Biomimétisme

Définition

Le biomimétisme est la pratique consistant à concevoir des matériaux, des processus ou des produits inspirés des organismes vivants ou des relations et systèmes formés par des organismes vivants.

Le biomimétisme est une science consistant à observer les phénomènes mécaniques et biologiques de la nature pour trouver des solutions techniques, applicables à des objets de construction et conception humaine.

Le biomimétisme par imitation des biodiversités :

Le biomimétisme peut également s'inspirer de l'organisation des écosystèmes ou plus généralement du fonctionnement des êtres vivants pour mieux y intégrer l'organisation et les technologies humaines. La nacre des nautiles est très étudiée en biomimétisme.

Explications

Le biomimétisme est un concept de design innovant qui s'inspire de la nature, de ses éléments et de ses processus pour résoudre des problèmes humains complexes. Le biomimétisme exploite des modèles de systèmes (mécanique) ou de processus (chimie).

Le biomimétisme est la science consistant à imiter et recopier la nature, de tout ou partie d'un système biologique complexe pour une exploitation artificielle et industrielle sur des objets de conception humaine. L'homme peut ainsi reproduire des mécanismes d'animaux pour améliorer des technologies avancées, souvent dans des domaines "pointus" réservés aux grandes entreprises, comme en biomécanique, bionique et biophysique.

La biomimétique (ou biomimétisme) est l'imitation des modèles, des systèmes et des éléments de la nature dans le but de résoudre des problèmes complexes humains. Les termes biomimétisme et biomimétique proviennent des mots grecs bios, ce qui signifie la vie, et mimesis, ce qui signifie mimer ou imiter. Finalement, ce domaine est étroitement lié est la bionique.

⭐ Le terme a été inventé par Otto Herbert Schmitt en 1957, un inventeur, ingénieur et biophysicien américain connu pour ses contributions à la biophysique et pour avoir établi le domaine de l'ingénierie biomédicale. La biomimétique est l'art, la science et la technologie de déconstruire les phénomènes naturels afin que les principes sous-jacents soient reproduits dans l'intérêt humain.

Exploiter 3,8 milliards d'années d'évolution de la nature

Au cours de la dernière décennie, le biomimétisme a stimulé les innovations dans des dizaines de domaines de la science et de l'industrie. La recherche biomimétique enseigne non seulement comment faire plus avec moins, mais la façon de résoudre les problèmes qui ont échappé à la compréhension scientifique pendant des décennies. À sa base, le biomimétisme examine les systèmes, les éléments et les processus de la nature afin de les émuler ou de s'en inspirer, en recréer une imitation applicable à des domaines industriels.

Un constat, la nature a mené des recherches et développements en continu depuis plus de 3,8 milliards d'années. En conséquence, les conceptions de la nature sont beaucoup plus efficaces en matière d'énergie et de matériaux que ceux créés par l'homme. La nature utilise seulement une petite poignée d'éléments pour produire une grande variété de structures et matériaux complexes. En outre, il réalise tout cela avec les processus à faible énergie qui enrichissent les écosystèmes environnants. Succinctement, la vie crée des conditions propices à la vie. En revanche, la technologie humaine emploie chaque élément dans le tableau périodique, y compris les plus toxiques. L'homme compte sur des processus à forte intensité énergétique qui dégradent notre écosystème et mettent en danger notre propre santé.

Le potentiel de transformation de la biomimétique commence seulement à être compris, mais son essor va de plus en plus vite. Même les plus humbles créatures de la nature permettent d'apprendre sur certaines conceptions écologiques et peuvent en fait être nos plus grands professeurs, les meilleurs enseignants.

Les fourmis sont un exemple poignant de biomécanique copié par biomimétisme :

En biomimétique, les fourmis sont très observées par leur capacités mécaniques, étant l'un des animal les plus forts du monde en comparaison à sa taille. Certaines exemples de biomimétisme tentent de copier cette particularité en biomécanique.

Les scientifiques estiment que les fourmis forment 15 % de la biomasse animale terrestre. La biomasse totale estimée des fourmis dans le monde est d'environ 3 000 millions de tonnes. Par comparaison, les humains ne représentent que 350 millions de tonnes. Les scientifiques estiment que, globalement, il y a environ 1,5 millions de fourmis pour chaque être humain sur Terre. Malgré leur nombre prodigieux, les fourmis ont accompli quelque chose que les humains ne peuvent imaginer qu'avec nostalgie. Les fourmis sont capables de prospérer dans de vastes communautés tout en enrichissant leurs écosystèmes d'accueil et en augmentant la biodiversité des organismes voisins. Le biomimétisme se fait alors social.

En tant que concepteurs, l'homme fait face aux défis mondiaux de la croissance démographique, la rareté des ressources, la pollution et le changement climatique : la biologie peut très bien détenir la clé pour débloquer les technologies qui nous soutiennent. Jusque-là, nous avons beaucoup à apprendre et à "bio-imiter", en améliorant la biomimétique.

Exemples

Au fil du temps, la conception des produits est devenue plus raffinée, les conceptions du passé semblent souvent grossières et moins utiles que celles d'aujourd'hui. Comme notre connaissance de la conception devient plus sophistiquée, les scientifiques et les concepteurs ont cherché, dans la nature, sa multitude d'adaptations évoluées, élégantes. Cette utilisation de la nature comme source d'inspiration pour la technologie humaine est appelée biomimétisme. Voici 5 exemples de technologies que nous utilisons aujourd'hui qui ont été inspirés par la nature.

Le Velcro

Un des exemples les plus âgés d'une conception biomimétique à l'aide inspirée par la nature est le produit Velcro. En 1941, l'ingénieur suisse Georges de Mestral a observé la structure de bavures, après avoir trouvé un certain nombre de gousses (akènes) végétales attachées à son chien après une promenade. Il remarqua les petites structures en forme de crochet sur la surface de la gousse qui lui a permis de se joindre aux poils du chien. Après beaucoup d'essais et d'erreurs, l'inventeur a breveté le design, devenu aujourd'hui une fixation pour chaussures et vêtements, basé sur une structure de crochets et boucles.

Le système du réseau neuronal

Les réseaux de neurones se réfèrent généralement à des modèles de calcul inspirées des connexions neuronales dans le cerveau. Les informaticiens ont construit des réseaux neuronaux en créant des unités de traitement individuelles, afin d'effectuer des opérations fondamentales, imitant l'action des neurones.

Le réseau est constitué par des liaisons entre ces unités de traitement, en grande partie de la même façon que les neurones se connectent dans le cerveau. En utilisant ce modèle en informatique, les scientifiques ont été en mesure de créer des programmes hautement adaptables et flexibles, qui se relient de diverses façons pour remplir différentes fonctions. La plupart des applications de réseaux neuronaux ont été expérimentales jusqu'ici, mais des résultats prometteurs ont été obtenus pour les tâches qui nécessitent des programmes d'apprentissage et d'adaptation, comme dans la reconnaissance et le diagnostic des formes de cancers.

La propulsion

Il y a un certain nombre d'exemples de la nature exploités en ingénierie sur les méthodes efficaces de propulsion.

De nombreux exemples précoces d'humains qui tentent d'imiter le vol des oiseaux ont rencontré un succès limité. Les innovations récentes ont toutefois donné des dessins comme le "costume d'écureuil volant", qui permet aux parachutistes de glisser horizontalement avec une efficacité incroyable. Des expériences récentes ont également découvert des économies de carburant dans les voyages aériens en disposant des avions dans une formation en "V" qui imite de migration des oiseaux (les grues et oies en particulier).

Les voyages en avion ne sont pas le seul bénéficiaire du biomimétisme, les ingénieurs ont également utilisé la propulsion de l'eau dans la nature dans certaines conceptions. La compagnie appelée "BioPower Systems" a développé un système pour exploiter l'énergie marémotrice en utilisant des ailettes oscillantes inspirées par la propulsion efficace de gros poissons comme les requins et les thons.

Les surfaces

La sélection naturelle façonne souvent les surfaces d'organismes dans des moyens intéressants pour les adapter à l'environnement dans lequel ils résident. Les concepteurs ont compilé ces adaptations et ont trouvé de nouvelles utilisations. Les plantes aquatiques comme le lotus Nelumbo nucifera sont considérées comme fortement adaptées à l'environnement aquatique. Leurs feuilles ont une couche cireuse qui repousse l'eau, et les fleurs ont des structures écailleuses microscopiques qui empêchent la saleté et la poussière d'adhérer. Un certain nombre de designers utilisent les propriétés en "auto-nettoyage" du lotus pour créer des produits durables. Une société a utilisé ces propriétés pour créer une peinture avec une surface texturée au microscope qui aidera à repousser la saleté extérieur des bâtiments, comme empêcher les tags sur les murs.

La nanotechnologie

La nanotechnologie se rapporte à la conception et à la création d'objets à l'échelle atomique ou moléculaire. Comme les humains ne fonctionnent pas à cette échelle microscopique, l'observation de la nature permet d'obtenir des manières de construire des objets dans ce monde minuscule. Certains virus sont des particules semblables à un tube minuscule qui a été utilisé comme un bloc de construction pour créer des nanotubes plus grands et des matériaux de type fibre. Les virus ont des structures élastiques et peuvent souvent résister à de larges gammes de pH et de température. Des nanofils et nanotubes, construits sur des conceptions de virus, peuvent potentiellement servir de systèmes de délivrance de médicaments qui peuvent résister à des environnements extrêmes.

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