de nombreuses nouvelles inventions et technologies s’inspirent de la nature. La pratique de la modélisation de produits artificiels après des processus biologiques est appelée biomimétisme ou biomimétique. Janine Benyus, co-fondatrice de L’Institut de biomimétisme, a popularisé le terme dans son livre de 1997, biomimétisme. « Le biomimétisme, écrit-elle, consiste essentiellement à relever un défi de conception, puis à trouver un écosystème qui a déjà résolu ce défi et à essayer littéralement d’imiter ce que vous apprenez., »
alors que les scientifiques qui étudient le monde naturel révèlent leurs découvertes, les inventeurs et les ingénieurs s’inspirent de ces nouvelles révélations et appliquent les solutions de la nature aux nouvelles technologies. Que les problèmes que les chercheurs cherchent à résoudre impliquent la construction de meilleurs robots, le suivi plus efficace des cellules cancéreuses ou l’amélioration des télescopes pour étudier l’espace, une solution utile peut être trouvée dans les êtres vivants.
Voici dix découvertes de 2020 qui pourraient un jour conduire à de nouvelles inventions.,
Les Poissons-ventouses surfent sur le dos d’autres créatures marines
Les Remoras sont les auto-stoppeurs de l’océan., Également connus sous le nom de suckerfish, whalesuckers ou sharksuckers, les nageurs d’un à trois pieds de long s’ancrent aux baleines bleues ou aux requins zèbres avec un disque en forme de ventouse qui « repose sur leur tête comme un chapeau plat et Collant”, selon le New York Times. Mais ces suckerfish ne se contentent pas de faire un tour gratuit. Cette année, les chercheurs ont constaté que le poisson peut réellement « surfer » le long du dos de leur chauffeur pendant que le couple est en transit., Les remoras glissent le long du corps de leur hôte, s’agglutinant près du trou de soufflage et de la nageoire dorsale d’une baleine où la traînée est minimale, tout en grignotant la peau morte et les parasites.
Les chercheurs Brooke Flammang, Jeremy Goldbogen et leurs équipes ont constaté que le choix de l’emplacement du remora est essentiel pour s’accrocher. La zone entre le trou de soufflage et la nageoire dorsale, en particulier sur les baleines bleues, a « un fluide beaucoup plus faible vitesse” que si elle était « seulement quelques centimètres plus haut” sur le corps de la baleine, Flammang dit le Times.
Le « disque de succion” du poisson ne colle pas non plus contre la peau de la baleine., Au lieu de cela, il plane juste au-dessus, créant une zone de basse pression qui aspire le poisson près de la baleine et l’empêche de s’envoler dans l’abîme—la plupart du temps.
Flammang, biologiste au New Jersey Institute of Technology, a déjà travaillé sur un disque d’aspiration artificiel inspiré du remora qui, espère-t-elle, sera utilisé pour attacher des caméras et des dispositifs de suivi aux animaux marins en voie de disparition, comme les baleines bleues. Actuellement, les chercheurs utilisent des ventouses régulières pour fixer les caméras à leurs sujets de recherche, mais ceux-ci ne gardent leur emprise que de 24 à 48 heures., Le nouvel appareil de Flammang restera allumé pendant des semaines et réduira la traînée. Elle et son équipe testent actuellement le disque sur des surfaces conformes ainsi que la conception d’un boîtier en forme de remora pour la caméra. Finalement, ils testeront l’appareil sur des animaux vivants, notamment des baleines, des dauphins, des requins et des raies manta.
« Les progrès Bioinspirés dans l’attachement développés par le laboratoire du Dr Flammang vont révolutionner la façon dont nous sommes capables d’obtenir des étiquettes sur les animaux avec plus de succès et d’efficacité”, écrit Goldbogen, biologiste marin à L’Université de Stanford, au magazine Smithsonian., « Peut-être que les futures étiquettes pourraient non seulement s’attacher, mais aussi surfer et ramper, tout comme les remoras, à l’endroit idéal pour un échantillonnage physiologique spécifique.”
les nageoires des poissons sont aussi sensibles que le bout des doigts
les nageoires de poisson ne sont pas seulement destinées à la direction et à la natation, ont constaté cette année Adam Hardy, neuroscientifique à L’Université de Chicago, et son laboratoire. En fait, les chercheurs ont découvert que les nageoires sont aussi sensibles que le bout des doigts des primates. Pour parvenir à cette conclusion, les scientifiques ont étudié les gobies ronds, un type de poisson de fond originaire d’endroits comme la mer Noire et la mer Caspienne, mais les populations invasives vivent n’importe où des rivières européennes aux Grands Lacs., Ces petites bestioles sont connues pour se « percher » sur les rochers, brossant leurs nageoires le long du lit rocheux des lacs.
pour déterminer à quel point les nageoires des gobies étaient sensibles, l’équipe a injecté aux poissons euthanasiés une solution saline qui a permis à leurs nerfs de fonctionner normalement pendant leur expérience. Ils ont ensuite utilisé un dispositif spécial pour enregistrer les motifs des impulsions électriques produites par les nerfs lorsque les nageoires du poisson se frayaient un chemin contre une roue striée., Cette mesure a montré à l’équipe que les fins percevaient « des détails vraiment fins”, a déclaré à Science News La co-auteure de L’étude, Melina Hale, également neuroscientifique à l’Université de Chicago.
Les chercheurs espèrent que cette découverte pourra inspirer les progrès de la technologie sensorielle robotique, en particulier dans les robots sous-marins.
L’exosquelette du scarabée Diabolique est Indestructible
le coléoptère diabolique est absolument à la hauteur de son nom. Alors que la plupart des insectes ne vivent que quelques semaines, ces coléoptères ont une durée de vie d’environ huit ans, ce qui équivaut à peu près à un humain vivant plusieurs milliers d’années. Pour réaliser un tel exploit, ils ont développé une armure remarquable.
l’insecte d’environ un pouce de long peut survivre à être écrasé par une voiture-et si vous ne pouvez pas le croire, David Kisailus, ingénieur de L’Université de Californie à Irvine, et son équipe se sont empilés dans une Toyota Camry et en ont couru un sur deux, et il a vécu., Après plusieurs autres expériences techniques, l’équipe a découvert que le Scarabée pouvait supporter une pression immense – jusqu’à 39 000 fois son propre poids corporel.
Plusieurs facteurs contribuent à la robustesse du coléoptère. L’exosquelette du scarabée est plat, pas arrondi, comme une coccinelle, par exemple. Dans l’exosquelette se trouvent des couches riches en protéines, qui peuvent se déplacer individuellement sans que toute la coquille ne se brise. Les deux moitiés de la coque sont réunies comme une pièce de puzzle. Les couches suivent les courbes en forme de puzzle, renforçant la partie la plus mince de l’articulation-le mors en forme de cou où les deux moitiés sont imbriquées.,
dans leur article, Les chercheurs suggèrent qu’une attache de verrouillage inspirée du scarabée pourrait peut-être remplacer les joints de forme similaire, mais sans couche, utilisés pour sécuriser les turbines d’avion. L’équipe a créé un modèle imprimé en 3D avec « stratification » ou couches. Ils prédisent que cette découverte pourrait introduire « un avantage immédiat sur les attaches aéronautiques, offrant une résistance accrue et une ténacité accrue substantielle. »Mais vraiment, cette conception pourrait être utilisée à tout moment deux matériaux différents—comme le métal et le plastique—doivent être joints, comme dans les ponts, les bâtiments et les véhicules, aussi.,
la Pigmentation Ultra-noire de seize espèces de poissons D’eau profonde est expliquée
lorsque Karen Osborn, biologiste marine du Musée national d’histoire naturelle, et son équipe ont accidentellement relevé un poisson à dents de Fang dans leur filet de crabes, ils ont essayé de le prendre en photo., Mais essayez comme ils le pourraient, les détails du poisson noir de jais ne pouvaient pas être capturés. Le poisson était littéralement non photogénique, ils ont appris plus tard, parce que son tissu absorbait 99, 5% de la lumière du flash d’un appareil photo.
Le fangtooth et 15 autres espèces incluses dans l’étude arborent une pigmentation ultra-noire qui leur permet de se fondre dans l’environnement sombre de l’océan profond. Bien que la lumière ne puisse pas atteindre cette partie de l’océan, certains poissons sont bioluminescents. Pour les prédateurs sournois, se camoufler dans l’abîme sombre—ou mieux encore absorber la lumière—est le meilleur manteau d’invisibilité de la nature.,
beaucoup d’animaux sur terre et en mer ont une coloration très noire, mais la couleur d’origine humaine reflète environ 10% de la lumière et la plupart des autres poissons noirs reflètent 2% de la lumière. Pour franchir le seuil ultra-noir, ces 16 espèces n’ont dû que réfléchir .5 pour cent de toute la lumière brille leur chemin. Ces espèces ont réalisé cet exploit avec des mélanosomes densément emballés, de taille jumbo, en forme de capsule, ou des cellules contenant du pigment foncé. Chez d’autres animaux noirs, mais pas ultra-noirs, les mélanosomes sont lâchement étalés, plus petits et de forme plus ronde.,
en imitant la forme, la structure et la dispersion des mélanosomes du poisson ultra-noir, les scientifiques des matériaux pourraient être en mesure de créer un pigment artificiel ultra-noir. Ce pigment pourrait être utilisé pour enduire l’intérieur des télescopes pour obtenir une meilleure vue du ciel nocturne ou améliorer l’absorption de la lumière sur les panneaux solaires. Cela pourrait même intéresser les chercheurs navals, a déclaré Osborn au Smithsonian en juillet. « Si vous deviez fabriquer, disons, une armure contenant de la mélanine à l’extérieur, vous seriez idéal pour les opérations de nuit”, dit-elle.,
Lorsqu’ils montent D’arbre en arbre, les serpents tropicaux ondulent pour plus de stabilité
comme si les serpents terrestres et les serpents nageurs ne suffisaient pas, cinq espèces de serpents « volent. »Pour être juste, ce vol ressemble vraiment plus à une chute hautement coordonnée. Cela ressemble un peu au tortillage et au bobinage latéral qu’ils font sur terre, mais avec l’aide de la gravité. Ou comme le chercheur en biomécanique de Virginia Tech, Jake Socha, a déclaré au New York Times, snake flight ressemble à une » grande chose de ruban., »
Les serpents aplatissent leur torse rond en une forme triangulaire aplatie afin d’attraper plus d’air et de glisser d’un arbre à l’autre, parfois à des dizaines de pieds. Mais tout le côté à côté, les fentes en boucle qu’ils font dans l’air n’avaient pas autant de sens pour les scientifiques. C’est jusqu’à ce que Socha et son équipe louent L’arène de quatre étages de la boîte noire de Virginia Tech appelée Le Cube. Dans ce document, ils ont équipé sept serpents volants en bande réfléchissante et ont enregistré leurs sauts sur des caméras à grande vitesse plus de 150 fois. (Ne vous inquiétez pas., L’équipe a dû passer le protocole de sécurité des serpents, et l’arène était équipée de sols en mousse et de faux arbres.)
le vol de serpent se passe très vite, de sorte que la bande réfléchissante a permis à l’équipe de recréer le vol en utilisant la modélisation informatique 3D. L’équipe a constaté que les serpents ondulaient verticalement deux fois plus souvent qu’horizontalement, déplaçant également leur queue de haut en bas. Isaac Yeaton, ingénieur mécanique de Virginia Tech, a déclaré Au Times: « D’autres animaux ondulent pour la propulsion. Nous montrons que les serpents volants ondulent pour la stabilité., »
l’équipe espère que leurs résultats pourront être utilisés pour créer une sorte de robot de recherche et de sauvetage de serpent volant. Yeaton dit que l’avantage des robots inspirés par les serpents est leur locomotion stable et leur capacité à se faufiler dans des espaces restreints qui pourraient faire trébucher ou tomber votre bot typique. Il vise peut-être un jour à créer un bot capable d’imiter tous les rebondissements, fléchissements, embardées et mouvements du serpent en un seul robot.,
« en les combinant, vous pourriez avoir une plate-forme qui pourrait se déplacer dans des environnements complexes: le robot peut monter un arbre ou un bâtiment, glisser rapidement vers une autre zone, puis glisser ou nager ailleurs”, explique Yeaton au magazine Smithsonian par e-mail. « Il y a des défis d’ingénierie à faire cela, mais je suis inspiré par la capacité des vrais serpents volants et les progrès récents dans la conception bioinspirée.,”
de petites créatures marines ressemblant à des têtards fabriquent des systèmes de Filtration gonflables visqueux
Les larves géantes ont la forme de têtards, à peine plus grands; leur corps mesure jusqu’à quatre pouces de longueur., Ces minuscules créatures vivent librement à des centaines de pieds sous la surface de la mer, où les sources de nourriture sont rares.
Cette année, les chercheurs ont utilisé des outils de balayage laser pour dévoiler Les « Palais de morve” complexes que les créatures construisent, comme L’appelle L’auteur de l’étude et bioingénieur Kakani Katija de L’Institut de recherche de L’Aquarium de la baie de Monterey. Ces minuscules créatures sans bras et sans jambes utilisent leurs propres sécrétions pour construire des nuages de morve élaborés avec des chambres, des murs nervurés, des tunnels, des halls et des goulottes.,
tout comme les araignées et leurs toiles, les larves utilisent ces structures mucous pour capturer de minuscules particules de nourriture clairsemées qui flottent. Leur petit corps est assis au milieu de la « maison”, tandis qu’ils remuent leur petite queue pour pomper de l’eau à travers le labyrinthe de canaux et dans leur bouche—presque comme une sorte de système de plomberie élaboré. Le nuage se double d’une cape d’invisibilité en dissimulant le mouvement de la créature dans les profondeurs sombres où tout faux mouvement est une condamnation à mort.
Katija espère s’inspirer de ces bestioles pour créer un jour un système de filtration gonflable biomimétique., Étant donné que ces animaux peuvent filtrer les particules plus petites que les virus, des filtres de qualité médicale ou HEPA pourraient peut-être être améliorés avec un tel dispositif.
« Nous sommes encore dans les phases de découverte de ce projet, et j’espère que d’autres chercheurs reprendront le flambeau”, explique Katija au magazine Smithsonian par e-mail.
une protéine remplie de fer est la clé du Goo Bleu Brillant d’un ver Tube
Les éclairs des créatures bioluminescentes, comme les lucioles, durent généralement de moins d’une seconde à au plus 10 Secondes. Mais pas le ver de tube de parchemin Marin – ces nageurs océaniques produisent un goo bleu vif qui reste aglow pendant de 16 à 72 heures. Parce que la boue continue de briller à l’extérieur du corps du ver, elle ne gaspille pas l’énergie de l’organisme, ce qui est excellent pour la survie du ver, mais pose la question: Comment continue-t-elle à briller si longtemps?,
Université de Californie, San Diego les chercheurs Evelien de Meulenaere, Christina Puzzanghera et Dimitri D. Deheyn ont examiné la chimie compliquée du mucus du ver et ont découvert qu’il contient une protéine remplie de fer appelée ferritine, qui émet des ions ou des atomes chargés électriquement. Cette forme de ferritine réagit avec la lumière bleue, déclenchant plus de production d’ions, qui à son tour maintient la lumière brillante dans une boucle de rétroaction.
l’équipe espère reproduire la photoprotéine unique du ver tubulaire—ou une protéine liée à la bioluminescence—pour éclairer les cellules cancéreuses pendant la chirurgie., Sur une note plus simple, Deheyn dit également qu’ils pourraient développer une sorte de batterie biologique synthétique qui pourrait être utilisée dans les situations d’urgence lorsque l’électricité est coupée. Il compare l’idée à des autocollants brillants dans le noir.
« Les autocollants brillants continuent de briller parce qu’ils ont accumulé la lumière du soleil du jour et la relâchent la nuit”, dit-il au Smithsonian. « Maintenant, imaginez que vous n’avez pas besoin de lumière du soleil, vous auriez juste besoin d’ajouter du fer. Ces types d’applications pourraient être utilisés comme lampes biologiques portables pour une utilisation d’urgence., Par exemple, vous avez peut-être besoin de lumière sur une aire d’atterrissage pour les hélicoptères ou les avions en cas de panne de courant.”
les bourdons savent peut-être à quel point ils sont grands
Les bourdons ont une réputation de maladresse, mais c’est peut-être un peu une erreur de jugement de notre part. Un jour d’été, l’ingénieur Sridhar Ravi de L’Université de Nouvelle-Galles du Sud à Canberra observait les abeilles naviguer facilement autour des branches et des arbustes. Il a été choqué qu’un organisme avec un cerveau plutôt petit soit capable de surmonter ces défis.,
Pour mettre les abeilles à l’épreuve, Ravi et son équipe connecté un tunnel à une ruche dans leur laboratoire. Ils ont placé un espace étroit à l’intérieur du tunnel comme obstacle et l’ont rendu de plus en plus petit au fil du temps. Lorsque l’espace était plus petit que l’envergure des abeilles, elles s’arrêtaient pour balayer l’ouverture, puis tournaient latéralement pour passer à travers l’espace sans endommager leurs ailes. Accomplir même ce petit exploit nécessite une certaine conscience de la taille de son corps sous différents angles, une aptitude que les insectes ne sont généralement pas censés posséder.,
Mais si les abeilles à petit cerveau peuvent le gérer, Ravi dit que les robots n’ont peut-être pas besoin de gros processeurs compliqués pour mieux naviguer dans leur environnement. « Les perceptions complexes n’ont pas besoin de cerveaux sophistiqués et volumineux et peuvent être réalisées à de petites échelles avec beaucoup moins de neurones”, explique-t-il au Smithsonian. Cette idée est passionnante à considérer lorsque l’on pense à développer des robots moins maladroits. Espérons que les chercheurs pourront utiliser leurs résultats pour améliorer les capacités de vol ou de natation robotiques.,
« la graduation de la simple détection pour être capable de percevoir marquera une époque dans le domaine de la robotique”, dit Ravi.
L’armure corporelle D’une fourmi Coupeuse de feuilles a un revêtement protecteur supplémentaire à base de minéraux
lorsque le biologiste évolutionniste Hongjie Li a réalisé que les fourmis coupe-feuilles qu’il étudiait avaient une fine couche d’armure corporelle minérale, il a dit à son collègue: « j’ai trouvé des fourmis de roche. »
pour étudier plus avant l’exosquelette de la fourmi, Le revêtement devrait être retiré, mais comment? Li a eu une épiphanie en se brossant les dents, raconte-t-il à Science News. Le rince-bouche élimine beaucoup de déchets de nos dents sans endommager nos joues, nos gencives et notre langue. Son intuition a fait l’affaire, et le rince-bouche a dissous le revêtement minéral sans endommager l’exosquelette., Grâce à des expériences de laboratoire plus traditionnelles, l’équipe a déterminé que le revêtement minéral est fait de calcite avec une forte concentration de magnésium. Chez les oursins, on pense que ce mélange de calcite et de magnésium rend la petite « pointe de pierre” de sa dent capable de broyer le calcaire.
« L’intégration du magnésium dans la calcite pourrait être particulièrement bénéfique pour toute nanotechnologie impliquant l’utilisation de la calcite, comme dans les plastiques, les adhésifs, le mortier de construction et la dentisterie”, expliquent les auteurs de l’étude, Cameron Currie et Pupa Gilbert, dans un courriel au magazine Smithsonian.,
de plus, le revêtement minéral n’est pas quelque chose avec lequel les fourmis naissent, mais quelque chose qu’elles peuvent développer en un clin d’œil quand elles en ont besoin, explique Currie.
« Il est incroyable que nos fourmis soient capables d’améliorer massivement cette projection en formant rapidement un revêtement nanocristal mince et léger”, dit-il. « Cela met en évidence l’application potentielle d’un revêtement nanomatériau comme celui-ci pour améliorer les gilets pare-balles., »
certains papillons ont une cape acoustique qui amortit le sonar des chauves-souris
être un papillon de nuit se cachant désespérément d’un prédateur qui utilise le son pour « voir » n’est pas une mince affaire, mais certains de ces insectes ailés ont développé des caractéristiques impressionnantes pour se protéger des chauves-souris.,
en plus de la fourrure adoucissante, deux espèces de papillons de nuit sans oreilles ont des écailles en forme de fourche sur leurs ailes qui aident à absorber le sonar de chauve-souris, ont découvert des chercheurs plus tôt cette année. Les ailes individuelles des papillons sont couvertes de dizaines de milliers de ces minuscules écailles, chacune de moins d’un millimètre de long et de quelques centaines de micromètres d’épaisseur. Chaque échelle déforme le son de l’aile, ce qui ralentit son énergie acoustique et à son tour, reflétant moins son retour aux chauves-souris., Les gammes semblent résonner à une fréquence différente et dans leur ensemble, elles peuvent « absorber au moins trois octaves de son”, rapporte Anthony King pour Chemistry World.
« ils sont très structurés à l’échelle nanométrique avec des couches supérieure et inférieure ondulées fortement perforées qui sont interconnectées par un réseau de piliers minuscules”, explique L’auteur de L’étude Marc Holderied de L’Université de Bristol à Chemistry World.
Holderied estime que les techniques d’insonorisation inspirées des mites pourraient rendre les matériaux « 10 fois plus efficaces pour absorber les sons., »Plutôt que d’installer des panneaux volumineux dans les maisons et les bureaux, il envisage un papier peint Insonorisant recouvert de nanostructures semblables à des écailles.
Holderied pourrait également voir cette constatation avoir des applications plus larges au niveau de l’industrie. « Nous sommes en effet très excités par les vastes perspectives d’application de ce matériau”, explique-t-il au Smithsonian. « Tous les domaines, de l’architecture à l’acoustique des machines et des transports, où l’absorption acoustique avec une empreinte réduite est bénéfique, profiteraient de solutions plus minces inspirées des mites.”