Cinq technologies humaines inspirées par la nature

Sep 06, 2023

Professeur de systèmes d'ingénierie intelligents, Nottingham Trent University

Amin Al-Habaibeh ne travaille pas pour, ne consulte pas, ne détient pas d'actions ou ne reçoit de financement d'aucune entreprise ou organisation qui bénéficierait de cet article, et n'a divulgué aucune affiliation pertinente au-delà de sa nomination universitaire.

L'Université de Nottingham Trent fournit un financement en tant que membre de The Conversation UK.

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La nature a, au cours de millions d'années, développé des solutions pour s'adapter à un éventail de défis. Alors que les défis auxquels l'humanité est confrontée deviennent plus complexes, nous constatons que l'inspiration s'inspire de plus en plus de la nature.

Prendre des processus biologiques et les appliquer à des problèmes technologiques et de conception s'appelle la bioinspiration. Il s'agit d'un domaine en pleine croissance et notre capacité à copier la nature devient de plus en plus sophistiquée. Voici cinq exemples frappants où la nature a guidé l'innovation humaine - et dans certains cas, pourrait conduire à des percées encore plus excitantes.

Grâce à l'écholocation, les chauves-souris sont capables de voler dans l'obscurité totale. Ils émettent des ondes sonores et ultrasonores, puis surveillent le temps et l'ampleur des réflexions de ces ondes pour créer des cartes spatiales tridimensionnelles de leur environnement.

Les capteurs qui identifient les obstacles lors de la marche arrière dans de nombreuses voitures modernes sont inspirés de la navigation par chauve-souris. La direction et la distance d'un obstacle sont calculées en émettant des ondes ultrasonores qui se réfléchissent sur les objets se trouvant sur la trajectoire d'une voiture.

Des technologies de navigation sensorielle ont également été proposées pour améliorer la sécurité des personnes ayant une vision restreinte. Des capteurs à ultrasons installés sur le corps humain offriraient une rétroaction sonore de l'environnement d'une personne. Cela leur permettrait de se déplacer plus librement en éliminant la menace des obstacles.

Les pics frappent sur la surface dure des arbres pour chercher de la nourriture, construire des nids et attirer un compagnon. Les outils de construction, tels que les marteaux hydrauliques et pneumatiques portatifs, imitent le bec vibrant d'un pic en utilisant une fréquence à peu près équivalente au martèlement d'un pic (20 à 25 Hz).

Mais les vibrations de ces outils électriques peuvent endommager les mains des travailleurs de la construction. Cela peut, dans certains cas, provoquer des vibrations du doigt blanc, une condition dans laquelle les personnes atteintes ressentent un engourdissement permanent et des douleurs dans les mains et les bras.

La recherche étudie maintenant comment les pics protègent leur cerveau de l'impact des forages répétés. Une étude a révélé que les pics ont plusieurs adaptations absorbant les chocs que les autres oiseaux n'ont pas.

Leur crâne est adapté pour être dur et dur, et leur langue s'enroule autour de l'arrière du crâne et s'ancre entre leurs yeux. Cela protège le cerveau du pic en adoucissant l'impact du martèlement et ses vibrations.

Des recherches comme celle-ci guident la conception d'amortisseurs et de dispositifs de contrôle des vibrations pour protéger les utilisateurs de ces équipements. Le même concept a également inspiré des innovations telles que les structures absorbant les chocs en couches pour la conception des bâtiments.

Les pétoncles sont des mollusques à coquille externe ondulée en forme d'éventail. La forme en zigzag de ces ondulations renforce la structure de la coque, lui permettant de résister à de fortes pressions sous l'eau.

Le même procédé est utilisé pour augmenter la résistance d'une boîte en carton, un matériau en papier ondulé étant collé entre les deux couches de carton externes. L'introduction d'une surface ondulée augmente considérablement la résistance d'un matériau, de la même manière que plier une feuille de papier en forme de zig-zag lui permet de supporter une charge supplémentaire.

La structure en forme de dôme de la coquille Saint-Jacques lui permet également de supporter des charges importantes. Cette structure est autoportante car elle répartit le poids uniformément sur toute la forme du dôme, réduisant ainsi la charge sur un seul point. Cela améliore la stabilité de la structure sans avoir besoin de renforcer les poutres en acier et a inspiré la conception de nombreux bâtiments, dont la cathédrale Saint-Paul à Londres.

Les requins ont deux nageoires dorsales qui offrent plusieurs avantages aérodynamiques. Ils stabilisent le requin contre le roulement, tandis que leur forme aérodynamique crée une zone de faible turbulence derrière eux et augmente ainsi l'efficacité du mouvement vers l'avant du requin.

Les ailerons de requin ont été reproduits dans les transports motorisés. Par exemple, les voitures de course utilisent des ailerons pour à la fois réduire les turbulences lors des déplacements à grande vitesse et améliorer la stabilité dans les virages.

De nombreuses voitures de route ont maintenant un petit "aileron de requin" installé sur leur toit, qui sert à intégrer leur antenne radio. Cela réduit la traînée par rapport à l'antenne pôle traditionnelle.

Nous nous sommes également inspirés de la nature pour augmenter l'efficacité du vol des avions. Les ailes d'un hibou agissent comme un système de suspension; en changeant la position, la forme et l'angle de leurs ailes, ils sont capables de réduire l'effet de la turbulence en vol. Et la recherche sur le vol des hiboux pourrait ouvrir la porte à des voyages aériens sans turbulences à l'avenir.

Le mécanisme de fixation à crochets et boucles du velcro a été inspiré par la capacité des bavures des plantes de bardane à se fixer aux vêtements humains.

Les plantes utilisent des bavures pour attacher les gousses aux animaux et aux personnes qui passent, afin de disperser les graines sur des zones plus larges. Les bavures possèdent de petits crochets qui s'emboîtent avec les petites boucles en matériau souple.

Le velcro reproduit cela en utilisant une bande doublée de crochets avec une bande de tissu. Lorsqu'ils sont pressés ensemble, les crochets s'attachent aux boucles et se fixent les uns aux autres.

Le velcro est utilisé dans une large gamme de produits dans le monde entier. Selon la Nasa, il a été utilisé dans l'espace lors des missions Apollo de 1961 à 1972 pour fixer des équipements en place en apesanteur.