Bien que chouchoutés par leurs maîtres, les animaux de compagnie ne sont pas moins intéressants que les animaux sauvages. Ils ont, eux aussi, des caractéristiques morphologiques ou comportementales qui font d’eux des animaux bien adaptés à leur environnement ! Nous avons sélectionné 5 exemples d’innovations biomimétiques inspirées de vos animaux de compagnie préférés.
Vous savez voir dans le noir ? Nous on a donné notre langue au chat
Ça, on est sûr que vous connaissez ! Pas besoin d’avoir un chat chez soi pour savoir que ces félins ont des yeux bien particuliers. Ils sont en effet nyctalopes, c’est-à-dire qu’ils ont la possibilité de voir dans le noir. Quelle chance ! L’explication se trouve en regardant la structure de leurs yeux. Ils possèdent une couche de cellules (du nom savant tapetum lucidum) située après la rétine qui réfléchit la lumière, d’où leurs yeux brillants dans le noir. La rétine capte alors beaucoup plus de lumière et permet aux félins d’avoir une bonne vision à faible luminosité.
Il n’en a pas fallu plus pour motiver des innovations biomimétiques. Un inventeur du siècle dernier, Percy Shaw, s’est laissé séduire par cette ingéniosité du vivant. Un soir où les lumières bordant la route qu’il emprunte sont hors service, il évite de près de sortir de la route par manque de luminosité. Le hasard faisant bien les choses, il remarque une paire de yeux de chat le fixant dans la nuit noire. À la suite de cette expérience, Percy Shaw invente des dispositifs réfléchissants à déposer le long des routes pour guider les conducteurs. Le principe est assez simple : une boule en verre réfléchissante délimite la route au passage des voitures dont les phares sont allumés. En plus de cela, la boule accumule l’eau de pluie et permet de nettoyer la saleté occasionnée par le passage des voitures sur le dispositif. Le dispositif est opérationnel quelles que soient les conditions météorologiques !
Le lapin, un animal aux dents affûtées
La deuxième innovation est tout droit inspirée des lapins, qui font le bonheur de certains d’entre nous. Connus pour leurs deux paires de dents affûtées, les lapins mordent dans des substances dures, comme le bois, pour se nourrir. En quoi cela inspire-t-il des chercheurs ? Aussi surprenant que vrai, ses dents s’auto-affûtent en continue lorsque le rongeur mâche. Pour cause, la face extérieure des dents de lapin est constituée d’émail dur alors que la face intérieure est composée de dentine ductile. C’est cette configuration qui permet de laisser toujours affleurer une fine couche coupante.
Fini les aiguiseurs de couteaux ! C’est du moins l’ambition de chercheurs venant de l’université de Fraunhofer en Allemagne. Ils s'inspirent directement des dents des lapins : ils ont conçu une lame constituée d’une part d’une fine face extérieure dure, et d’autre part d’une couche intérieure plus ductile (en restant tout de même très dure !). Coupe après coupe, la couche ductile recule peu à peu afin de laisser affleurer la face dure et coupante. Résultat : les lames conservent leur tranchant au fil des coupes et ont moins besoin d’être remplacées.
Comme un poisson dans l’eau !
Avec près de 500 millions d’années de sélection et de mutation derrière elles, les nageoires des poissons sont parmi les plus beaux fruits de l’évolution. Elles leur permettent de se déplacer rapidement tout en assurant une consommation sobre en énergie ! Leurs oscillations couplées aux mouvements d’ondulation du corps du poisson sont la clé pour se propulser efficacement dans l’eau. Les poissons possèdent plusieurs nageoires, chacune ayant une fonction bien précise :
Les nageoires dorsales sont situées à l’arrière du poisson et aident les poissons à tourner et s’arrêter brusquement ;
La queue, aussi appelée nageoire caudale, est la nageoire la plus importante pour la propulsion du poisson ;
La nageoire anale stabilise le poisson ;
Les nageoires pectorales et pelviennes jouent aussi un rôle de stabilisation et permettent au poisson de se diriger.
L’entreprise Wavera s’est inspirée de la nage ondulante des poissons pour concevoir une pompe nouvelle génération. Celle-ci est composée d’une membrane discoïdale flexible ondulant sous l’action d’un moteur : son oscillation, à la manière d’une nageoire de poisson, propulse le fluide depuis son côté excité vers le bout libre de la membrane. Cette pompe innovante a de nombreux avantages par rapport aux pompes classiques : elle est petite et légère, elle a un faible besoin de maintenance et elle permet d’économiser jusqu’à 30% de consommation électrique.
L’algorithmique, une affaire de chiens domestiques
Vous avez peut-être pu le remarquer, les dogues allemand domestiqués défendent fermement leur territoire contre de potentielles intrusions de dogues errants. Puissants et rapides, ils patrouillent leur territoire et se battent contre tout dogue intrus.
Mis à part leur sonorité, algorithmique et dogues domestiques n’ont a priori pas grand chose en commun… Et pourtant... Pour commencer, qu’est ce qu’un algorithme ? C’est tout simplement une suite finie claire d’instructions et d’opérations permettant de résoudre un problème donné. Une recette de cuisine est un exemple d’algorithme qui permet de résoudre un problème, et pas des moindres : de bien manger ! Bref, les algorithmes sont très présents dans nos quotidiens, et surtout dans les technologies que nous utilisons. Une catégorie d’algorithmes omniprésente dans l’industrie en général est celle qu’on appelle les algorithmes d’optimisation. Que ce soit dans le domaine des transports pour trouver l’itinéraire le plus court, en économie pour réduire les coûts ou encore dans le secteur de l’aéronautique pour obtenir un rendement maximal des moteurs, ces algorithmes sont une aide exceptionnelle dès qu’il s’agit de maximiser ou minimiser une certaine quantité.
Mais quel rapport avec les dogues ? Figurez-vous qu’il existe un grand nombre d’algorithmes bio-inspirés ! Certains sont appelés algorithmes génétiques car ils s’inspirent des mécanismes de brassage génétique ayant lieu au cours des générations d’une population d’une même espèce. Souvent confrontés à des environnements hostiles, les êtres vivants cherchent à avoir les gènes les plus avantageux pour maximiser leurs chances de survie. C’est là que se trouve la transposition biomimétique pour ces algorithmes d’optimisation : la quantité optimale recherchée et évoquée ci-dessus se calcule par itérations, de la même manière que les gènes se modifient à chaque génération par des mécanismes d’évolution (sélection naturelle, mutation, crossover). Plus précisément, la redistribution des gènes au sein des nouvelles générations d’une espèce dépend des stratégies de reproduction de celle-ci (monogamie, polygamie…), chacune motivant des algorithmes bio-inspirés différents ! C’est là qu’interviennent les dogues : eux-aussi ont leur propre stratégie de reproduction et elle est basée sur les rivalités entre dogues domestiques et errants. C’est ainsi que l’Université de Pondichéry a conçu un algorithme inspiré des dogues allemands. Nous vous épargnons les détails du mécanisme pour cette fois-ci, mais nous vous les révélerons plus longuement dans un prochain article.
Avec le serpent, pas de frictions, que des innovations !
Et oui, des serpents comme animaux de compagnie, ça existe ! Bien qu’ils en effraient certains, ils sont tout de même fascinants. Une de leurs caractéristiques inspirantes est leur capacité à se déplacer sur tout type de surface et dans tout type de climat. Leur agilité est entre autres due à deux propriétés morphologiques importantes : leurs écailles et leur squelette. D’une part, les écailles ont une structure particulière permettant de limiter les frottements. Plus étonnant encore, les serpents n’ont pas le même coefficient de friction (c’est-à-dire la force nécessaire pour commencer le déplacement) selon les directions et ont la capacité de lisser certaines parties de leurs corps pour mieux glisser. D’autre part, le squelette du serpent est composé de beaucoup de vertèbres qui lui confèrent une flexibilité hors du commun. Celles-ci lui permettent différents modes de déplacement dans différentes directions. Les serpents peuvent avancer par ondulations latérales, ondulations rectilignes et microcontractions, ou encore par accordéon.
Cette incroyable mobilité a inspiré des chercheurs en robotique. De nombreuses recherches ont particulièrement porté sur la conception d’un robot imitant son anatomie. Par exemple, l’Université de Mumbai a réalisé un prototype d’un robot-serpent composé de 5 parties, chacune pilotable indépendamment. Très flexible, ce serpent a été pensé pour l’inspection des zones difficiles d’accès pour les hommes, notamment les pipelines et autres conduits. Avec son système embarqué composé de capteurs de température et de gaz ainsi qu’une caméra, les robots-serpents sont peut-être les outils d’inspection et de maintenance du futur !
Finalement, pas besoin de vivre dans un environnement contraignant pour inspirer des innovations performantes et durables ! Que ce soit dans leur comportement ou dans les technologies qu’ils inspirent, nos animaux de compagnie préférés n’ont pas fini de nous surprendre et nous inspirer !
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