Quand l'homme imite la nature
L'homme trouve dans la nature et son observation de nombreuses applications pour simplifier son travail, économiser ses efforts, améliorer son habitat, sa santé, etc...
Pratiquement toutes ses activités sont concernées depuis l'origine de son espèce.
Prenons quelques exemples de biomimétisme dans des cas récents et particuliers:
1) le nombre de Strouhal
l'alouette dans l'air et le saumon dans l'eau, ont un point commun qui exploite une particularité peu connue de la dynamique des fluides: Le frétillement face au courant qui génère une poussée de l'arrière vers l'avant avec une force supérieure à l'effet du courant.
En téléchargement: PB-Vol_animal (1).pdf
On peut donc envisager d'appliquer cette technique à un voilier dont la voile est rigide et motorisée pour remonter face au vent plutôt que tirer des bords. La dépense en énergie pour avancer est moindre car on utilise des vortex qui se forment à l'arrière pour pousser la voile. Le courant marin n'étant pas pris en compte dans ce cas la coque rencontre la même résistance dans l'eau que dans le cas d'une voile traditionnelle.
Un nageur ne peut bénéficier de la nage "frétillante" que face au courant d'une chute ou d'une rivière et non pas dans une piscine. Les utilisations de cette technique demandent une compréhension très inhabituelle et non intuitive.
Une thèse sur le sujet.
Dans tous les cas le nombre de strouhal qui est sans dimension doit être de 2.
Pour s'adapter aux conditions de nature (eau ou air) ou de vitesse du courant c'est la fréquence des battements qui varie.
Quelques compléments dans: http://forums.futura-sciences.com/physique/749399-nombre-de-strouhal.html
Une autre méthode pour naviguer avec un voilier face au vent.
2) le profil des hélices
L'un des problèmes cruciaux sur les hélices est la cavitation. Un problème d'apparition de bulles sur le bord de fuite qui attaque le métal et détruit la pale en perdant de l'énergie et source de bruits intenses.
Les études récentes montrent l'utilité d'abandonner les formes lisses habituelles pour adopter des formes inspirées des nageoires de baleines.
Ces nageoires de baleine sont bosselées et rainurées. en s'inspirant de ces formes par biomimétisme on peut concevoir des bords d'hélices qui ont un meilleurs rendement, une réduction du bruit et qui évite les problèmes de cavitation.
On a aussi constaté des similitudes avec les pattes des lézards basilic à crête verte appelé aussi lézards de Jésus-Christ qui utilise ses pieds comme des pales d'hélices pour marcher sur l'eau.
Cette adaptation s'applique à toutes les hélices, hélices de bateaux, sous marins, éoliennes, ventilateurs avions, hélicoptères, etc...
Les formes des bosses et rainures sont calculées en fonction des dimensions, des vitesses de rotation, de l'angle d'attaque, de la nature du fluide (air ou eau), etc...
Une entreprise met en application ces propriétés pour calculer et construire ces pales avec des imprimantes 3D de grande dimensions pour l'armée et les projets civils.
Il y a déjà un article sur ce blog qui concerne ce sujet comme " quand l’eau ne mouille pas".
Il existe un cas de biomimétisme pour l'état de surface de revêtement pour glisser dans un fluide avec moins de frottement comme la fameuse peau de requin.
Une vidéo de la chaine taxidocs :
L’origami code secret de l’univers qui dure près d'une heure mais reste passionnante.
Elle montre l'universalité dans la nature de propriétés du pliage que l'on n'a comprises et mises en équations que récemment, avec des applications dans presque tous les domaines, médecine, astronomie, architecture, design, etc...
Donc la science évolue et utilise des notions que l'on (re)découvre dans la nature en combinant des domaines qui croisent:
l'origami, le kirigami, qui n'est qu'un cas particulier des notions de dissections et d'utilisations des charnières et pivots pour les pavages du plan et de l'espace, les tessellations, les symétries, la tenségrité, le nombre d'or, l'angle d'or, le nombre de Strouhal, la vorticité, les états de surface, les matières auxétiques, les fractales, la suite de Fibonacci, la loi de poisson avec des valeurs négatives du coefficient, etc...
La loi de poisson mesure la variation de l'épaisseur d'un élastique que l'on allonge, un coefficient négatif signifie que le matériau s'épaissi quand don tire dessus, ce qui au premier abord semble impossible ou plutôt contradictoire.
On trouve ou découvre donc des applications pratiques dans tous les domaines de pointe comme l'armement pour des gilets par balles, les hélices de sous marins, ou d'éoliennes, l’amortissement du son, l'amortissement des chocs, la captation de l’eau dans l’air, la glisse pour le sport et tout se qui frotte, l'isolation des bâtiments et des vêtements, la médecine pour les grands brulés et les maladies cardiaques, l'astronomie avec les structures comme le télescope James Web, etc...
La nature utilise depuis son origine les mathématiques et leurs propriétés profondes que nous ne faisons que copier pour les appliquer.
L'avenir est à la fois effrayant et fascinant selon ce que nous décidons de faire maintenant, pour nos descendants et comment nous allons les éduquer, comment leur transmettre des notions et des valeurs que l'on ne fait que découvrir et qui s'accumulent de plus en plus avec de plus en plus de théories à comprendre et à savoir utiliser intelligemment sans pourrir notre environnement.
Nous pensons étendre nos petits ilots de lumineuses connaissances mais, simultanément nous découvrons l'immensité et l'étendue infinie de notre sombre océan d'ignorance.
Par qui et comment nos enfants sont-ils éduqués et nous, qu'avons nous compris et transmis?
Ce n'est pas la technique qui va sauver l'humanité mais c'est à l'humanité de décider de corriger ses excès et ses erreurs pourtant évidentes qui nous conduisent tout droit vers l'autodestruction.
Plus je travaille sur des sujets qui sortent de nos notions ordinaires et qui semblent très éloignées les unes des autres, plus je trouve que ces notions ont un point commun qui les réuni toutes dans un domaine nouveau qui donne à l'homme l'occasion d'imiter la nature plutôt que chercher à la dominer.
Le domaine commun s'appelle la "soft robotique":
Pour voir et comprendre la différence entre robotique classique et "soft". Mot qui en français se traduit et se distingue en mou ou bien en souple selon le cas et la technique.
The incredible potential of flexible, soft robots | Giada Gerboni - YouTube
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Pourquoi et comment la soft robotique peut mieux et plus facilement s'adapter à des environnements imprévus:
Origami robots that reshape and transform themselves | Jamie Paik (youtube.com)
Nos jeunes ingénieurs ne se laissent pas enfermer dans le strict domaine de ce qu'on leur a enseigné mais explorent tous les nouveaux domaines que sont: l'origami, le kirigami, qui n'est qu'un cas particulier des notions de dissections et d'utilisations des charnières et pivots pour les pavages du plan et de l'espace, les tessellations, les symétries, la tenségrité, le nombre d'or, l'angle d'or, le nombre de Strouhal, la vorticité, les états de surface, les matières auxétiques, les fractales, la suite de Fibonacci, la loi de poisson avec des valeurs négatives du coefficient, etc...
Deux notions totalement nouvelles:
Les robogamis et l'haptique qu'il faut définir car ces mots ne sont pas encore dans un dictionnaire même récent, mais ils vont bientôt y rentrer car ils vont devenir incontournables.
l’haptique ou le retour de sensation du toucher.
Mais il existe aussi l’haptique acoustique.
Les robogamis sont un croisement de l'origami ou plutôt le kirigami avec une robotique de nouveau genre.
On peut envisager de construire des robots souples, simples comme des briques basiques mais multiples qui comme des fourmis capables de s'associer en un groupe complexe comme une fourmilière pour les fourmis qui devient aussi puissant qu'une armée avec la précision et la délicatesse d'une trompe d'éléphant ou une multitude de tentacules de pieuvre capables d'ouvrir une huitre ou dévisser le capuchon d'un pot à confiture au fond de la mer ou sur une planète extra solaire.
Le domaine est vertigineux et totalement nouveau et fait déjà l'objet de recherches et d'applications époustouflantes, avec déjà des logiciels d'assemblage de pièces pour robots pour non initiés.
exemples:
Robogami: 3D Printing Foldable Robots (youtube.com)
Ce qui donne à l'utilisation:
Quelques exemples d'actionneurs d'un nouveau type pour ces soft robots:
High-Force Soft Printable Pneumatics for Soft Robotic Applications (youtube.com)
Un "muscle" de soft robot sur imprimante 3D
Un autre sans imprimante 3D:
PneuFlex actuator step-by-step production tutorial (youtube.com)
Ce n'est pas plus simple mais on obtient le même résultat sans le robot primaire qu'est l'imprimant 3D
Une fois les mots clés connus les exemples sont innombrables et variés:
Origami-Inspired Artificial Muscles (youtube.com)
On peut donc envisager un bras avec des mâchoires assez puissantes pour écraser un rocher et assez délicates pour ramasser un œuf sans l'écraser et sans apprentissage, seulement avec un robot et un retour haptique.
Les premières applications existantes concernent déjà essentiellement les jeux vidéos en réalité virtuelles mais aussi les simulateurs de tous type militaires et civil, pour les pilotes d'avions, d'hélicoptères, de parapente, de navettes spatiales.
Viennent immédiatement derrière la médecine et les opérations délicates assistées par robots, puis l’assistance aux personnes handicapées, mutilées ou traumatisées, et aussi les interventions dans les milieux extrêmes comme l'espace, les fonds marins, pollués, toxiques, exiguës, etc...
Les expositions de réalités virtuelles augmentées qui sont un succès considérable en ce moment.
Mais le plus surprenant sera quand votre voiture n'aura plus de boutons, votre canapé sera équipé d'une prise haptique pour ressentir des effets comme ceux des salles de Disney ou du parc des expositions de Poitiers sans quitter votre salon devant votre télévision, sans préjuger de ce que l'on a pas encore osé imaginer.
Pour aller encore plus loin:
Ressources D-BOX | À propos de la technologie haptique
George Whitesides: Soft Robots (youtube.com)
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