablement, deux crevettes mantes peuvent s'en sortir et rester indemnes par la suite. C'est parce que les minuscules combattants sont couverts d'une armure super-forte dans le dos. Les armures, appelées telsons, ressemblent et agissent comme des boucliers, qui se chevauchent lorsqu'elles descendent en cascade sur la queue du crustacé.
Des chercheurs de l'Université de Californie à Riverside ont étudié la structure et la mécanique de ces telsons et ont découvert que la clé de leur résistance semblait être l'échafaudage en forme de spirale situé sous chaque bouclier. Dans une étude récente de la revue Advanced Functional Materials, les ingénieurs et leurs collègues expliquent que la structure hélicoïdale empêche la croissance des fissures et atténue l’impact des coups durs. On sait qu'une architecture similaire tordue existe dans la griffe de la crevette, utilisée pour porter des coups à toute menace sur son territoire. Les crevettes ont clairement développé l'armure parfaite.
Un jour, nous pourrions voir cette sorte de microstructure résistante aux impacts, brevetée en 2016 par les chercheurs: équipement sportif, gilet pare-balles pour la police et l'armée, drones, pales d'éoliennes, matériaux aérospatiaux, voitures, véhicules militaires, avions, hélicoptères, bicyclettes et navires. En substance, David Kisailus, professeur d'ingénierie chimique et environnementale à l'Université de Californie à Riverside, et auteur de l'étude, explique dans un courrier électronique adressé au magazine Smithsonian : «Partout, la réduction de poids est essentielle, mais la ténacité et la force sont indispensables."
Kisailus pense qu'à court terme, cette découverte aura le plus grand impact sur les articles de sport, car le délai de commercialisation des produits tels que les casques et les protège-tibias est plus court que celui des avions commerciaux. Les chercheurs ont fabriqué un prototype de casque pour la construction et le football. Mais, ajoute Kisailus, "à plus long terme, l'impact sur les transports sera plus important et plus global, car le poids réduit et la résistance accrue réduiront la consommation de carburant et les émissions."
Les graines de pissenlit révèlent une forme de vol naturel récemment découverte.
Une étude sur des pissenlits a révélé une forme de fuite inédite. (Cathal Cummins) La façon dont les graines de pissenlit dérivent sans effort dans le vent, capturant une lumière brillante lorsqu'elles tombent au sol, a une certaine beauté simpliste qu'il serait difficile de porter. Mais, comme l’ont découvert les chercheurs l’automne dernier, le chemin invisible laissé par son parachute à poils délicats est encore plus merveilleux. Et son étude pourrait conduire à des avancées vraiment intéressantes dans la surveillance des vols de drones et de la pollution atmosphérique.
Les chercheurs savaient que le mécanisme qui portait les graines sans effort était sa délicate couronne de fibres d’ivoire, qui ressemblait en quelque sorte à un balai de ramoneur. Ils ne savaient pas exactement comment ce fuzz ressemblant à un parachute fonctionnait, car le paquet de graines de pissenlit est principalement constitué d'espaces vides. Les scientifiques de l'Université d'Edimbourg ont donc créé une soufflerie pour mettre les graines à l'épreuve et ont ainsi découvert une «nouvelle classe de comportement fluide», rapporte James Gorman pour le New York Times . L'air traverse les filaments et laisse derrière lui une traînée d'air tourbillonnante, appelée anneau vortex séparé. L'anneau augmente la résistance d'une graine, créant un vol quatre fois plus efficace que celui d'un parachute classique.
Les chercheurs, qui ont expliqué cette découverte dans une étude publiée dans Nature, espèrent que cela incitera les ingénieurs à inventer de minuscules drones autopropulsés nécessitant une consommation d'énergie faible voire nulle.
«Un paquet de soies synthétiques inspirées des pissenlits pourrait être utilisé pour flotter dans les airs, transportant à la place des caméras ou des capteurs, au lieu des semences», explique Naomi Nakayama, biologiste à l'Université d'Edimbourg et auteur de l'étude, un email à Smithsonian . "Tout comme les pissenlits, ils pourraient rester à flot pendant longtemps, en étant capables de surveiller et d'enregistrer la qualité de l'air, la direction ou la vitesse du vent et peut-être certaines activités humaines, sans que les gens ne s'aperçoivent qu'ils sont là parce qu'ils sont minuscules."
Les requins Mako sont rapides en raison de leurs écailles flexibles.
Voici une photographie d’écailles de requin-taupe bleu, chacune mesurant environ 0, 2 millimètre de long. La première rangée d’échelles a été soignée manuellement à son angle maximum d’environ 50 degrés. (Phil Motta à l'Université de Floride du Sud) Les requins Mako sont terriblement rapides, c'est pourquoi on les appelle parfois les guépards de la mer. Ils peuvent atteindre jusqu'à 70 à 80 miles par heure. Mais comment vont-ils si vite? La réponse se trouve avec de petites écailles sur leur flanc et leurs nageoires. Mais un ingénieur en aéronautique, avec un financement de Boeing et de l'armée américaine, souhaite concevoir de nouveaux matériaux pour réduire la traînée et augmenter l'agilité des aéronefs, indique un communiqué de presse de l'American Physical Society. .
Les écailles flexibles sur les flancs et les nageoires des requins-mako ne font qu'un cinquième de millimètre de long. Si vous deviez caresser le requin comme un chat, de la tête aux queues ( Note de la rédaction: nous le déconseillons .), Ses écailles seraient lisses. Mais si vous passiez la main dans le sens opposé, la peau ressemblerait davantage à du papier sablé, les écailles se pliant en arrière à un angle maximum de 50 degrés selon l'emplacement du corps, les écailles les plus souples derrière les ouïes. Selon le communiqué de presse, la flexibilité de la balance permet de maintenir le flux proche de la peau, évitant ainsi ce qu'on appelle la "séparation du flux".
La séparation des flux est également l’ennemi numéro un en matière d’aéronef. Le concept est facilement démontré en passant la main par la fenêtre en mouvement de la voiture, la paume de la main face au vent. Votre paume est soumise à plus de pression que le dos de votre main et votre main est donc poussée en arrière. Cela est dû au fait que le flux d'air se sépare sur les côtés de votre main, créant ainsi une zone de basse pression ou se réveillant derrière votre main. La séparation des flux peut toujours se produire sur un corps plus profilé comme le requin, cependant. C'est là que les échelles entrent en jeu: elles aident à contrôler le flux, réduisant ainsi la traînée et permettant à l'animal de nager plus rapidement et avec une plus grande maniabilité.
«Nous pensons qu’à un moment donné, nous pourrions concevoir un ruban qui pourrait être appliqué de manière stratégique sur les surfaces des aéronefs, telles que les pales de rotor d’hélicoptère, les ailes ou certains endroits du fuselage où se produit une séparation des flux et une augmentation de la traînée ou une diminution des performances Amy Lang, ingénieur en aéronautique à l’Université de l’Alabama, qui a présenté le travail lors de la réunion de la Société américaine de physique à Boston, dans un courriel adressé à Smithsonian .
Lang a reçu un brevet en 2014 qui, selon elle, était «basé sur les premiers concepts que nous avions sur le fonctionnement de la peau de requin et sur la manière dont nous pourrions l'appliquer à une surface modifiée». Elle et son équipe créent des modèles imprimés en 3D de peau de requin mako et de l'espoir. d’obtenir plus de résultats en les testant dans des tunnels éoliens et hydrauliques l’année prochaine. «Nous espérons que nos collaborations avec l'industrie déposeront un brevet mis à jour, car une surface artificielle est développée pour des applications réelles», ajoute-t-elle.
Les abeilles combinent huile de broche et huile de fleur pour former un adhésif.
Les abeilles domestiques volent de fleur en fleur pour collecter le pollen et le stocker sur leur corps pour le ramener à la ruche. Mais que se passe-t-il si une pluie d'été surprise intervient? N'ayez crainte, les abeilles ont une solution à cela: une boue gluante de leur broche et des huiles de fleurs qui transforment le pollen en pellets résistants à l'eau. La science derrière cette combinaison gluante peut même inspirer des adhésifs de haute technologie qui collent quand vous le souhaitez, mais libèrent également lorsque cela est nécessaire.
"Nous voulions savoir, si le pollen peut rester si fermement attaché aux pattes postérieures de l'abeille, comment les abeilles parviennent-elles à l'enlever lorsqu'elles retournent dans la ruche", a déclaré Carson Meredith, ingénieur chez Georgia Tech et auteur principal d'un article. étude publiée dans Nature Communications en mars, dans un communiqué de presse.
Cela fonctionne essentiellement comme ceci: La broche d'abeille est un peu collante au départ à cause du nectar qu'elle boit. La broche recouvre le pollen lorsque les abeilles le collectent. Ensuite, les huiles des fleurs recouvrent la boule de pollen crachée. Cette technique de stratification est la combinaison parfaite pour repousser l'humidité imprévue.
"Cela fonctionne de la même manière qu'une couche d'huile de cuisson recouvrant une piscine de sirop", a déclaré Meredith dans le communiqué. "L'huile sépare le sirop de l'air et ralentit considérablement le séchage."
La vitesse est aussi un facteur clé, semble-t-il. Cela revient à ce qu'on appelle une réponse sensible au taux, c'est-à-dire «plus la force qui tente de l'enlever est rapide, plus elle résisterait», selon un communiqué de presse. Ainsi, lorsque les abeilles utilisent des mouvements coordonnés et lents avec leurs pattes arrières pour retirer les boules de pollen, elles se détachent facilement. Mais si une goutte de pluie en chute libre entre en collision avec l'une des balles, elle adhère plus intensément.
Les applications pour un adhésif comme celui-ci varient grandement. Meredith explique dans un courriel adressé au magazine Smithsonian qu’un adhésif bioinspiré se développerait dans les domaines où la force n’est pas la priorité absolue, mais «où l’adhérence doit être adaptable, ajustable, sensible aux stimuli ou associée à d’autres propriétés telles que l’édiabilité, la biocompat résistance à l'humidité. "
Il travaille avec des entreprises médicales et cosmétiques. (Si vous avez déjà essayé de démaquiller votre maquillage imperméable et tenace, vous comprenez la nécessité de trouver une solution.) «Dans ces domaines, on souhaite souvent une adhérence qui puisse maintenir les surfaces ensemble dans certaines circonstances, mais qui peut ensuite être libérée à la demande ou quand. une certaine condition (vitesse, force, humidité) est dépassée », explique-t-il. "Cela inclut la capacité de transférer de petites particules d'un endroit à un autre, par exemple en se maquillant ou en administrant un médicament à un tissu spécifique du corps."
Ce n'est pas tout: ces granulés de pollen sont naturellement comestibles. Ils pourraient donc également être utilisés dans les aliments, peut-être pour «des objets décoratifs sur un gâteau ou un dessert, ou des particules collantes contenant des additifs alimentaires pour le goût, les nutriments, les conservateurs, la couleur, etc., Explique Meredith.
Les chats sont des toiletteurs expérimentés à cause des papilles creuses sur leur langue.
(Elke Schroeder / EyeEm / Getty Images) Les chats passent beaucoup de temps à se lécher. Il s'avère que leur langue a évolué pour une efficacité maximale en matière de toilettage - et pourrait même nous aider à fabriquer de meilleures brosses à cheveux, voire même à inspirer les avancées en matière de robotique douce et de nouveaux types de technologie de nettoyage.
La langue classique du chat, son papier de verre, est recouverte de pointes angulaires appelées papilles, qui sont en kératine, ou le même tissu dur de nos ongles. C'est la partie de la langue que les chercheurs du Georgia Institute of Technology étaient intéressés à étudier pour savoir exactement comment il distribue si facilement l'humidité dans la fourrure d'un chat.
Il s’avère que les papilles ne sont pas vraiment épineuses ou en forme de cône comme l’avaient prétendu les recherches antérieures. Comme le décrivent les ingénieurs du Georgia Institute of Technology dans une étude publiée dans le compte rendu de la National Academy of Sciences, ils ont la forme d'une cuillère avec deux extrémités creuses. L'équipe a découvert que cette forme crée une tension superficielle qui bloque les gouttelettes de salive jusqu'au moment du nettoyage. Et ces langues peuvent contenir beaucoup de liquide. Lorsque l'équipe a testé la langue d'un chat (donnée post mortem), elle a constaté que chaque papille pouvait contenir environ 4, 1 microlitres d'eau, mais que la langue était suffisante pour distribuer environ un cinquième de tasse d'eau à travers le pelage de l'animal. un jour, selon National Geographic .
Les papilles attaquent également un nœud dans quatre directions différentes - parfait pour un démêlage efficace. Les chercheurs ont même créé une brosse de toilettage inspirée par la langue (TIGR) utilisant des modèles 3D de la langue des chats. Ils ont déposé une demande de brevet pour la brosse, qui pourrait être utilisée pour appliquer des médicaments ou distribuer des shampooings et des revitalisants sans rinçage en fourrure pour animaux domestiques afin de réduire les allergènes.
Et l'équipe envisage d'autres applications. «La forme unique de la colonne vertébrale pourrait être utilisée dans la robotique douce pour faciliter l'adhérence. Des études précédentes ont montré que les micro-crochets excellaient dans les surfaces rigides et poreuses», déclare Alexis Noel, ingénieur de recherche à l'Institut de recherche Georgia Tech et auteur de l'étude., dans un email. Il peut même y avoir une nouvelle façon d'appliquer le mascara, ajoute-t-elle.
