Biomimétique, maître de la nature
2009/01/01 Etxebeste Aduriz, Egoitz - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria
Ce qui ne sert pas n'avance pas. C'est la loi de la nature : les dessins sans succès disparaissent ou deviennent fossiles. Les plantes, animaux, bactéries, etc. qui ont survécu à une telle loi stricte sont d'excellents modèles d'optimisation. C'est pourquoi, volontairement ou involontairement, nous avons toujours appliqué ce qui est observé dans la nature pour notre utilisation. Cependant, ces dernières années, la valeur de cette source d'inspiration devient de plus en plus claire, et pour beaucoup la considération de la nature comme un maître devient une forme systématique de travail.
La leçon a été bien apprise par Eiji Nakatsu, ingénieur en charge des essais des trains de balle Shinkansen au Japon. Les trains de Shinkans sont les plus rapides au monde, ils ne parviennent pas à voler, mais il doit beaucoup aux oiseaux.
Être rapide n'est pas un problème avec la technologie actuelle, mais le vrai défi est de ne pas être trop bruyant. Plus il est rapide, plus le train est bruyant. Pour résoudre ce problème, Nakatsu, tirant son penchant pour les oiseaux, s'est fixé sur la capacité des hiboux à voler sans sonner.
Ainsi, l'équipe de Noker a commencé à enquêter sur cette capacité de destruction et a découvert que l'un des secrets du silence était dans la structure des plumes dans les ailes. Ces plumes ont des bords sciés, leur permettant de former de petites tourbillons dans l'air. Ces petites tourbillons cassent les plus grandes tourbillons qui produisent le son et donc éliminent le son.
Il a fallu quatre ans pour essayer d'appliquer ce principe au train. Mais finalement, à certains points du train (le pantographe), en appliquant ce sciage des plumes de hibou, on a obtenu le train qui répond aux normes sonores les plus exigeantes du monde.
Cependant, j'avais encore un autre problème. En entrant à grande vitesse dans les tunnels, des ondes de pression deviennent de plus en plus grandes et provoquent une explosion sonore en sortant du tunnel. C'est parce qu'en entrant dans le tunnel la résistance de l'air change brusquement.
Compte tenu de la matière prise précédemment de la nature, Nakatsu se mit à penser: Y a-t-il des êtres vivants adaptés à des changements brusques de résistance ? ". Et un autre oiseau lui vint : le martin pêcheur. Pour capturer les poissons, le martin-pêcheur doit passer de l'air de faible résistance à l'eau à haute résistance. Ni éclaboussures !
La clé pourrait être dans le martin-pêcheur exigeant et aérodynamique. Et compte tenu de cela, ils ont commencé à faire des tests. Ils ont vite réalisé que la forme la plus appropriée pour l'extrémité de Shinkansena était presque identique à la crête du martin pêcheur. Ainsi, le train a été doté d'un pic de 15 mètres, ce qui a permis de réduire la pression de l'air de 30% en augmentant la vitesse de 10% et la consommation d'énergie de 15%.
Voleurs experts
Les oiseaux intéressent également l'armée de l'air américaine. Et c'est que si les oiseaux sont maîtres dans quelque chose, ils volent enseignants, ils n'ont rien en commun avec les insectes et les chiroptères. Contrairement à nos avions, les ailes volent agités et ont la capacité de changer la position et la forme des ailes. Grâce à cela, ils sont capables de résister à des rafales de vent, de pluie et de neige sans tomber au sol.
C'est ce que prétend l'Armée de l'air américaine : un petit drone capable de voler comme oiseaux et insectes. Et pour cela il destine plus d'un million de dollars par an. Cependant, ils n'ont fait que commencer et il reste un long chemin à parcourir.
Cependant, le fait que les grands avions agitent leurs ailes n'est pas très probable, mais sans aller aussi loin, on peut faire des avions plus efficaces en prenant soin des oiseaux. L'Université Penn State de Pennsylvanie, dans un projet financé par la NASA, a conçu des ailes qui changent de forme. En fait, les surprenants, par exemple, maintiennent les ailes bien étendues pour voler longtemps et dépenser peu d'énergie, ou un peu plus concentrés quand ils ont besoin de mouvements plus rapides et précis.
Ainsi, ils ont d'abord développé un squelette capable de changer de forme. Mais la peau qui couvrirait ce squelette ne pouvait pas non plus être rigide. Pour y remédier, ils ont été inspirés par les poissons. L'écorce est formée de lames superposées, comme les écailles des poissons.
Apprendre du poisson
Les écailles des poissons peuvent également être source d'inspiration. Les requins, par exemple, ont un design intéressant; on observe de près qu'ils présentent des stries longitudinales. Grâce à ces écailles, le frottement du requin dans l'eau baisse beaucoup et de plus la peau reste propre, sans ecoparasites - dans la mer est difficile.
Ceci a été appliqué, par exemple, dans les costumes des nageurs d'élite et dans ceux des casques des bateaux. Avec les nouveaux revêtements qui imitent la texture des écailles des requins, ils ont réussi à réduire de 67% le nombre d'êtres vivants collés dans les casques, laissant le casque complètement propre à une vitesse de 4-5 noeuds. Par conséquent, l'utilisation de biocides polluantes n'est pas nécessaire sur ces bateaux.
Et les requins furent précisément les premiers poissons que le groupe de Dieter Gurtler leur toucha. Gurtler, ingénieur de la gigantesque société automobile Daimler AG, a voyagé avec deux autres membres dans un musée d'histoire naturelle de la région de Sttutgart pour trouver de nouvelles idées sur les poissons pour développer des voitures petites et efficaces. Bientôt, les requins ont été écartés: leur forme ne convient pas si vous voulez avoir un grand espace à l'intérieur.
Le spécialiste du musée leur a enseigné un poisson rare: le poisson caisse tropicale ( Ostracion cubicus ). Il était épais et large, pas très élégant, et semblait maladroit. Cependant, après des simulations en 3D, les chercheurs ont découvert que la forme du bac est très efficace pour se déplacer. Ces poissons ne bougent pas rapidement, mais ils arrêtent et partent, et en zigzag n'ont rien en commun.
L'équipe de Gurtler a continué l'idée. Quand ils ont fait un modèle de plâtre et l'ont testé dans le tunnel de vent, ils ont été fascinés: il était très proche du modèle le plus parfait d'aérodynamisme. A la fin, ils ont développé le modèle d'une nouvelle voiture à partir de ce poisson unique: Le bionique Mercedes-Benz.
Et l'aérodynamisme n'était pas la seule caractéristique qui les intéressait du poisson de boîte. Il a également été découvert par le squelette du poisson. Les plaques hexagonales forment un squelette très léger mais dur. Ils ont passé des mois à inventer comment appliquer cette structure à la voiture, mais finalement l'ont appliquée sur des panneaux de portes et châssis. Ces parties ont réduit leur poids de 30% et les tests ont montré que la nouvelle structure était de 40% plus rigide que le modèle standard.
Beaucoup de chercheurs qui ont reçu ce genre de leçons de la nature sont arrivés à la conclusion que de l'observation de la nature on peut obtenir des idées qui autrement ne nous arriveraient pas. C'est pourquoi la biomimétique a de plus en plus d'adeptes. Ford a développé un système d'évitement des chocs en imitant le mécanisme de vol des otis dans de grands groupes; la société Whalepower a copié les ailerons de Xibart pour rendre les ailerons plus efficaces des moulins à vent et des turbines; l'Université de l'Arizona étudie l'application de la capacité de production d'énergie des feuilles pour la fabrication de panneaux solaires au niveau moléculaire; et les éprouvettes japonaises.
Technologie de la nature
Janine Benyus a écrit plusieurs livres sur ce sujet et est fondatrice du Biomimicry Institute à but non lucratif et du cabinet de conseil Biomimicry Guild. Il croit que les mécanismes développés par la nature peuvent être très utiles pour l'être humain, et c'est ce qu'il prétend démontrer aux ingénieurs et aux concepteurs.
L'un des projets de Benyus est Nature's 100 Best Technologies (N100B). Le but de ce projet est d'identifier les 'technologies' de la nature qui peuvent servir à rendre une planète plus saine et durable. Chaque année, ils veulent publier un livre avec cent idées.
Parmi les idées qui composent la première liste se trouve, par exemple, le système de climatisation des termites. Dans la ville de Harare au Zimbabwe il y a un bâtiment construit avec cette idée: Eastgate Building. L'architecte Mick Pearce et les ingénieurs d'Arup Associates ont étudié les bâtiments des termites Macrotermes michaelseni. En fait, à l'intérieur de ces bâtiments ne présentent généralement qu'une différence de degré, bien que la température extérieure varie entre 3 et 42 °C.
La température quotidienne varie également entre 10-40ºC. Cependant, le bâtiment Eastgate maintient une température agréable toute la journée sans utiliser la climatisation. Eastgate Building consomme seulement 10% de l'énergie qui utiliserait une construction normale sur mesure.
Un autre exemple est les surfaces qui sont nettoyées. C'est une idée prise de la plante de lotus ( Nelumbo sp ). La surface des feuilles du lotus est l'une des plus hydrophobes --répulsif de l'eau-. Grâce à la microstructure de la surface, les gouttes d'eau restent en forme sphérique, qui, en glissant sur la feuille, entraînent les particules de poussière et de saleté. C'est ce qu'on appelle effet lotus et on a déjà appliqué différentes applications : peintures, couvertures, tissus...
L'ingéniosité de la nature n'a pas de limites. Le bec du toucan combine avec maîtrise la légèreté et la force, et les épines du hérisson sont un merveilleux exemple d'économie structurelle et de dureté. Les lucioles créent une lumière froide sans perte d'énergie et le scarabée Melanophila, qui pond des œufs dans le bois fraîchement rôti, est capable de détecter le rayonnement infrarouge émis par les incendies de forêt à une distance de centaines de kilomètres. 3.800 millions d'années ne sont pas gâchées.
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