La première chose que vous remarquez à propos du département des collections d’entomologie, division des lépidoptères, au Musée d’histoire naturelle du Smithsonian est une odeur faible et familière. Naphtaline. Je contemplai brièvement l'ironie cosmique des boules à mites dans une pièce remplie de papillons de nuit (et de papillons, une lignée de papillons de nuit évoluant pour voler au cours de la journée) avant de me tourner vers Bob Robbins, entomologiste-chercheur. «Il y a beaucoup d'insectes qui vont manger des insectes séchés», a-t-il déclaré, «ainsi, traditionnellement, vous empêchiez ces parasites d'utiliser du naphtalène ou des boules à mites.»
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Les scientifiques pensent que les ailes irisées du papillon morphos pourraient être utilisées dans la technologie au profit des humains
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Les boules à mites ont été supprimées (en faveur de la congélation de nouveaux spécimens pour éliminer tous les parasites), mais cette odeur persistante, ainsi que les tiroirs sans fin des insectes épinglés sous verre et soigneusement rangés, rangée après rangée, d'armoires en acier destinées à la postérité taxonomique, uniquement augmente le sentiment de l'âge dans la chambre silencieuse. Le temps semble rester aussi immobile que des millions de spécimens.
Mais parcourez ces tiroirs, les escadrons des limons et des couchers de soleil, très espacés, et une idée différente commence à se former: il ne s’agit pas d’un dépôt en sommeil, mais d’un laboratoire qui mène une enquête extrêmement fructueuse. Pendant près de 150 millions d'années, ces «produits» ont été cruellement prototypés, testés sur le marché, mis à niveau, perfectionnés et autrement rendus nouveaux et améliorés à mesure que le monde qui les entoure change. Chacun de ces spécimens fragiles est un ensemble d’innovations à découvrir et à adapter.
C’est l’idée à la base de la discipline de plus en plus influente du biomimétisme: que nous, êtres humains, qui essayons de créer des choses pour le regard d’un oeil évolutif, avons beaucoup à apprendre des longs processus de sélection naturelle, que ce soit rendre une aile plus aérodynamique ou une ville plus résiliente ou un affichage électronique plus dynamique. Il y a plus de dix ans, Mark Miles, un diplômé du MIT, s'intéressait aux domaines de la micro-électromécanique et du traitement des matériaux. En parcourant un magazine scientifique, il a été arrêté par un article sur la manière dont les papillons génèrent de la couleur dans leurs ailes. Le bleu brillant irisé des différentes espèces de Morpho, par exemple, ne provient pas de pigment, mais de «couleur structurelle». Ces ailes abritent un assemblage à l’échelle nanométrique de plaques en bardeau, dont la forme et la distance les unes par rapport aux autres sont disposées de manière à perturber longueurs d'onde de la lumière réfléchissante pour produire le bleu brillant. Pour créer ce même bleu en pigment, il faudrait beaucoup plus d’énergie, une énergie mieux utilisée pour voler, se nourrir et se reproduire.
Miles se demandait si cette capacité pourrait être exploitée d’une manière ou d’une autre. Où pourriez-vous vouloir des couleurs incroyablement vives dans un emballage fin? Bien sûr: dans un affichage d'appareil électronique. Qualcomm, qui a acquis la société créée par Miles pour développer cette technologie, l’a utilisée dans son présentoir Mirasol. «Nous exploitons les phénomènes d'interférences optiques», explique Brian Gally, directeur principal de la gestion des produits chez Qualcomm. Sous la surface du verre se cache une vaste gamme de modulateurs interférométriques, essentiellement des miroirs microscopiques (carrés de 10 à 50 microns) qui montent et descendent, en quelques microsecondes, pour créer la couleur appropriée.
Comme les ailes du papillon, «l’affichage capte la lumière blanche ambiante autour de nous, lumière blanche ou lumière du soleil, et par interférence nous renvoie une image couleur», explique Gally. Contrairement aux écrans LCD classiques, le Mirasol n'a pas à générer sa propre lumière. "La luminosité de l'écran s'adapte automatiquement à la lumière ambiante." En conséquence, le Mirasol consomme un dixième de la puissance d'un lecteur LCD. Qualcomm a utilisé l’affichage dans un lecteur électronique et l’offre sous licence à d’autres sociétés.
Bien que le biomimétisme ait inspiré les innovations humaines pendant des décennies - l'un des exemples les plus cités est le velcro, que l'ingénieur suisse Georges de Mestral a breveté en 1955 après avoir étudié comment les fraises collent à ses vêtements - de meilleures technologies et des recherches plus nuancées ont permis des adaptations de plus en plus complexes. . Le logiciel de conception créé par le chercheur allemand Claus Mattheck - et utilisé dans les voitures Opel et Mercedes - reflète la manière dont les arbres et les os répartissent la force et les charges. Un ventilateur créé par Pax Scientific s’inspire des modèles de varech, de nautile et de buccins pour faire bouger l’air plus efficacement. Une serre irriguée à l'eau de mer dans le désert du Qatar utilisera des astuces de condensation et d'évaporation glanées du nez d'un chameau. Aujourd'hui, grâce en partie aux innovations constantes dans la fabrication à l'échelle nanométrique, les fabricants mettent sur le marché un nombre croissant de produits.
La biomimétrie n'est pas en soi un produit, mais un processus faisant appel à des organismes et à des processus naturels pour susciter l'innovation. Les organisations et même les villes peuvent s’inspirer des écosystèmes, a déclaré Tim McGee, biologiste et membre de Biomimicry 3.8, une société de conseil basée au Montana. À Lavasa, qualifiée de «première ville de colline planifiée de l'Inde» par ses développeurs, qui espèrent y construire des maisons pour plus de 300 000 personnes, la guilde a consulté des architectes paysagistes. Ainsi, la stratégie de plantation incluait des arbres à feuilles caduques, formant une canopée pour capturer, puis refléter, par évaporation, près du tiers de la pluie de mousson qui l’atteignait. Cet effet agit «comme un moteur qui entraîne la mousson à l'intérieur des terres», explique McGee, ce qui aide à prévenir la sécheresse dans la région. La forme hydrodynamiquement efficace des feuilles de banian a influencé la conception d'un meilleur bardeau de répartition de l'eau, tandis que les systèmes de déviation de l'eau ont été inspirés par la façon dont les fourmis récolteuses dirigent l'eau loin de leurs nids. La première «ville» de Lavasa est achevée et quatre autres devraient suivre d'ici 2020.
Tout le monde parle de moyens de réduire l'empreinte humaine ou d'atteindre un impact «net zéro». Mais la nature, dit McGee, va généralement un peu plus loin: «Ce n’est presque jamais zéro net - les résultats de ce système sont généralement bénéfiques pour tout ce qui les entoure.» Et si nous pouvions construire nos villes de la même manière? "Et si, à New York, quand il pleuvait, l'eau qui entrait dans l'East River était plus propre que quand elle tombait?" Et si, quand les forêts s'enflamment, les flammes pouvaient être éteintes par des moyens qui ne dépendaient pas sur des substances toxiques? «La nature crée des retardateurs de flamme non toxiques», note McGee. "Pourquoi ne pouvons-nous pas?"
Pendant des années, les chercheurs se sont concentrés sur la chimie des retardateurs de flamme, sans résultats. Mais peut-être que les processus naturels pourraient ouvrir la voie à l'innovation en laboratoire, déclare McGee. C’est peut-être ainsi que les cônes du pin gris s’ouvrent face à la chaleur (pour permettre la reproduction alors même que le feu détruit la forêt), ou que les eucalyptus jettent des morceaux d’écorce éparpillée pour aspirer de l’oxygène et éloigner le feu de la source principale. tronc. Jaime Grunlan, ingénieur en mécanique chez Texas A & M, a mis au point un tissu résistant au feu qui utilise le chitosan, un matériau renouvelable provenant de coquilles de homard et de crevette (et un parent chimique de la chitine dans les ailes des papillons), pour créer un revêtement polymère nanocouche que, lorsqu’il est exposé à la chaleur, il en résulte une «coque» en carbone qui protège le tissu.
Les lépidoptères illustrent quelques-uns des problèmes qui ont été réglés sur l'établi de la nature au cours de nombreux millénaires. Dans l'appel évolutif et la réponse entre proie et prédateur, de nombreux papillons nocturnes ont développé la capacité de détecter les clics ultrasoniques des chauves-souris, et certains peuvent même envoyer des contre-signaux déroutants. Les ailes des papillons ont tendance à être noires plus près de leur corps pour aider à capter la chaleur. Ces ailes sont recouvertes d'un revêtement résistant aux contaminants - elles s'autonettoyent. Les «yeux» ornementaux de ces ailes, destinés à effrayer les prédateurs, sont souvent placés près du bord pour minimiser les dommages aux ailes si le papillon est mordu.
Et puis il y a la couleur - ce à quoi nous pensons quand nous pensons aux papillons. «Les gens les appellent comme des fleurs», dit Robbins. Tandis que certains utilisent la couleur pour se camoufler, les espèces les plus vives empruntent l’autre voie, annonçant leur toxicité vis-à-vis des prédateurs potentiels dans un affichage criard. L’écrivain David Quammen les appelle les «bimbos du monde naturel», une «expérience évolutive d’excès purement décoratif». Globalement, Quammen écrit que les papillons «représentent un idéal de douceur et de grâce douce qui semble presque innocent de l’ensemble impitoyable de la libre évolution -pour tous. »Et il y a une richesse d'inspiration en attente de prendre son envol sur ces ailes en gossamer.
Des chercheurs de l'Université Jiao Tong de Shanghai, inspirés par les papillons à ailes d'oiseaux - la zone noire de leurs ailes permet d'absorber presque totalement la lumière, afin de piéger la chaleur - créent actuellement un film de carbone amorphe super noir de structure similaire pour aider à créer une technologie solaire plus efficace. Un projet appelé NOtES, issu d'une recherche menée à l'Université Simon Fraser en Colombie-Britannique, utilise des structures nanométriques perturbant la lumière pour créer un timbre anti-contrefaçon plus difficile à déchiffrer qu'un hologramme et pouvant être "imprimé" non seulement sur une banque. notes, mais sur toute une gamme d'autres objets. Les étiquettes d'identification par radiofréquence (RFID), utilisées pour tout, du suivi des stocks à la détection des performances des pneus, ont tendance à ne pas bien fonctionner dans des environnements extrêmes, en particulier s'il y a de l'eau ou des métaux. C'est pourquoi une société nommée Omni-ID a adapté le principe d'interférence pour créer une RFID plus fiable, en utilisant de minuscules échelles métalliques dans les étiquettes pour améliorer la transmission des signaux radio.
Étant donné que la Morpho déploie des couleurs pour attirer l’attention, il semble approprié que le papillon ait également inspiré la mode humaine. Donna Sgro, créatrice de mode à Sydney, en Australie, et «lépidoptériste occasionnel», a créé trois robes à partir d'un tissu appelé Morphotex, un matériau bleu irisé sans pigment qui tire sa couleur des interférences optiques. Sgro dit que bien que Morphotex élimine le besoin de teintures (et porte donc potentiellement une empreinte environnementale réduite), son intérêt allait au-delà de la «méthode de conception de type problème-solution» habituelle que les biomimistes ont tendance à suivre. Après tout, la mode va au-delà du besoin fondamental de vêtements. Comment la manière dont la nature utilise l'esthétique peut-elle informer notre façon de faire? Sgro étudie actuellement pour un doctorat en biomimétisme et mode à l'Institut royal de la mode de Melbourne.
Robbins et moi avons quitté le centre des collections du musée d'histoire naturelle pour nous rendre au pavillon des papillons situé à proximité. C'était comme une fête des lépidoptères. Une femme a dirigé son smartphone pour photographier un monarque se nourrissant d'une fleur. Une touriste japonaise s’exclama alors qu’une Golfe Fritillary se posait sur son sac à bandoulière. Un enfant couina comme une Morpho peleides agitant lentement ses ailes bleues irisées. Ce n’est pas facile d’imaginer cette scène avec un autre insecte; à juste titre ou non, nous ne visitons pas les pavillons de larves ou de fourmis.
J'ai posé des questions sur l'attrait particulier de ces insectes. «Ils ne piquent pas, ils ne mordent pas», a-t-il déclaré. «Ceux que les gens voient sont généralement jolis. Certains sont nuisibles sur le plan agricole, mais ils sont plutôt sympathiques et ils sont bien plus jolis que la plupart des autres insectes. »Si seulement, pensais-je, les gens pourraient maintenant savoir à quel point toute cette beauté peut être utile.
