Des millions d'années d'évolution ont façonné le monde qui nous entoure et créé de nombreuses choses incroyables. Le biomimétisme, c'est quand nous observons un trait dans la nature et que nous le copions ou en partie pour la technologie et la conception humaines. Il existe de nombreux excellents exemples de biomimétisme en action.
Le biomimétisme concerne de nombreux secteurs de l'activité humaine. Allant de la médecine à la recherche, l'industrie, l'économie, l'architecture, l'urbanisme, l'agriculture et la gestion. Cette liste n'est pas exhaustive car le bio-mimétisme est avant tout une question d'approche de ces domaines d'expertise. Elle peut donc s'appliquer plus ou moins directement à tous les secteurs.
Le concept de biomimétisme repose sur une idée fondamentale : la nature fonctionne toujours selon les principes d’économie et d’efficacité, sans produire de déchets. Vous vous souvenez de la citation de Lavoir : « Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme » ? C’est exactement l’idée. Quel que soit le domaine d’application, la philosophie biomimétique s’inscrit dans une stratégie globale de développement responsable et durable , visant à équilibrer l’utilisation des ressources de la planète.
Qu'est-ce que le biomimétisme?
Le biomimétisme, (comme son nom l'indique, est l'imitation des êtres vivants) vise à s'inspirer de la sélection naturelle et des solutions adoptées par la nature et à traduire les principes en ingénierie humaine. C'est une méthode pour créer des solutions aux défis humains en imitant les conceptions et les idées trouvées dans la nature. Il est utilisé partout : dans les bâtiments, les véhicules et même les matériaux.
Le biomimétisme en tant qu'approche est un beau voyage dans ce que nous pouvons apprendre de la nature, et dans le processus, nous renforçons notre relation et notre connexion avec le monde naturel. Il s'agit d'un élément vital pour créer un monde plus durable, plus sain et équitable pour tous les humains et toutes les espèces. Nous avons donc pensé qu'il serait amusant de rassembler quelques-uns des exemples les plus remarquables.
10 Exemples impressionnants de biomimétisme pour les enfants et les universitaires
Le biomimétisme, comme indiqué, se tourne vers la nature et les systèmes naturels pour s'inspirer, en utilisant des stratégies inspirées de la nature pour améliorer la conception. Grâce à l'adaptation et à l'évolution, le personnage passe des millions d'années à bricoler pour résoudre les problèmes, se retrouvant avec des innovations époustouflantes. L'inefficacité ne dure pas seule, et les ingénieurs et concepteurs humains y recherchent souvent des solutions aux problèmes modernes.
Voici quelques exemples super cool de biomimétisme dans les sciences, l'ingénierie et l'innovation qui ont été influencés par un design inspiré de la nature pour les enfants et les universitaires.
- Imitation de peau de requin pour maillot de bain
- Trains à grande vitesse inspirés des oiseaux Kingfisher (comme celui de Disney)
- Éoliennes inspirées des baleines à bosse
- Coléoptères et bouteilles d'eau auto-remplissantes
- Un absorbant choquer comme un pic
- Camouflage de céphalopode
- Des systèmes de ventilation inspirés des termites
- Jets inspirés des oiseaux
- Bavure et Velcro
- Ailes de papillon et énergie solaire
1. Maillot de bain imitant la peau de requin
Les requins sont l'un des plus grands prédateurs des mers. Alors que les requins sont bien connus pour leur sens aigu de l'odorat et leurs dents qui se régénèrent rapidement, de nouvelles recherches pourraient indiquer que la peau de l'espèce est son atout de niche le plus évolutif.
La peau de requin est recouverte d'innombrables écailles superposées appelées « denticules dermiques ». Lorsqu'ils sont en mouvement, ces denticules dermiques créent une zone de basse pression. Ce vortex de bord d'attaque « tire » essentiellement le requin vers l'avant et contribue également à réduire la traînée. Inutile de dire qu'il existe de nombreuses applications pour une telle conception.
Des scientifiques ont reproduit les denticules dermiques dans les maillots de bain (désormais interdits dans les grandes compétitions) et la coque des bateaux. Les maillots de bain inspirés de la peau de requin ont fait couler beaucoup d'encre lors des Jeux olympiques d'été de 2008, alors que Michael Phelps était sous les feux des projecteurs.
Speedo a notoirement incorporé la peau de requin biomimétique dans une ligne de maillots de bain pour les Jeux olympiques de 2008. Selon le Smithsonian, 98 % des médailles aux Jeux olympiques de 2008 ont été remportées par des nageurs portant des maillots de bain en peau de requin. Depuis, la technologie a été bannie des compétitions olympiques.
De même, alors que de nombreuses espèces aquatiques hébergent d'autres organismes marins sur leur corps (comme les balanes), les requins restent relativement « propres », pour ainsi dire. Ces denticules dermiques microscopiques contribuent également à les protéger des micro-organismes tels que les algues et les balanes. L'US Navy a depuis mis au point un matériau, appelé Sharklet, inspiré de ce motif cutané, afin de limiter la prolifération d'organismes marins sur les navires.
2. Trains à grande vitesse inspirés des oiseaux Kingfisher (comme celui de Disney)
Les oiseaux Kingfisher ont des becs spécialisés qui leur permettent de plonger dans l'eau pour chasser tout en faisant un minimum d'éclaboussures. En utilisant ce nouveau nez, les trains de la série 500 de nouvelle génération étaient 10 % plus rapides, consommaient 15 % d'électricité en moins et, surtout, n'avaient plus de « boom ».
Lorsque les ingénieurs japonais ont entrepris la tâche ardue de moderniser leurs trains à grande vitesse, leur conception a rencontré un malheureux hic. Le problème n'était pas d'amener ces trains à la vitesse souhaitée, mais plutôt de la quantité massive de bruit créée par le déplacement de l'air devant les trains. Au fur et à mesure que les trains pénétraient dans les tunnels, les véhicules produisaient souvent une forte onde de choc connue sous le nom de « boom du tunnel ».
La puissance des ondes de choc a même causé des dommages structurels à plusieurs tunnels. Pour minimiser ce boom, les ingénieurs japonais ont imité le bec d'oiseau Kingfisher qui provoque un minimum d'éclaboussures lorsqu'il pénètre dans les eaux. En créant cette nouvelle forme de nez, les trains étaient 10 % plus rapides, consommaient 15 % d'électricité en moins et, surtout, plus de « boum ».
Ce type de processus innovant est appelé photosynthèse artificielle, où une feuille bionique crée de l'hydrogène à partir de la lumière du soleil. Cela espère être une percée énergétique mondiale potentielle en séparant l'eau en utilisant l'électricité du soleil.
Ce type de carburant renouvelable ne génère aucune émission.
3. Éoliennes inspirées des baleines à bosse
La baleine à bosse, par exemple, utilise des nageoires cahoteuses et tuberculées pour la propulsion, ce qui semble plutôt contre-intuitif. Ces baleines ont influencé de nouveaux modèles d'éoliennes.
Les baleines, connues comme les plus gros poissons du monde, nagent autour de l'océan depuis longtemps, et l'évolution les a transformées en une forme de vie super efficace. Ils peuvent plonger à des centaines de mètres sous la surface et y rester pendant des heures. Ils maintiennent leur taille massive en se nourrissant d'animaux plus petits que l'œil ne peut voir, et ils alimentent leur mouvement avec des nageoires et une queue ultra-efficaces. Celles-ci sont rendues possibles grâce à la présence de sa bosse.
Les crêtes sur les nageoires avant d'une baleine à bosse, appelées tubercules, influencent la façon dont l'eau s'écoule sur les nageoires. Il crée un flux aérodynamique dans l'eau. Les tubercules leur permettent de nager à grande vitesse malgré leur grande taille.
Beaucoup de nos conceptions aérodynamiques modernes reposent sur des principes plutôt basiques. Pour obtenir une portance optimale et une traînée minimale, des bords épurés et des lignes épurées sont essentiels. Pourtant, dans tout le règne animal, de nombreuses espèces, sont capables d'une portance exceptionnelle.
Des scientifiques de l'Université Duke, de l'Université West Chester et de l'US Naval Academy ont découvert que les bosses sur le bord avant d'une nageoire de baleine augmentaient considérablement son efficacité, réduisant la traînée de 32 % et augmentant la portance de 8 %. Ces pales ajustées aident également à générer la même quantité d'énergie à 10 miles par heure que les turbines conventionnelles génèrent à 17 miles par heure.
Les entreprises appliquent l'idée aux pales d'éoliennes, aux ventilateurs de refroidissement, aux ailes d'avion et aux hélices.
4. Coléoptères et bouteilles d'eau à remplissage automatique
Il n'y a plus aucun doute : l'accès à l'eau est essentiel à toute civilisation durable et à la vie sur Terre en général. Si certaines régions du globe disposent d'abondantes ressources en eau, comme les lacs et les rivières, les climats plus arides doivent se contenter de précipitations limitées.
Une technologie dérivée d'un coléoptère prospérant dans l'un des environnements les plus hostiles de la planète pourrait bien contribuer à l'avènement de la prochaine génération de techniques de collecte d'eau propre.
Les coléoptères (coléoptères Stenocara) originaires du désert du Namib survivent à l'environnement sec et hostile en collectant de l'eau sur leur dos grâce à la conception unique de leur coquille. Ils sont également connus sous le nom de « maîtres collecteurs d'eau ». Ils dirigent leurs ailes vers la brise de l'océan et les bosses sur leur dos dirigent les gouttelettes d'eau vers leur bouche.
Les ingénieurs ont créé une bouteille d'eau avec des bosses similaires pour collecter et repousser l'eau. Ce projet pourrait contribuer aux efforts de préservation de l'eau et rendre l'eau plus facilement accessible aux communautés des régions sèches.
Les professionnels de la conservation ou de la planification communautaire peuvent participer à de multiples projets de conservation de l'eau qui impliquent cette méthode d'ingénierie biomimétisme. Environ 22 pays à travers le monde utilisent des filets pour collecter l'eau de l'air, donc une telle augmentation de l'efficacité pourrait avoir un impact important.
5. Absorber les chocs comme un pic
Les pics sont reconnus pour leur capacité de fouille exceptionnelle. Les créatures utilisent leur bec pour chercher des insectes et aussi pour se créer des recoins sans subir de blessures à la tête dues au picage rapide et puissant.
Lorsque les pics forent ces trous, ils subissent une décélération de 1200 forces gravitationnelles (Gs) près de 22 fois par seconde. Pour mettre cela en perspective, un grave accident de voiture délivrerait l'équivalent de 120 G sur un passager.
Des recherches menées à l'aide de tomodensitogrammes à l'Université de Californie à Berkeley ont découvert que les pics ont quatre structures conçues pour absorber les chocs mécaniques. Le bec semi-élastique de l'oiseau, une zone de matériau «os spongieux» derrière le crâne et le liquide céphalo-rachidien travaillent tous à l'unisson pour prolonger la durée de cette commotion cérébrale et donc inhiber les vibrations.
Sur la base de ces structures, les ingénieurs aérospatiaux utilisent souvent ces structures pour concevoir des engins spatiaux résistants aux météorites et des boîtes noires d'avion qui peuvent absorber plus de force avant de mal fonctionner. Cette conception naturelle peut également aider les ingénieurs aéronautiques et aéronautiques à développer davantage de technologies de qualité à l'avenir.
6. Camouflage de céphalopode
Les calmars, comme tous les céphalopodes, sont capables de briller (bioluminescence) ainsi que de changer la couleur de leur peau. Cette capacité de camouflage les fait se cacher des prédateurs, tandis que la bioluminescence leur permet de communiquer avec et/ou d'attirer un compagnon. Ce comportement complexe est produit par un réseau de cellules cutanées et de muscles spécialisés.
Des chercheurs de l'Université de Houston ont construit un appareil similaire capable de détecter son environnement et de le faire correspondre en quelques secondes. Ce premier prototype utilise une grille flexible et pixélisée utilisant des actionneurs, des capteurs de lumière et des réflecteurs. Lorsque les capteurs de lumière détectent un changement dans l'environnement, un signal est envoyé à la diode correspondante.
Cela crée de la chaleur dans la zone et la grille thermo-chromatique change alors de couleur. Cette « peau » artificielle pourrait avoir des applications militaires et commerciales dans le futur.
7. Systèmes de ventilation inspirés des termites
Les termites ont souvent mauvaise presse à cause de leurs propriétés destructrices. Cependant, les termites sont tristement célèbres pour avoir créé certains des systèmes de ventilation les plus élaborés pour le refroidissement de la planète. Même dans certains des endroits les plus chauds, ces termitières restent exceptionnellement fraîches à l'intérieur. Alors que la température extérieure oscille énormément tout au long de la journée de basse à haute température, l'intérieur d'une termitière reste stable à une température confortable.
Grâce à un réseau complexe de poches d'air aménagées, ces buttes créent un système de ventilation naturelle par convection. C'est un exemple de la façon dont les professionnels de la construction et de l'architecture peuvent utiliser des éléments naturels et des matériaux durables pour améliorer la sécurité et la qualité d'un projet de construction dans les climats chauds.
Par exemple, le centre commercial East Gate à Harare, au Zimbabwe, qui mesure 333,000 90 pieds carrés, utilise XNUMX % moins d'énergie pour chauffer et refroidir que les bâtiments traditionnels, possède de grandes cheminées qui aspirent naturellement l'air frais la nuit pour abaisser la température du dalles de sol, tout comme les termitières.
8. Inspiré des oiseaux Jets
Les oiseaux peuvent augmenter la distance de leur vol de plus de 70 % grâce à l'utilisation de la forme en V. Les scientifiques ont découvert que lorsqu'un troupeau adopte la formation en V familière lorsqu'un oiseau bat des ailes, cela crée un petit courant ascendant qui soulève l'oiseau derrière.
Au passage de chaque oiseau, ils ajoutent leur énergie au coup, aidant tous les oiseaux à maintenir leur vol. En faisant tourner leur ordre dans la pile, ils répartissaient l'effort.
Un groupe de chercheurs de l'Université de Stanford pense que les compagnies aériennes de passagers pourraient réaliser des économies de carburant en adoptant la même tactique. L'équipe, dirigée par le professeur Ilan Kroo, envisage des scénarios où des jets des aéroports de la côte ouest se rencontrent et volent en formation en route vers leurs destinations sur la côte est.
En voyageant en forme de V avec des avions à tour de rôle comme le font les oiseaux, Kroo et ses chercheurs pensent que les avions pourraient utiliser 15% de carburant en moins par rapport au vol en solo.
9. Bavure et Velcro
Le velcro est un exemple largement connu de biomimétisme. Vous avez peut-être porté des chaussures à velcro quand vous étiez jeune, et vous pouvez certainement vous attendre à porter le même type de chaussures à la retraite.
Le velcro a été inventé par l'ingénieur suisse George de Mestral en 1941 après avoir retiré les bavures de son chien et décidé d'examiner de plus près leur fonctionnement.
Les petits crochets trouvés au bout des aiguilles à bavures l'ont inspiré pour créer le Velcro désormais omniprésent. Pensez-y : sans ce matériel, le monde ne connaîtrait pas le saut en velcro, un sport dans lequel des personnes vêtues de combinaisons intégrales en velcro tentent de jeter leur corps le plus haut possible sur un mur.
10. Ailes de papillon et énergie solaire
Le papillon « rosier commun » chauffe son corps en absorbant la lumière du soleil avec ses ailes. En étudiant ses ailes au microscope électronique, les chercheurs ont découvert des trous dans leur corps qui dispersaient la lumière du soleil et les gardaient au chaud.
Grâce à ce mécanisme, des chercheurs ont créé un film de silicium mince, semblable à un modèle 3D d'aile de papillon, et l'ont appliqué à une cellule solaire, améliorant ainsi sa conception globale. Cette nouvelle cellule est capable d'absorber davantage de lumière solaire, même en conditions de faible luminosité. En utilisant cette technologie dans le secteur solaire, les ingénieurs peuvent aider les collectivités et les entreprises locales à accroître leur consommation d'énergie durable.
Conclusion
J'ai l'espoir qu'à mesure que les scientifiques se penchent davantage sur le monde naturel pour répondre aux questions humaines, ils commencent à voir, de plus en plus, que l'idée gravement erronée de l'évolution est impossible. C'est maintenant à votre tour de créer une innovation basée sur quelque chose que l'on trouve dans la nature ! Soyez aussi créatif que vous le souhaitez et, avec la permission de vos parents