Chapitre 1 : Biomimétisme
Imiter les modèles, les processus et les composants de la nature dans le but de trouver des solutions à des problèmes humains difficiles est précisément l'essence même du biomimétisme. Le « biomimétisme » et le « biomimétisme » ont tous deux leurs origines dans le grec ancien : ß?o? (bios), qui signifie vie, et µ?µ?s?? (mimesis), qui signifie imitation. Ces noms proviennent du mot grec µ?µe?s?a? (mimeisthai), qui signifie imiter, et µ?µ?? (mimos), qui signifie acteur. La bionique est un domaine qui est étroitement lié à celui-ci.
Au cours des 3,8 milliards d'années qui se sont écoulées depuis que l'on pense que la vie a évolué pour la première fois sur Terre, la nature a subi le processus d'évolution. Il a développé des espèces qui sont très efficaces en utilisant des ressources facilement disponibles. Les propriétés des matériaux dérivent des interactions qui ont lieu entre les surfaces des solides et d'autres surfaces ainsi que l'environnement. L'organisation des matériaux biologiques est extrêmement complexe, allant des dimensions moléculaires aux nano, micro et macrodimensions. Ces matériaux sont souvent disposés de manière hiérarchique et leur nanoarchitecture est sophistiquée. En fin de compte, ils sont composés d'une grande variété de composants fonctionnels divers. Les matériaux et les surfaces présentent des caractéristiques qui sont la conséquence d'une interaction complexe entre la structure et la morphologie de la surface, ainsi que les propriétés physiques et chimiques du matériau. Une grande variété de matériaux, de surfaces et d'objets en général sont capables de remplir de nombreuses fonctions.
Une large gamme de matériaux, de structures et de gadgets ont été fabriqués à des fins commerciales par des ingénieurs, des spécialistes des matériaux, des chimistes et des biologistes. De plus, les artistes et les architectes ont créé ces choses pour la beauté, la structure et le design à travers leur travail. Les capacités d'auto-guérison, la tolérance et la résistance à l'exposition environnementale, l'hydrophobie, l'auto-assemblage et la capacité de capter l'énergie solaire ne sont que quelques-unes des difficultés d'ingénierie que la nature a surmontées. L'influence des matériaux et des surfaces bioinspirés sur l'économie est considérable, avec des estimations allant de plusieurs centaines de milliards de dollars par an dans le reste du monde.
L'un des premiers exemples de biomimétisme fait référence à l'étude des oiseaux afin de développer les capacités de vol des humains. Léonard de Vinci (1452-1519) était un observateur attentif de l'anatomie et du vol des oiseaux. Il rédige plusieurs notes et croquis sur ses observations, ainsi que des croquis de « machines volantes ». Malgré le fait qu'il n'ait jamais réussi à développer une « machine volante », il a été le créateur de nombreux croquis de machines volantes. On dit que l'observation de pigeons en vol a servi de source d'inspiration aux frères Wright, qui ont réussi à faire voler le premier avion plus lourd que l'air en 1903.
Otto Schmitt, biophysicien et polymathe américain, est crédité d'avoir développé l'idée de « biomimétisme » dans les années 1950. Sa thèse a conduit au développement du déclencheur de Schmitt, qu'il a créé en analysant les nerfs trouvés chez le calmar. Il cherchait à concevoir un dispositif qui imiterait le système biologique responsable de la propagation nerveuse. Il a continué à se concentrer sur le développement de machines capables d'imiter les processus naturels et, en 1957, il avait reconnu une alternative au point de vue conventionnel de la biophysique de l'époque, qu'il appellerait plus tard le biomimétisme.
Il est plus exact de dire que la biophysique est un point de vue plutôt qu'un ensemble de faits. En d'autres termes, il s'agit d'une méthode qui applique la théorie et la technologie des sciences physiques aux difficultés qui se posent dans le domaine de la recherche biologique. La biophysique, d'autre part, est également une méthode qu'un biologiste utilise pour résoudre des problèmes associés aux sciences physiques et à l'ingénierie, malgré le fait que cet élément a généralement été ignoré.
En 1960, Jack E. Steele, qui travaillait à la base aérienne Wright-Patterson de Dayton, dans l'Ohio, a inventé un terme très similaire à celui de bionique. Otto Schmitt y était également employé à l'époque. Steele a caractérisé la bionique en termes de « science des systèmes qui ont une fonction copiée de la nature, ou qui représentent des caractéristiques de systèmes naturels ou de leurs analogues ». Lors d'une réunion ultérieure en 1963, Schmitt a fait la déclaration suivante :
Afin d'utiliser efficacement l'expertise technique des scientifiques qui se spécialisent dans ce domaine de recherche, ou plutôt, devrais-je dire, qui se déspécialisent, nous laissons prendre en considération ce que le terme « bionique » en est venu à signifier en termes de sens opérationnel, ainsi que ce qu'il devrait signifier ou un mot qui lui est similaire (je préfère biomimétisme).
Le terme « biomimétique » a été utilisé pour la première fois par Schmitt dans le titre de l'un de ses articles en 1969, et en 1974, il avait fait son chemin dans le dictionnaire Webster. Dans le même lexique, la bionique a été décrite pour la première fois comme « une science concernée par l'application de données sur le fonctionnement des systèmes biologiques à la résolution de problèmes d'ingénierie » en 1960. Le terme « bionique » a pris un nouveau sens après que Martin Caidin a fait référence à Jack Steele et à son travail dans le roman Cyborg, qui a ensuite été adapté en série télévisée The Six Million Dollar Man et ses spin-offs en 1974. « L'utilisation de parties artificielles du corps actionnées électroniquement » et « le fait d'avoir des pouvoirs humains ordinaires augmentés par ou comme si c'était à l'aide de tels dispositifs » sont deux des définitions qui en sont venues à être liées au terme « bionique ». En raison du fait que le terme « bionique » a été associé à un pouvoir surnaturel, la communauté scientifique des pays où l'anglais est la langue principale l'a principalement abandonné.
Le biomimétisme a été présenté pour la première fois au public en 1982. Dans son livre publié en 1997 intitulé « Biomimicry : Innovation Inspired by Nature », la scientifique et auteure Janine Benyus est créditée d'avoir popularisé le concept de biomimétisme. Le biomimétisme est décrit comme une « nouvelle science qui étudie les modèles de la nature, puis imite ou s'inspire de ces conceptions et processus pour résoudre les problèmes humains », selon la définition du livre. Le concept de regarder la nature comme « modèle, mesure et mentor » est encouragé par Benyus, qui souligne également l'importance de la durabilité comme objectif du biomimétisme.
Une description de « managemANT » a été développée par Johannes-Paul Fladerer et Ernst Kurzmann, et elle est considérée comme l'un des exemples les plus récents de biomimétisme. L'expression « gestion » est une combinaison des mots « fourmi » et « gestion », et elle fait référence à l'utilisation des méthodes comportementales des fourmis dans les stratégies économiques et de gestion. La quantification des effets possibles à long terme du biomimétisme a été incluse dans un rapport commandé par le zoo de San Diego en 2013 et publié par le Fermanian Business & Economic Institute. Les résultats ont mis en évidence les avantages économiques et environnementaux potentiels du biomimétisme, qui peuvent être observés dans la stratégie « managemANT » développée par Johannes-Paul Fladerer et Ernst Kurzmann. Les tactiques économiques et de gestion utilisées dans cette approche sont basées sur les stratégies comportementales employées par les fourmis.
En effet, le biomimétisme a le potentiel d'être utilisé dans une grande variété de domaines. Il existe une grande variété de caractéristiques qui pourraient être imitées dans les systèmes biologiques en raison de la diversité et de la complexité de ces systèmes. Les applications biomimétiques se trouvent actuellement à plusieurs stades de développement, allant des innovations qui pourraient potentiellement devenir commercialement utilisables aux prototypes. Il a été redérivé pour fournir des formules simples pour le diamètre du tuyau ou du tube, ce qui donne un système d'ingénierie de masse minimale. La loi de Murray, qui dans sa forme habituelle déterminait le diamètre optimal des vaisseaux sanguins, a été redérivée.
Les oiseaux et les chauves-souris servent de source d'inspiration pour la conception des ailes d'avion et des techniques de vol. C'est le bec du martin-pêcheur qui a servi d'inspiration pour l'aérodynamisme de la conception épurée de la série Shinkansen 500, qui est un train à grande vitesse japonais amélioré.
Parmi les biorobots basés sur la physiologie et les méthodes de locomotion des animaux, on trouve les suivants : BionicKangaroo, qui se déplace comme un kangourou, économisant de l'énergie d'un saut et la transférant à son saut suivant ; Kamigami Robots, un jouet pour enfants, imite la locomotion des cafards pour courir rapidement et efficacement sur des surfaces intérieures et extérieures ; et Pleobot, un robot inspiré des crevettes qui est utilisé pour étudier la nage métachronale et les impacts écologiques de cette démarche propulsive sur l'environnement.
Des exemples de mammifères...
