10 progrès incroyables en biomimétisme

La biomimétique est la science qui consiste à se tourner vers la nature pour trouver des solutions à nos problèmes technologiques. Vous utilisez les technologies biomimétiques chaque jour. Le velcro, par exemple, a été inventé après que George de Mestral eut remarqué que les bavures utilisaient de minuscules crochets pour coller à la fourrure de son chien. Et bien que le velcro soit trop banal pour surprendre quiconque, ces dernières années, nous avons utilisé exactement le même processus pour créer des technologies absolument incroyables.

10 UltraCane

Dans la nature, les chauves-souris utilisent très souvent l'échographie pour trouver une proie. La science sous-jacente est simple: vous émettez une onde sonore et enregistrez le temps nécessaire au retour de l'écho après avoir rebondi sur quelque chose. Si vous savez à quelle vitesse l'onde sonore se déplace, vous pouvez mesurer la distance à laquelle se trouve l'obstacle. Les chauves-souris le font naturellement. Les humains ne le font pas.

Les chercheurs de l'Université de Leeds au Royaume-Uni se sont donc inspirés pour inspirer les chauves-souris pour construire une canne à ultrasons pour les aveugles. L'idée était assez simple, mais ce qu'ils n'avaient pas prévu était la façon dont le cerveau humain est devenu si réceptif au nouveau sens. La canne fonctionne en envoyant des signaux ultrasonores, en mesurant le temps de réponse des échos et en convertissant ces données en vibrations dans le manche de la canne. Quand un objet se rapproche, les vibrations deviennent plus fortes.

Lorsque la canne a été testée, ils ont constaté que les cerveaux des sujets testés acceptaient facilement l’entrée et commençaient à construire un nouveau type de conscience spatiale basé uniquement sur les vibrations venant de la paume de leurs mains. Au fil du temps, ils ont cessé de ressentir consciemment les vibrations et ont construit une carte mentale instantanée de leur environnement. Leur esprit a découpé l'homme du milieu en faveur d'une interprétation plus efficace de la sensation.

9 robotique en essaim

Harvard n'est pas le seul organisme de recherche à donner aux robots la capacité de communiquer et d'apprendre les uns des autres. Le New Jersey Institute of Technology développe également un essaim de robots avec une mentalité de ruche, et ils ont déjà réussi. Conçu d'après le comportement des fourmis dans la colonie, un robot est capable de prendre en compte les décisions des autres robots et de suivre leur comportement, sans aucune programmation.

Les robots eux-mêmes ne ressemblent pas à des fourmis, mais plutôt à des glaçons futuristes, mais chacun d'eux possède deux capteurs de lumière qui agissent comme des antennes de fourmi capturant une traînée de phéromones. Individuellement stupides, les robots ne peuvent qu'avancer et capter la lumière. Chaque projecteur était suivi par un projecteur qui laissait des points de lumière le long de son chemin, un peu comme une traînée de chapelure, et chaque fois qu'un robot trébuchait sur le chemin d'un autre robot, les lumières devenaient plus brillantes.

Au début de l'expérience, tous les robots se déplaçaient de manière aléatoire et chaotique. À la fin, ils ont convergé vers un train suivant un seul chemin. Comme les fourmis, elles ne font pas de «choix» quand elles font quelque chose de différent. tout est basé sur un programme de base qui leur dit de suivre un signal spécifique. Avec les fourmis, ce signal est une traînée de phéromone laissée par d'autres fourmis. Avec les robots en essaim, c'est léger.

8 peinture autonettoyante

Tous les progrès du biomimétisme ne concernent pas les robots. En fait, la majorité ne le fait pas. les robots sont juste plus intéressants à parler. Cela dit, l’une des inventions biomimétiques les plus intéressantes de ces dernières années est une peinture inspirée des feuilles de la fleur de lotus.

Les feuilles de lotus peuvent sembler lisses, mais au niveau microscopique, elles sont couvertes de millions de minuscules pointes. Les pointes repoussent la saleté et l’eau en minimisant la surface de l’eau en feuille, car il n’ya pas assez de contact pour créer une attraction. Avec ce modèle, une entreprise allemande a développé une peinture utilisant une microstructure complexe à l'extérieur pour empêcher les objets de coller à la peinture. Au microscope, la peinture séchée ressemble à un paysage surréaliste couvert de sculptures.

Les particules de saleté peuvent toujours être happées par les saillies, mais une infime éclaboussure d'eau les délogera. En d'autres termes, la peinture est essentiellement auto-nettoyante. Et comme les feuilles de lotus, l’eau elle-même glisse. La NASA utilise également l’idée du lotus pour créer un revêtement pour les combinaisons spatiales et les rovers afin d’empêcher les bactéries de se frayer un chemin dans l’espace.

7 caméras multiformes

Si vous avez un microscope, beaucoup de temps et une mouche paresseuse, vous pouvez compter toutes les facettes de l'oeil d'une mouche domestique. Il y en a environ 28 000, chacun avec sa propre lentille et son nerf de détection de la lumière. Les yeux composés sont l'une des merveilles de la nature: ils permettent aux insectes de voir jusqu'à 180 degrés autour d'eux et offrent une sensation de profondeur à laquelle l'homme ne peut que rêver.

En utilisant cette idée, des chercheurs de l'Université de l'Illinois ont construit un appareil photo multifacettes composé de 180 lentilles, chacune connectée à un photodétecteur individuel. La matrice a été construite sur un tapis en caoutchouc souple qui a ensuite été courbé en une forme hémisphérique. La saisie de tous les objectifs est combinée en une seule image. Vous obtenez donc une image normale plutôt qu'une banque de moniteurs. Et le tout, les lentilles et les composants électroniques inclus, ne fait qu'un centimètre (0,4 po) de diamètre.

L'objectif de l'équipe est d'utiliser les caméras pour la surveillance aérienne sur des drones robotiques. Mais même une caméra fixe constituerait une amélioration considérable par rapport aux caméras actuelles. Placez deux de ces "yeux de bogue" l'un à la suite de l'autre et vous obtenez une vue à 360 degrés. Actuellement, ils travaillent sur un nouveau modèle qui double le nombre de lentilles.

6 revêtements de peau de requin

Quand Michael Phelps a remporté six médailles d’or aux Jeux olympiques de 2004, il portait un maillot de bain appelé Fastskin, mis au point par Speedo. Fastskin est recouvert de petites bosses qui imitent la peau d'un requin. Même si les maillots de bain ont été simultanément bannis et déclarés inefficaces, l'idée d'utiliser la peau de requin comme modèle pour les matériaux de haute technologie est loin d'être morte.

La peau d'un requin est recouverte d'une couche de pièces qui se chevauchent, appelées denticules. Ils ressemblent à des dents microscopiques et pointent vers l'arrière du requin. Lorsqu'un requin nage, les bords d'attaque des denticules créent des micro vortex qui le tirent essentiellement vers l'avant, lui permettant de nager plus rapidement. Et en raison de leur flexion, d'autres organismes, tels que les algues et les bernacles, ne peuvent s'y accrocher. C'est pourquoi les baleines sont souvent incrustées de balanes, mais les requins ne le sont jamais.

La US Navy recherche des applications pour appliquer des revêtements inspirés de la peau de requin à l'extérieur de leurs sous-marins, ce qui les accélérerait et empêcherait les moules et les bernacles de s'accumuler sur leur coque, ce qui représente un nettoyage de 50 millions de dollars par an. emploi. Les hôpitaux se lancent également dans le jeu: un matériau appelé Sharklet est déjà utilisé sur les poignées de porte dans les hôpitaux de Californie pour empêcher les agents pathogènes comme E. coli de former des colonies. Comme ce n’est pas un produit chimique répulsif, il n’est pas possible que les bactéries développent une résistance.

5 SCRATCHBot

La recherche de nouvelles façons de faire l'expérience du monde a toujours été enracinée dans le monde animal. En construisant un robot ressemblant à un rat et agissant comme un rat, les scientifiques de l’Université de Sheffield ont exploré un moyen de détecter que les humains ne connaîtront jamais: les moustaches. Surnommé SCRATCHBot, le robot n'a pour seul objectif que de véhiculer des moustaches synthétiques à la pointe de la technologie, ainsi qu'un cerveau capable d'interpréter les données et de les exploiter.

Comme les rats sont principalement nocturnes, ils utilisent souvent leurs moustaches pour naviguer plus que leur vue. Pour recréer un ensemble de moustaches fonctionnelles, les chercheurs ont utilisé des barres en fibre de verre contenant des capteurs à effet Hall (capteurs qui mesurent les différences de tension en fonction du courant et du champ magnétique). Les petits aimants dans les moustaches fournissent le champ magnétique, et lorsque les moustaches frottent contre quelque chose, les capteurs enregistrent le changement de tension dû au mouvement des aimants. Cela permet au SCRATCHBot de «voir» les objets à travers les moustaches.

Le «cerveau» du rat est un modèle neuronal basé sur PC qui reçoit des informations des moustaches, les traite et envoie une commande aux jambes (tournez à gauche, tournez à droite, etc.). Toute la conception est basée sur un rat incroyablement stupide - il n'a pas de cortex de haut niveau, mais peut toujours utiliser les fonctions motrices de base.

4 cellules solaires organiques

Les cellules solaires à colorant sont un type de cellule solaire qui utilise une forme spéciale de colorant pour capter l’énergie solaire. Lorsque la lumière du soleil frappe le colorant, ses molécules réagissent et produisent de l'électricité. Ces cellules solaires sont moins chères que leurs homologues en silicium, mais elles ont un problème: le colorant a tendance à se décomposer après un court laps de temps, vous laissant essentiellement avec un carré inutile de plastique.

Mais le mécanisme du colorant n'est pas très différent de ce que vous trouvez dans la photosynthèse naturelle quand une plante convertit la lumière du soleil en énergie. Les chercheurs de la North Carolina State University ont donc commencé à examiner les plantes d'intérieur pour voir en quoi elles étaient différentes. Le résultat est une cellule solaire dotée d'un système vasculaire interne qui effectue le cycle de teinture dans un réseau de veines ramifié. Lorsque le colorant se dégrade au point de ne plus produire d'électricité, il est remplacé par un nouveau flux de colorant, comme une plante fournissant des éléments nutritifs à ses feuilles.

3 Le T8 SpiderBot

Si les cauchemars sont nés des araignées, le robot T8 Octopod est un cauchemar qui a un prix. Les robotistes tentent depuis des années d'imiter l'architecture d'une araignée. Avec huit pieds, vous obtenez un niveau de stabilité sans précédent, ce qui est parfait pour les robots de recherche et sauvetage dans les zones sinistrées. Et bien que nous ayons d'autres versions de robots ressemblant à des araignées, il a toujours été difficile d'en concevoir un avec un contrôle interne suffisant pour que les huit jambes puissent se déplacer à l'unisson, tout en conservant la possibilité de se déplacer séparément en cas de besoin.

Le robot T8 Octopod utilise un moteur de mouvement unique conçu spécifiquement pour surmonter cet obstacle. Il est télécommandé et, sur une simple commande, le processeur embarqué calculera la trajectoire de la jambe, le contrôle moteur et la cinématique inverse pour coordonner ses 26 moteurs individuels. Le résultat est presque aussi réaliste.

2 circuits d'auto-guérison

Les puces de circuit intégré sont utilisées dans pratiquement tous les dispositifs électroniques créés aujourd'hui et, malgré leur petite taille, la plupart des puces comportent des millions de transistors répartis sur une surface ne dépassant pas la tête d'un clou. Si un petit morceau se brise, le tout devient inutile. Mais que se passe-t-il si votre téléphone portable ou votre ordinateur peut se réparer comme un système immunitaire luttant contre une infection? Cela pourrait être une possibilité très réelle dans un proche avenir.

Les ingénieurs du California Institute of Technology ont créé ce qu'ils appellent des «circuits indestructibles». Pour démontrer, ils en ont collé un sous un microscope, l'ont fondu avec un laser et l'ont regardé trouver un moyen de continuer à fonctionner. Les puces sont microscopiques; il en faudrait environ 75 pour couvrir le visage d’un sou. En plus de tous les circuits nécessaires au fonctionnement principal de la puce, chaque puce contient également une variété de capteurs et un processeur central embarqué qui détecte les dommages et détermine le moyen le plus efficace de tout remettre en service.

Ils ont testé des dizaines de puces dotées de la capacité d'auto-réparation, et quelle que soit la partie de la puce détruite, elle trouve toujours le moyen de rediriger les processus du circuit en moins d'une seconde. Et ce n'est pas préprogrammé pour des menaces spécifiques, comme le système immunitaire du corps, il évalue les dégâts par lui-même et détermine les actions à prendre. La seule chose qui nous reste à faire est de localiser John Connor.

1 greffes de peau parasitaires

Il y a un parasite appelé le Pomphorhynchus laevis qui utilise des pointes dans sa tête pour percer un trou dans les intestins d'un animal, après quoi, il enfonce sa tête à l'intérieur et gonfle son corps pour se maintenir en place. C'est cette monstruosité improbable qui a poussé les chercheurs en médecine à développer un nouveau type de greffe de peau. Les greffes de peau sont des plaques de peau qui sont transplantées d'une partie du corps à une autre, généralement pour couvrir une brûlure grave.

Jusqu'à présent, les greffes de peau étaient généralement maintenues avec des agrafes, qui présentaient un risque élevé d'infection. Cette nouvelle greffe cutanée biomimétique, quant à elle, reproduit presque tout du parasite le plus terrifiant que vous puissiez lire aujourd'hui. La greffe a un groupe de microaiguilles qui gonflent lorsqu'elles sont exposées à l'eau. Les aiguilles pénètrent assez facilement dans la peau et une fois à l'intérieur, elles se gonflent comme un ballon pour maintenir la greffe en place. Un autre avantage par rapport aux agrafes, qui finissent par déchirer le tissu qui les entoure, est que les microaiguilles pousser tissu sur le côté, plutôt que de l'endommager.