Den Biomimicry er en proces, innovation og teknik . Det er inspireret af former, materialer, egenskaber, processer og funktioner i levende ting . Det kan vedrøre nanometriske og biomolekylære skalaer med for eksempel DNA og RNA og op til makroskopiske og økosystemskalaer , herunder også økosystemtjenester .
Han leder således efter bæredygtige løsninger produceret af naturen, udvalgt af adskillige arter, testet af evolution inden for biosfæren .
Det biomimetiske er en kreativ tværfaglig proces mellem biologi og teknologi, der har til formål at løse antropocentriske problemer ved abstraktion, overførsel og anvendelse af viden fra biologiske modeller. Udviklingsprocesser og organisationer, der tillader en bæredygtig udvikling af samfund, biomimik og biomimetik, forveksles undertiden med bioinspiration , hvor sidstnævnte er et mere generisk koncept, da det defineres som "en kreativ tilgang baseret på observation af mennesker. Biologiske systemer".
Biomimicry er stadig et voksende felt inden for forskning og tekniske, medicinske, industrielle og bioøkonomiske områder, herunder underområder som bionik , bioassistance og biomimetisk arkitektur. Nogle forfattere ser det som en ny vej for bæredygtig og integreret udvikling i biosfæren, der tillader udvikling af processer og organisationer, der åbner mulighed for bæredygtig udvikling for samfund.
Etymologi : Udtrykket kommer fra græsk, βίος bíos (liv) og μίμησις mímêsis (efterligning).
Det var Otto Schmitt (amerikansk lærd og opfinder), der skabte den engelske neologismebiomimetik (biomimik for fransktalende) for at beskrive forestillingen om procesoverførsel fra biologi til teknologi. Janine Benyus populariserede den derefter, især i sin bog fra 1997, hvor hun opfordrer os til at betragte naturen som en ”model, måling og mentor” ved at insistere på vigtigheden af at forbinde bæredygtighed med brugen af biomimik;
I det delvist voksende felt af naturinspirerede løsninger , herunder at bekæmpe klimaændringer , er ordforrådet (ord, udtryk) og dets oversættelser fra et sprog til et andet endnu ikke fast, det er især tilfældet ifølge AFNOR for ordene " bioinspiration ", " biomimetik ", "biomimikri", " bionik ", " bioteknologi ", " bioteknologi ", som kan føre til forvirring, og vi kunne tilføje ordet økomimik til denne liste .
Et dobbelt projekt til industriel standardisering af begreberne biomimetik og biomimikri blev lanceret i 2011 (især skubbet af Tyskland og båret af Frankrig) af en "AFNOR Biomimetic standardization Commission" ledet af Thibault Prévost med det formål at præcisere disse vilkår for lette kommunikationen mellem udviklere, designere, brugere, ingeniører og teknikere, finansierere osv. ( "Klassificering, definition og udvikling af terminologien for biomimetik" gennem to akser:
I maj 2013 var AFNOR vært for et 2-dages møde i Det Internationale Sekretariat for Biomimetik , hvori han forsvarede adskillige forslag til udvikling af standarder om emnet; To udkast til internationale "frivillige standarder" vedrørende biomimetik (og ikke biomimikri, for hvilket et andet udkast til standard har været under undersøgelse siden 2011) under ledelse af ISO ;
For Thibault Prévost er "standardisering inden for biomimetik vigtig og innovativ", fordi "det normative arbejde sigter mod udvikling af industrielle forskningsmetoder direkte baseret på den indre rigdom i levende systemer, begge en potentiel" yngleplads "for nye løsninger til menneske og en gennemprøvet model for bæredygtighed ” . To udkast til AFNOR-standarder blev offentliggjort i henholdsvis 2014 :
Disse to projekter blev præsenteret til udtalelse i 2014 af AFNOR (offentlig høring afsluttet den 30-06-2014).
Udtrykket "bio-inspiration" er ikke en oversættelse eller en fransk tilpasning af udtrykket biomimicry (bio-mimicry, et nært udtryk, men opfundet af nordamerikanske forskere (herunder Janine Benyus ). Bio-inspiration og Bio-mimicry ville derfor være to termer og begreber, der har mange punkter til fælles uden at være synonymt.
Mange Forskere, arkitekter, industrielle, prospektivister og visse Regeringer mener, at biomimikri også kunne være en vektor for forandring, en forurenende "kulstof" -økonomi og forbruge plads, energi og af mineraliske naturressourcer mod en " grøn økonomi ”baseret på enkle, rene, sikre og ædru teknologier, en energiomstilling , selv mod økologisk og social overgang , som reaktion på økonomiske og økologiske kriser forbundet med overudnyttelse af naturressourcer .
Indsatsen er også økonomisk (en amerikansk rapport anslår til 1000 milliarder dollars i 2025, hvad biomimicry-markedet kan være). Den bioinspiration ofte er med til at "genoverveje produktionssystemet" ved at gøre det mere effektivt, billigere og mindre skadelige vis-a-vis miljøet, men i Frankrig, mener EØSU det er for tidligt, og der er mangel på relevante værktøjer at foretage nøjagtige økonomiske evalueringer af forventede fordele.
Biomimik er en neutral proces: den kan være en kilde til fremskridt , Men kunne også bruges til at producere nye militære eller økonomiske våben eller bidrage til nyt spild af ressourcer. Og når der overføres til nanoteknologi- eller bioteknologiindustrien, skal der tages højde for nye eller nye risici med hensyn til miljømæssig sundhed og / eller for økosystemer. Der opstår komplekse problemer inden for miljøetik , især:
Fra forhistorisk tid har mennesker, der observerer den levende verden, sandsynligvis fundet mange svar på enkle og komplekse problemer. Naturen har faktisk gennem spillet af evolution og naturlig udvælgelse løst mange problemer med bioteknologi, såsom hydrofobicitet ( frastødt vand ), vindmodstand, energilagring, kold biosyntese ved omgivelsestryk, selvsamling og opsamling af solenergi gennem producerede og valgte mekanismer. ved evolution.
Et ofte nævnt eksempel på biomimicry er undersøgelsen af fugle, der er udført for at give mennesker mulighed for at flyve eller svæve. Han oprettede ikke en flyvemaskine, men Leonardo da Vinci (1452-1519) observerede fuglens anatomi og flyvning med mange noter og skitser, der inspirerede hans flyvemaskiner . Brødrene Wright , der var banebrydende for det første tungere end luft-fly i 1903 , blev inspireret af duer under flyvning. Andre opfindere har gjort flagermusen til deres model.
Otto Schmitt , der siges at have opfundet ordet biomimicry (på engelsk: biomimetics ) for at beskrive overførslen af processer fra biologi til teknologi, opfandt Schmitt-vippen ved at forsøge at efterligne transmission af signaler fra nerverne.
Det Økonomiske, Sociale og Miljømæssige Råd (CESE) bemærkede i 2016, at forskellen mellem den enkle efterligning af naturen og biomimik er kravet om bæredygtighed, og at “nylige teknologiske fremskridt, især observation i nanometrisk skala, har åbnet et stort felt af lovende undersøgelser ” .
Nanobiomimik er efterligning af biologiske strukturer i mikroskopisk eller nanometrisk skala . Naturen giver en bred vifte af strukturer på disse skalaer, hvilket er inspirationskilden til nye materialer.
Således er Spongilla lacustris , en ferskvandssvamp , i stand til at filtrere 70 gange dets kropsvolumen i vand hvert minut, mens den iltes takket være en symbiose med mikroalger ; mens andre svampe af slægten Euplectella spontant producerer kiselholdige optiske fibre, der er mere modstandsdygtige end dem, der produceres af mennesker og ved lav temperatur. Nanobiomimik har allerede gjort det muligt at fremstille nøglekomponenter i dværgindretninger som nanotråde , kvanteprikker og nanorør på en effektiv og enkel måde sammenlignet med konventionelle litografiske teknikker . Det findes for eksempel i detektorer , solcellemoduler , filtreringssystemer , isolering og medicinske anvendelser. I 2016-2017 producerede forskere en stålimiterende knogle .
Nanobiomimicry indebærer et tæt samarbejde mellem biologer, økologer, ingeniører, fysikere og nanoteknologiske eksperter.
De fine strukturer på overfladen af visse organismer, der giver dem deres struktur eller farvning, kan lånes af skærme, kroppe, camouflage, vinduer eller optiske kredsløb ... Disse strukturelle farver skyldes interferens af lysbølger, der rammer overfladen, snarere end med pigmenter . Disse overflader inkluderer kamme, ribben, lameller og ribben, undertiden arrangeret i flere lag, som man søger at efterligne, hvilket der skal oprettes skærme med høj opløsning og lav effekt.
Det er ofte et spørgsmål om at rekonstruere et mikroskopisk biologisk system fra dets elementære komponenter for at reproducere hele eller dele af den virkelige adfærd. Almindeligt anvendte komponenter er:
Opbygning af en biomimetisk model kan gøre det muligt at validere hypoteser om et systems funktion. Men systemernes ekstreme kompleksitet inden for cellulær eller molekylærbiologi begrænser modelleringen til bestemte tilfælde. Biomimetikeren forbliver genstand for eksperimenter udført på reelle systemer.
I molekylær biofysik udføres biomimetiske eksperimenter in vitro (i modsætning til eksperimenter udført i levende celler ( in vivo ), men alle enkeltcelleeksperimenter udføres fra et bestemt synspunkt in vitro ).
Her er nogle eksempler på biomimetiske eksperimenter :
Denne tilgang fokuserer ikke på brugen af naturlige ressourcer eller kopiering af naturlige elementer, men dybere på, hvad man kan lære om biosfærens funktion , dens fødevarer og udviklingen og tilpasningen af arter og økosystemer. Tilgangen er mere holistisk . Det indebærer en ny tilgang til måde at se på og giver anledning til nye måder at estimere ”værdien” af naturen, værdien af biodiversitet og de tjenester, den leverer.
Biologen Janine Benyus foreslog i begyndelsen af 1990'erne denne nye tilgang i sin bog Biomimicry: Innovation Inspired by Nature . Ifølge hende inkluderer de lektioner, som naturen giver os, at hun:
Janine Benyus insisterer på naturens evne til at biosyntetisere og strukturere organisk eller mineralsk materiale (fx skal ) via molekylære selvsamlingsprocesser, hvor levende organismer integrerer information.
Planter er en vigtig inspirationskilde Phyto-rensning (og fungoremediering ), eller de fleste af behandlingsanlæggene er inspireret af økosystemer til at rense vand, luft og jord. Hardwareprogrammer , software , sensorer , aktuatorer og robotter projekter søger at blive inspireret af planteverdenen og især dens kapacitet til fototaxis , kemotaxis , fotosyntese og biosyntese . Deres rodsystemer kunne inspirere robotsystemer til udforskning, overvågning eller udnyttelse af jord og sedimenter eller defekte netværk, muligvis ved hjælp af osmotisk kraft , ved at opdage bestemte ressourcer eller forhold. Den multitrofiske integrerede akvakultur (IMTA eller: Integreret multitrofisk akvakultur til engelsk) er specielt testet i Norge og Canada. Det er inspireret af det faktum, at alger, filterfoder og dyr er komplementære til søs, og nogle forbruger affald fra andre, og filterfødere renser vandet. Det kunne være forbundet med et kunstigt rev og / eller en fiskeaggregeringsanordning ;
Den velcro er inspireret af krogene på spredningslegemet indeholder frø af burre .
Nogle medicinske apparater er inspireret af, hvad naturen har gjort bedst (og ofte enklere) hos mennesker. Bemærk SKOP-lytte-systemet udviklet af en fransk opstart, som giver dig mulighed for at lytte til hjertet og lungerne med en lydkvalitet, der er kvalificeret som fremragende af fagfolk. Dette system er inspireret af den menneskelige cochlea , som renser og intensiverer de bølgelængder, der er nyttige til menneskelig hørelse. Brugt inden for menneskers og dyrs sundhed blev designeren inspireret af det menneskelige øre i al sin enkelhed.
Den edderkoppesilke er en polymer , hvis molekylære konfiguration kan variere, og hurtigt kan tilpasses temperatur og fugtighed. Den er især i stand til " superkontraktion " (fra 10 til 140 MPa spænding), når den bliver fugtig (i flere minutter, når luftfugtigheden overstiger 70%), og hurtigere, når den pludselig er våd.
De turbojetmotorer skabt på den model af nautilus .
Brusebadskærme, selvrensende vinduer og nogle belægninger i luftfartsindustrien blev skabt takket være opdagelsen af " lotuseffekten ".
Visse typer øko-habitat låner modeller af materialer, arkitektur og / eller passive klimaanlæg fra termittehøje , som snart også kunne drage fordel af principperne for konstruktion ved hjælp af additiv fremstilling (" trykt arkitektur ").
Ved at skabe vingeformede strømaftagere, der gengiver strukturen af uglen , reduceres støj fra Shinkansen for komforten for passagererne i dette tog, hvis front er inspireret af isfuglens næb for bedre at styre overtrykket ved tunnelen indgang.
Bioinspireret robotteknologi tester robot-blæksprutte, robot-fisk eller robot-vandmænd, der er i stand til at bevæge sig i vand, robotter med fleksible tentakler (som dem af en blæksprutte) eller meget tyndere, muligvis udstyret med ekkolod, der efterligner (på lavt vand) den af delfiner . Andre robotter, der kan kravle, flyve, gå eller løbe som et dyr (bærer tunge belastninger, nogle gange) eller være i stand til at udforske radioaktive eller ekstraplanetære miljøer, udvikles af forskellige aktører (f.eks: JPL, SCHAFT Inc, CMU NREC, University fra Drexel, RoMeLa fra Virginia Tech på vegne af Nasa / JPL og / eller hæren (via DARPA ) og i forbindelse med MIT (MIT Robot Locomotion Group) specialister inden for kunstig intelligens og menneske-maskine-grænseflader (f.eks. "Florida Institute for Human and Machine Cognition ”eller IHMC). De fleste prototyper af disse robotter er mere eller mindre inspireret af dyreorganismer eller den menneskelige organisme); Nogle har "multimodal rejse" (fx robot-blæksprutte, der er i stand til at gå i bunden eller fremdrive sig selv som en blæksprutte).
En " usynlighedskappe " (adaptiv, inklusive i infrarødt ) kunne inspireres af den adaptive farvede og strukturelle camouflage af visse blæksprutter (med hudfarvning som en fleksibel LCD-skærm eller en familie af proteiner. ( Reflectins ) ville spille rollen som LCD med andre, der også kunne ændre formen på den eksterne konvolut (som i blæksprutten eller endnu mere i visse blæksprutter . Pikul et al. I oktober 2017 formåede at opnå komplekse strukturer med modificerbar lindring på en kunstig "hud" baseret på silikone. Mulighederne for programmerbar to- eller tredimensionel transformation af elastiske og farvede overflader er stadig rudimentære, men for eksempel forbundet med et kunstigt neuralt netværk eller med en bedre beherskelse af nanotructures giver de et glimt af et nyt felt af muligheder. i det foreliggende tilfælde er elastomere membraner overtrukket med ikke-strækbare tekstilmasker og kan være mere eller mindre ins "oppustet" for at tage forprogrammerede former. Blæksprutter er en vigtig kilde til inspiration for disse synspunkter.
For robotter er vedhæftningssystemer inspireret af sugekoppen (brugt af blæksprutten , havanemonen , limpet ...), klemme fra visse planter (krampe fra Virginia creeper ), bakteriekolonier ( biofilm ). For bedre at imødekomme behovet for udforskning af rummet søger vi alternativer til modsatte fingergribere (inspireret af hånden), der dårligt griber store genstande eller rumaffald; Den Sugekoppen vil ikke arbejde i et vakuum eller de klæbrige klæbemidler, kemiske irrelevante ved ekstreme temperaturområder af Jordens bane. Midler til at gribe eller hægte bioinspirerede af " tørre vedhæftning " overflader af gecko fingre blev udviklet, og med held afprøvet i 2017; de er baseret på mikroskopiske siliciumfilamenter . Disse nye pseudosugekopper fungerer også på land, for eksempel forbliver de fast på væggen i flere ugers test. Fremtidige robotter kunne udstyres med dem til at udføre udflugter eller reparationer på et rumfartøj. På denne måde kunne de også en dag fange rumaffald, der farligt belastede jorden .
Nano- eller mikro-robotter vises. Den ene (inspireret af gerris ) går på vandet og udnytter vandets overfladespænding . Andre flyver eller svømmer som insekter; CNRS-forskere har skabt "kunstige mikro-svømmere", hvilket tyder på mulige innovationer inden for nanomedicin (disse nano- eller mikro-svømmere kunne transportere små mængder medicin i blodkar ).
Et system ( Wi-spor ), der minder om ekkolokalisering , men baseret på radiobølger, der passerer gennem væggene, men reflekteres af den menneskelige krop, gør det muligt at lokalisere positionen og bevægelserne for den menneskelige krop "gennem væggene" og kontrollere objekter ved en afstand, inklusive gennem en mur.
Den metalliske struktur i Eiffeltårnet præsenterer analogier med lårbenets; Arkitekter er inspireret af forskellige typer skeletter og naturlige strukturer.
Den haj er en anden kilde til inspiration: den Fastskin svømme kulør efterligner huden af Mako haj ; firmaet Lufthansa søger at forbedre glidningen i luften på skroget på Airbus A340 -300 takket være en lak med "hajskind" -effekt, og det blev vist i 2016, at en hajhunds rygsøjle hærder, når den går. det svømmer hurtigere og tillader effektiv svømning i forskellige hastigheder, hvilket kan udløse nye koncepter inden for robotteknologi og biomaterialer.
De termitboer har direkte inspireret Eastgate-centret , hvilket gør det til et af de bedste eksempler på biomimetik. Dette supermarked, bygget i 1996 i Harare , Zimbabwe , blev oprettet og kopieret over strukturen af termitbakke for at opretholde ensartet varme. Det er en model for ventilation og isolering. Mange åbninger tillader luften at komme ind fra bunden af bygningen, mens store skorstene tillader den varme luft, der stiger ved konvektion, at evakuere. Denne installation skaber en naturlig luftstrøm. Og om natten diffunderer bygningen den lagrede varme. Bygningen bruger således 90% mindre energi end gennemsnittet.
Den chitinøse skal af Stenocara- biller har inspireret systemer til opsamling af vand i luften ( dugopsamler ), krebsdyrskaller ( chitin ) er af interesse for producenter, der søger økologiske alternativer til plastik, og nyere arbejde (2019, offentliggjort i Acta Biomaterialia ) har vist, at de bløde stoffer på hummerens ventrale side er ekstremt stærke og elastiske (lige så stærke som den industrielle gummi, der bruges til at fremstille dæk ). Det er en form for kitin sammensat af ca. 90% vand (hvilket gør det særligt elastisk, arrangeret i ark med mikroskopisk tykkelse, hvis fiberorientering varierer for hvert ark; lidt som i krydsfiner ).
Årtier af undersøgelse af signalbehandling af ekkolokalisering af hvaler og flagermus har hjulpet neurovidenskaben med at forstå, hvordan disse dyr differentierer objekter af interesse i et komplekst miljø og baggrund gennem de ekkoer, de modtager (gennem hørelse) og en såkaldt "tidsmæssig binding" -proces . Disse mekanismer kunne "føre til intelligente ekkolods- og radarteknologier" .
Nye katalytiske veje: biokatalysatorer kan gøre det muligt at producere proteiner, uorganiske polymerer ( biomineralisering ) ved kold temperatur, ved omgivelsestryk og i vand, samtidig med at man sparer materiale og / eller energi. Der forsøges også at skabe delokaliserede systemer til produktion af brint og / eller elektricitet, der efterligner fotosyntese .
Et ultrarent vandfilter kan bestå af membraner og proteinporte , der efterligner systemerne, der arbejder i naturen.
Den Biomimicry Institute , grundlagt af Janine Benyus, har været medvirkende til at udbrede dette koncept, som har Biomimicry Europa og ICDD i Europa . Samt til internationale møder som i Boston i 2011. En international videnskabelig tidsskrift er dedikeret til emnet: Bioinspiration & Biomimetics .
Et par lande ser ud til at være mere avancerede på dette område, såsom Tyskland (base af BIOKON International- netværket ), Det Forenede Kongerige , De Forenede Stater og Japan . Omkring dem organiseres F&U og undervisning med Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering ( Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering ) på Harvard er et forskningscenter for bioteknologi oprettet i 2009 takket være en donation på 125 millioner dollars fra den schweiziske forretningsmand Hansjörg Wyss , især at arbejde på biomimetiske systemer , intelligente eller "avancerede" materialer og bioinspireret robotik, mens de stadig er for eksperimentelle til at være af interesse. 'Industri. Det fremmer tværfaglighed mellem hold, og hvert hold coaches af folk med kommercielle profiler, der skal "sikre det industrielle formål med de udviklede teknologier" .
Arkitekter er interesserede i emnet, naturen er en af kilderne til nogle arkitekter og dekoratører (f.eks. Med jugendstil ) Biomimik - Arkitektur påvirket af naturens systemer , udstilling af bygninger og projekter fra arkitekten Moti Bodek , Potsdam, Tyskland. Maj 2014. Byplanlæggere tager også emnet op, for eksempel med projektet i den nye by Mugaon i Lavasa i Indien, det første til at integrere principperne for biomimicry i en hel by.
Biomimicry er et spor, der blev foreslået i 2012 af den generelle kommission for bæredygtig udvikling (CGDD) og ministeriet med ansvar for økologi. I 2007 så en rapport fra Senatet det som "en af værktøjskasserne i den fjerde industrielle revolution" . Og i 2012-2013 er dette tema under ledelse af Dominique Dron en af handlingerne fra CGDD's fem tværgående projekter og tre af dens enheder (DDD, DRI, SEEID), der sigter mod en "grøn, modstandsdygtig og retfærdigt ” . Det er af interesse for visse konkurrenceklynger . Emnet overvåges især af miljøministeriet og integreres i den nationale strategi for økologisk overgang .
Siden slutningen af 2011 har AFNOR arbejdet på et internationalt standardiseringsprojekt for biomimik efter en anmodning fra det tyske standardiseringsinstitut (DIN), der blev fremsat i maj 2011 til Den Internationale Standardiseringsorganisation (ISO). Den ISO 18.459: 2015 specificerer allerede "de funktioner og anvendelser af optimeringsmetoder biomimetiske" når de bærer bærende strukturer af resistensproblemer under statiske og udmattelseslaster. ISO / DIS 18457 beskæftiger sig med biomimicry anvendt på visse biomimetiske materialer, strukturer og komponenter, mens ISO / TC 266 klassificerer og definerer feltet og rammer terminologi vedrørende biomimicry “til videnskabelige, industrielle og uddannelsesmæssige formål” .
I 2013 besluttede CCI Région Nord de France med hjælp fra Den Europæiske Union at hjælpe 20 SMV'er (via gratis support, efter udvælgelse af svar på en indkaldelse af ansøgninger) med at øge deres modstandsdygtighed som aktiv “til at tilpasse, foregribe og lære for at finde gunstige svar på ændringer i miljøet. Til dette vil virksomheden så vidt muligt hente inspiration fra modeller, der er implementeret af Nature, og dets økosystemer viser en stor tilpasningskapacitet i millioner af år ... ” .
I 2015, med næsten 100 igangværende forskningsprojekter, og mens omkring halvtreds virksomheder allerede er involveret i denne tilgang, blev der oprettet et europæisk center for ekspertise inden for biomimicry (Ceebios) i 2015 i Senlis i Picardie . Dette center er formand for Gilles Bœuf (tidligere præsident for Nationalmuseet for Naturhistorie fra 2009 til 2015). Det sigter mod at samle grundlæggende statsforskning , anvendt forskning , virksomheder og ngo'er, der er interesserede i emnet, inden for et projekt for den økonomiske og videnskabelige udvikling af denne nye videnskab og teknik ved at fremme tværfaglighed. Det organiserer også træning. Den er organiseret i fire poler: forskning, kongresser / konferencer, uddannelse og "business campus" (åben for nystartede virksomheder, SMV'er og VSE'er med kontorer, tilknyttede tjenester og fjernarbejde).