Dans le domaine en plein essor du biomimétisme, dans lequel les ingénieurs, les chercheurs et les architectes se tournent vers le monde biologique pour trouver des réponses aux problèmes de conception courants, 2014 s'est déroulée comme une année riche en innovations en robotique, en technologies vertes et en médecine. Les scientifiques et les ingénieurs ont officiellement reconnu la valeur de l'application de traits sélectionnés par l'évolution à des défis de conception difficiles et ont développé un grand nombre de nouvelles technologies inspirées des organismes vivants. Des pieuvres robotiques aux cellules solaires à œil de papillon, le biomimétisme a façonné la manière dont les défis techniques ont été relevés, annonçant de grandes promesses pour l'avenir de la technologie.
Se tourner vers la nature pour s'inspirer du design n'était pas un nouveau concept. Au cours de la Renaissance italienne, l'inventeur Léonard de Vinci a étudié une variété d'animaux volants dans sa quête pour créer une machine pour le vol à propulsion humaine. Inspiré par les ailes membraneuses des chauves-souris et leurs mouvements uniques, Léonard a façonné les ailes de son «ornithoptère» en utilisant un cadre en pin recouvert de soie fine; les ailes se tordirent en battant. Bien que l'engin n'ait jamais volé, la conception de Leonardo était clairement une tentative d'imiter les exploits de la nature qu'il observait si vivement. De même, l'ingénieur suisse George de Mestral a trouvé l'inspiration en 1941 dans les bavures tenaces qui collaient dans sa veste de chasse et le pelage de son chien. Le mécanisme d'accrochage efficace des bavures a finalement conduit à sa création du système de fermeture velcro connu sous le nom de Velcro.
Le biomimétisme moderne est rendu possible par l'évolution - le mécanisme par lequel la nature trie et teste d'innombrables prototypes pour trouver des adaptations appropriées pour une population donnée d'organismes. Des pressions sélectives mettent chaque variante à l'épreuve ultime: la survie. Si un trait ne permet pas à un organisme de rivaliser, d'exploiter les ressources et de se reproduire, il est éliminé de la population. Dans cet esprit, la biologiste Janine Benyus a inventé le terme biomimétismeen 1997 pour l'idée que les humains peuvent et doivent emprunter les conceptions testées fournies par le monde naturel. Le biomimétisme permet aux ingénieurs et aux chercheurs d'exploiter les succès de l'évolution et de les appliquer pour répondre aux exigences de l'environnement humain. Au lieu d'essayer de résoudre les problèmes de conception à partir de zéro, les scientifiques peuvent se tourner vers les résultats éprouvés de la nature pour trouver des idées.
Biomimétisme en médecine.
Le biomimétisme a permis plusieurs développements fascinants dans le domaine médical. Des chercheurs de l'Université du Texas à Austin se sont penchés sur le mécanisme auditif de la mouche parasite Ormia ochracea pour développer un minuscule appareil auditif hypersensible en 2014. Équipé d'oreilles spécialisées, O. ochracea est capable de suivre les sons des crickets pour se concentrer sur individus à parasiter. Chez les humains, les sons arrivent à une oreille légèrement avant d'arriver à l'autre, ce qui permet au cerveau de discerner la direction d'où les sons émanent. Cependant, les oreilles des mouches sont si petites et si rapprochées que les sons arrivent aux deux oreilles presque exactement au même moment. Pour compenser, les tympans d' O. Ochraceasont reliées par une structure semblable à une balançoire, ce qui amplifie les petites différences dans les temps d'arrivée des sons et permet ainsi à l'insecte de localiser précisément sa proie. Les chercheurs ont copié ce mécanisme à bascule pour créer un appareil minuscule qui pourrait être utilisé dans la prochaine génération d'aides auditives ou pour créer des microphones adaptatifs qui se concentrent sur des sons ou des conversations particuliers.
Les parasites ont également servi d'inspiration pour de nouvelles micro-aiguilles chirurgicales utilisées pour attacher les greffes de peau. Semblable à la tête de Pomphorhynchus laevis , un ver intestinal parasite, les pointes de ces minuscules aiguilles gonflent au contact de l'eau. Cette caractéristique permet aux vers et aux aiguilles de coller aux tissus mous avec un minimum de dommages et d'infliger peu de traumatismes aux tissus lorsqu'ils se dégonflent et s'en séparent. Les scientifiques ont découvert que ces micro-aiguilles étaient facilement réversibles et qu'elles offraient une adhérence trois fois plus forte que les agrafes chirurgicales conventionnelles.
Le biomimétisme a également été utilisé pour lutter contre l'augmentation des bactéries résistantes aux médicaments dans les hôpitaux et autres établissements médicaux. Ayant observé que les requins sont moins vulnérables aux bernacles et aux algues que de nombreux autres organismes marins, les chercheurs ont découvert des textures microscopiques sur la peau de requin qui inhibaient considérablement la croissance de ces organismes et, étonnamment, celle des diverses bactéries responsables des infections nosocomiales. Les chercheurs ont copié ces textures pour créer une peau de requin synthétique qui pourrait être appliquée sur une variété de surfaces, allant des appareils médicaux aux claviers d'ordinateur, pour empêcher la croissance de bactéries nocives.
Biomimétisme en robotique.
Le biomimétisme a conduit au développement d'un certain nombre de formes robotiques innovantes. En 2014, un groupe de chercheurs italiens a entamé le processus de brevetage d'un robot polyvalent flexible inspiré des pieuvres. Traditionnellement, les robots étaient limités par leurs formes angulaires et leurs corps durs, facteurs qui réduisaient leur fonctionnalité. La pieuvre robotique, qui était capable de nager et de ramper au-dessus et autour des obstacles, était au corps mou et comportait six bras flexibles avec lesquels saisir et manipuler des objets. Pour nager, certains de ses appendices flexibles fournissaient une poussée tandis que d'autres fournissaient de la stabilité. Avec un développement ultérieur, ces robots pourraient être utilisés dans l'exploration des grands fonds et dans les opérations de recherche et de sauvetage.
De même, des ingénieurs de l'Université de Virginie construisaient le «Mantabot», un robot nageur à corps mou inspiré des raies et des raies manta. Les raies sont de puissants nageurs et sont capables de glisser sur de longues distances pour économiser de l'énergie. Le Mantabot, équipé d'ailerons flexibles en silicone et en plastique, a été moulé à partir d'une véritable raie cownose. Sa nage efficace imitait celle des rayons réels et pouvait être utilisée pour collecter des données marines pour les scientifiques ou pour effectuer une surveillance sous-marine pour les militaires.
Biomimétisme dans la technologie verte.
La technologie verte a également profité de l'essor des applications du biomimétisme. En 2014, des chercheurs suisses ont publié un article annonçant un nouveau type de cellule solaire inspiré par les yeux des papillons de jardin. Pour voir la nuit et éviter l'attention des prédateurs, les yeux des papillons sont très efficaces pour l'absorption de la lumière. En utilisant des particules d'oxyde de tungstène recouvertes d'oxyde de fer, les scientifiques ont pu imiter la façon dont les yeux des papillons absorbent presque toute la lumière incidente et créent ainsi des cellules solaires très efficaces. En absorbant la lumière que les autres cellules solaires réfléchissent, ces cellules solaires inspirées des mites avaient un grand potentiel pour faire progresser la technologie solaire.
Dans un effort pour réduire le nombre significatif d'oiseaux tués par des collisions avec des fenêtres qui reflétaient le ciel ouvert, les scientifiques du biomimétisme se sont inspirés des toiles d'araignées. La soie d'araignée est réfléchissante aux ultraviolets (UV), et bien que cette caractéristique soit presque imperceptible pour les humains et de nombreux insectes, elle agit comme un moyen de dissuasion efficace pour les oiseaux et protège ainsi les toiles contre la destruction. Les scientifiques ont imité cette fonctionnalité pour créer un verre sans danger pour les oiseaux qui était intégré avec des bandes de matériau réfléchissant les UV dans des motifs qui ressemblaient à des toiles d'araignées. Avec environ 100 millions à un milliard d'oiseaux qui meurent chaque année aux États-Unis en raison de collisions avec des fenêtres, la capacité du verre sans danger pour les oiseaux à réduire considérablement ces décès d'oiseaux promettait d'être une percée écologique.
Compte tenu de l'incroyable diversité de la vie, les chercheurs en biomimétisme disposaient d'un approvisionnement apparemment infini d'organismes et d'adaptations dont ils pouvaient s'inspirer. Le biomimétisme a conduit à une incroyable collection d'avancées technologiques, allant des bouteilles d'eau auto-remplissantes imitant les coléoptères du désert à la peinture autonettoyante inspirée des feuilles de lotus hydrophobes. En supposant que l'humanité puisse préserver la biodiversité qui anime le biomimétisme, le domaine promet de continuer à générer des solutions innovantes. En examinant les traits que l'évolution avait rigoureusement testés au cours des millénaires, le biomimétisme a permis aux ingénieurs et aux scientifiques «d'apprendre de nos aînés» et d'utiliser les succès de la nature pour éclairer la conception et la technologie.
Melissa Petruzzello
