Chapitre 1 : Bionique
L'application de processus et de systèmes biologiques que l'on trouve dans la nature à la recherche et à la conception de systèmes d'ingénierie et de technologies modernes est ce que l'on appelle la bionique, également connue sous le nom d'ingénierie d'inspiration biologique.
En août 1958, Jack E. Steele a inventé le terme « bionique », qui est un mot-valise qui combine les concepts de biologie et d'électronique. Le terme a été popularisé par les émissions de télévision The Six Million Dollar Man et The Bionic Woman dans les années 1970 aux États-Unis. Ces deux séries étaient basées sur le roman Cyborg écrit par Martin Caidin. Grâce à leurs implants électromécaniques, les protagonistes des trois histoires sont dotés d'une variété de capacités surhumaines.
Le transfert de technologie entre les formes de vie et les produits manufacturés est souhaité, selon les partisans de la technologie bionique. Cela est dû au fait que la pression évolutive rend souvent les organismes vivants, y compris la flore et la faune, plus efficaces et optimaux. Par exemple, les propriétés hydrophobes de la plante à fleur de lotus (également connues sous le nom d'effet lotus) ont servi d'inspiration pour le développement d'une peinture (revêtement) résistante à l'eau et à la saleté.
Le mot « biomimétique » est celui qui est le plus couramment utilisé pour désigner les processus chimiques. Cela inclut les réactions qui, dans la nature, impliquent des macromolécules biologiques (telles que des enzymes ou des acides nucléiques) dont la chimie peut être recréée in vitro à l'aide de molécules beaucoup plus petites.
Les coques des bateaux qui imitent la peau épaisse des dauphins sont un exemple de bionique en ingénierie. D'autres exemples incluent le sonar, le radar et l'imagerie par ultrasons médicaux qui imitent l'écholocation animale.
L'étude de la bionique a abouti au développement de neurones artificiels, de réseaux neuronaux artificiels et d'intelligence en essaim dans le domaine de l'informatique. L'informatique évolutive a également été influencée par la bionique, mais la bionique a poussé le concept encore plus loin en simulant l'évolution in silico et en développant des solutions optimales qui n'avaient jamais été vues dans la nature auparavant.
Selon les résultats d'un article de recherche publié en 2006, « jusqu'à présent, il n'y a qu'un chevauchement de 12 % entre la biologie et la technologie en termes de mécanismes utilisés ».
C'est à Otto Schmitt que l'on doit l'invention du terme « biomimétisme » dans les années 1950. Plus tard, en août 1958, alors qu'il travaillait à la maison de la division aéronautique de la base aérienne Wright-Patterson à Dayton, dans l'Ohio, Jack E. Steele a été le premier à utiliser le terme « bionique ». Cependant, afin d'éviter toute confusion avec le terme médical « bionique », il est recommandé d'utiliser des termes tels que biomimétisme ou biomimétique. Il est intéressant de noter que Martin Caidin a utilisé le terme « bionique » dans son roman Cyborg, qui a été publié en 1972 et plus tard converti en téléfilm et en série The Six Million Dollar Man. Avant de commencer à écrire des romans à plein temps, Caidin a eu une longue carrière d'écrivain dans le secteur de l'aviation.
Le domaine de la bionique met souvent l'accent sur la mise en ouvre d'une fonction que l'on peut trouver dans la nature plutôt que sur la copie de caractéristiques biologiques. Dans le domaine de l'informatique, par exemple, la cybernétique est utilisée pour modéliser les mécanismes de rétroaction et de contrôle inhérents au comportement intelligent. D'autre part, l'intelligence artificielle est utilisée pour modéliser la fonction intelligente indépendamment de la forme spécifique sous laquelle elle peut être accomplie.
La pratique consistant à reproduire consciemment des exemples et des procédures de créatures naturelles et d'écologies est un exemple de raisonnement appliqué basé sur des cas. Ce processus implique d'utiliser la nature elle-même comme une base de données de solutions dont l'efficacité a déjà été prouvée. Les partisans de cette théorie soutiennent que la pression de sélection appliquée à toutes les formes de vie naturelles aide à réduire et à éliminer les échecs.
Les origines modernes de cette région sont généralement liées à Buckminster Fuller, et sa codification ultérieure en tant que maison ou domaine d'étude est attribuée à Janine Benyus. Et ce, malgré le fait que pratiquement toute l'ingénierie peut être considérée comme une sorte de biomimétisme.
Il y a souvent trois stades biologiques dans la faune ou la flore, et après chacun de ces niveaux, la technologie peut être modélisée comme suit :
- Modéliser les processus de production d'après ceux que l'on trouve dans la nature
Imiter des dispositifs inhérents à la nature, comme le velcro, par exemple
- L'étude des principes d'organisation dérivés du comportement social des créatures, tels que le comportement des oiseaux qui se regroupent, l'optimisation du butinage des fourmis et du butinage des abeilles, et le comportement d'un banc de poissons basé sur l'intelligence en essaim (IS).
- Le domaine de la robotique utilise la bionique et le biomimétisme afin d'intégrer les schémas de mouvement des animaux dans la construction des robots. Afin de créer BionicKangaroo, les mouvements et la physiologie des kangourous ont servi d'inspiration.
Parmi tous les exemples de biomimétisme, le velcro est le plus connu. L'ingénieur suisse George de Mestral lavait son chien avec des bavures qu'il avait ramassées lors d'une promenade en 1948. C'est alors qu'il a pris conscience de la façon dont les crochets des bavures se collaient à la fourrure de son chien.
L'observation d'un coléoptère fouisseur de bois a servi d'inspiration pour la conception en dents de scie des lames de bûcheron, qui étaient utilisées au début du 19e siècle pour abattre les arbres lorsque le processus était encore fait à la main. Ces lames avaient une configuration en forme de corne. Pour cette raison, les lames ont révolutionné le secteur du bois d'ouvre parce qu'elles étaient nettement plus efficaces.
En 1935, après avoir mené des recherches sur le fonctionnement mécanique des yeux de chat, Percy Shaw a eu l'idée des réflecteurs d'oil de chat. Il avait découvert que les chats possédaient un système de cellules réfléchissantes appelé tapetum lucidum. Ce système était capable de réfléchir même la plus petite quantité de lumière.
En matière d'ingénierie, les machines volantes et les navires que Léonard de Vinci a créés sont des exemples précoces de l'inspiration de la nature.
Resilin est un matériau qui a été développé avec succès comme alternative au caoutchouc à partir de la recherche du matériau qui est également présent dans les arthropodes.
Lorsque Julian Vincent a développé des vêtements « intelligents » en 2004, il les a créés en s'inspirant de l'étude des pommes de pin. Ces vêtements sont capables de s'adapter à différentes températures. « Je voulais un système non vivant qui répondrait aux changements d'humidité en changeant de forme », a-t-il expliqué aux journalistes. « Il existe plusieurs systèmes de ce type dans les usines, mais la majorité d'entre eux sont très petits. La pomme de pin est la plus grande et, par conséquent, la plus facile à travailler. Les pommes de pin ouvrent leurs écailles en réponse à une plus grande humidité afin de disséminer leurs graines. Le tissu « intelligent » remplit la même fonction, permettant au porteur de respirer plus facilement lorsqu'il a chaud et de transpirer et de se refermer hermétiquement lorsqu'il a froid.
Des chercheurs de l'Université Penn State, spécialisés dans le biomimétisme, ont mis au point le concept de « morphing aircraft wings » en 2004. Ces ailes changent de forme en fonction de la vitesse de l'avion et de la durée de l'expérience de vol. Diverses espèces d'oiseaux, qui ont des ailes qui ont des formes différentes selon le rythme auquel elles volent, ont servi d'inspiration pour les ailes qui se transforment en diverses formes. Les chercheurs devaient faire en sorte que la peau supérieure des ailes de l'avion puisse également changer afin de modifier la forme et la structure sous-jacente des ailes. Leur conception le fait en recouvrant les ailes avec des écailles qui s'inspirent des poissons et leur permettent de glisser les unes sur les autres. D'une certaine manière, il s'agit d'une amélioration par rapport à la conception de l'aile pivotante qui était utilisée auparavant.
- Le mécanisme qui permet au lotus Nelumbo de se nettoyer lui-même a été reproduit afin de rendre certaines peintures et tuiles capables de se nettoyer elles-mêmes.
Les cristaux liquides cholestériques, souvent connus sous le nom de CLC, sont un type de matériau à couche mince fréquemment utilisé dans la production de thermomètres d'aquarium ou d'anneaux d'humeur qui modifient leur couleur en réponse aux variations de température. Parce que leurs molécules sont structurées selon un motif hélicoïdal ou chiral, ils subissent un changement de couleur. Cela se produit parce que le pas de la structure hélicoïdale change en raison de la température, ce qui fait que la structure réfléchit la lumière de différentes longueurs d'onde. Afin de fabriquer des dispositifs optiques comparables, Chiral Photonics, Inc. a extrait la structure auto-assemblée des CLC organiques. Ces dispositifs sont produits en...
