La technologie et la nature ont longtemps été perçues comme des forces opposées ; la technologie étant souvent considérée comme un moyen de créer des objets ou des énergies qui n’existent pas naturellement dans notre environnement. Cependant, de nouvelles approches en matière de développement de produits et de technologies, telles que le biomimétisme et la conception générative, ont démontré le contraire.
La conception générative est une approche de la conception et de l'ingénierie de produits numériques ou physiques (sites web, images, mélodies, maquettes architecturales, pièces détachées, animations, etc.) où l'humain délègue une partie du processus aux technologies et plateformes informatiques. En modélisant des milliers de variations grâce à la puissance de calcul, ce processus imite le processus naturel de l'évolution.
Jeff Kowalski, directeur technique d'Autodesk, décrit le processus de conception générative :
«Les algorithmes d'apprentissage automatique peuvent désormais détecter des schémas inhérents à des millions de modèles 3D et créer des taxonomies sans intervention humaine. Le biomimétisme est une approche de l'innovation qui vise à trouver des solutions durables aux problèmes humains en s'inspirant des modèles et stratégies éprouvés de la nature.
Nous allons examiner ci-dessous 10 exemples exceptionnels de technologies inspirées par la nature qui utilisent ces concepts de biomimétisme et/ou de conception générative.
1. Médicaments et vaccins - oursins
Des chercheurs australiens ont reproduit la façon dont les oursins construisent une coquille externe résistante autour d'eux pour protéger les protéines et les vaccins des variations de température.
Ce procédé chimique de création d'une couche protectrice est particulièrement utile pour des produits tels que les médicaments distribués dans des pays disposant de systèmes de transport ou de réfrigération insuffisants.
2. Centre aquatique national de Pékin - Structure à bulles
Le célèbre centre de natation et de plongeon des Jeux olympiques d'été de 2008 en Chine présente une apparence unique, composé de centaines de bulles extrudées qui semblent chaotiques.
Cependant, cette structure à bulles n'est pas aléatoire ; elle repose sur des géométries précises présentes dans des systèmes naturels tels que les cellules, les structures moléculaires et les cristaux. La reproduction de ces structures naturelles permet une représentation optimale de l'espace tridimensionnel.
3. Théâtres de l'Esplanade de Singapour - Civet Durian
Situés sur l'équateur, dans un climat très chaud, les théâtres Esplanade de Singapour possèdent un design véritablement unique, avec un toit en verre inspiré du durian, fruit local.
Un système de centaines de panneaux triangulaires en aluminium s'incline vers le soleil, protégeant ainsi le complexe de la chaleur et des rayons directs du soleil tout en apportant à l'intérieur de la lumière naturelle.
4. Mixers - Calla
Les spirales centripètes du calla ont inspiré la technologie de mélange d'eau industrielle développée par Pax Scientific. La structure naturelle du calla est idéale pour maintenir un flux d'eau constant.
La technologie du mélangeur se targue de pouvoir « disperser 10 millions de gallons avec la même consommation d'énergie que trois ampoules de 100 watts ».
5. Turbines - aileron de baleine
Les nageoires des baleines à bosse présentent des bords bosselés et dentelés appelés tubercules. Il a été démontré que ces tubercules permettent une dynamique des fluides nettement supérieure à celle des nageoires à bords lisses.
S’inspirant des nageoires de ces baleines géantes, des entreprises comme WhalePower et d’autres ont développé des pales « à picots » destinées aux ventilateurs et aux turbines, qui sont beaucoup plus efficaces que les pales traditionnelles.
6. Maillots de bain - imitation peau de requin
La peau des requins est composée de milliers d'écailles imbriquées appelées « denticules dermiques ». Ces denticules perturbent la formation de tourbillons d'eau turbulents et permettent au requin de se déplacer plus efficacement et plus rapidement dans l'eau.
Aux Jeux olympiques de 2008, Michael Phelps et d'autres nageurs ont utilisé avec succès des maillots de bain en tissu imitant la peau de requin, battant ainsi de nombreux records du monde. Cependant, ces maillots sont désormais interdits en compétition. L'idée d'imiter les denticules de requin est aujourd'hui utilisée pour la conception des coques de bateaux afin d'améliorer leurs performances.
7. Bio-batteries – le corps humain
Le corps humain produit de l'énergie grâce à une réaction chimique appelée métabolisme. Lorsqu'une personne consomme des glucides ou des sucres, des enzymes présentes dans son organisme décomposent le glucose et libèrent de l'énergie. Les scientifiques travaillent actuellement à la création de batteries utilisant des composés organiques comme le sucre pour générer de l'énergie : les biobatteries.
Des chercheurs de plusieurs universités, ainsi que des entreprises comme Sony, travaillent depuis près de dix ans à la création d'une biobatterie commercialisable. En 2007, Sony a développé avec succès un prototype de biobatterie utilisant des enzymes pour générer suffisamment d'énergie (50 mW) pour alimenter un Walkman.
8. Matière synthétique - soie d'araignée
La soie produite par les araignées pour tisser leurs toiles est un matériau naturel exceptionnel. Comme les araignées sont territoriales et cannibales par nature, la récolte de leur soie n'a jamais été commercialement viable. De plus, même récoltées, les fils de soie d'araignée sont si uniques et presque surnaturels qu'il faudrait développer des systèmes technologiques entièrement nouveaux pour les tisser ensemble.
Cependant, une start-up basée à Emeryville, en Californie, et appelée Bolt Threads, aurait résolu le problème grâce à des micro-organismes génétiquement modifiés.
Si cette technologie s'avère viable, ses applications potentielles pourraient inclure « des gilets pare-balles, des bouteilles d'eau biodégradables et des câbles de suspension flexibles ».
9. Matériaux imperméables - ailes de papillon
En 2013, une équipe d'ingénieurs du MIT a mis au point ce qui a été décrit comme le matériau le plus hydrofuge jamais créé. Leur invention repose sur un matériau doté de minuscules crêtes de silicone qui imitent les motifs présents sur les ailes du papillon Morpho.
Ce matériau est si efficace qu'à des températures de surfusion, l'eau rebondit sur sa surface plus vite qu'elle ne gèle, ce qui suggère des applications potentielles de cette technologie sur les ailes d'avion et les turbines, en plus des vêtements imperméables.
10. Ruban adhésif – Doigts de gecko
Les pattes des geckos sont exceptionnellement collantes grâce à leurs « amas de longues structures fines en forme de pagaie appelées soies, qui augmentent la surface et renforcent les faibles propriétés électriques entre les orteils et la surface ».
Une équipe de chercheurs de l'université de Stanford a récemment mis au point un matériau adhésif artificiel inspiré de ces concepts, permettant à un étudiant d'escalader une paroi de verre à l'aide de deux supports fabriqués avec ce matériau. Outre ses capacités d'escalade comparables à celles de Spider-Man, cette technologie présente des applications potentielles dans l'industrie manufacturière. Elle remplacera les systèmes actuels utilisant la succion ou des adhésifs chimiques.