Voici quelques dispositifs mécaniques que la nature a "inventés" en premier

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La nature s'est révélée être un maître ingénieur, avec des millions d'années d'évolution perfectionnant des conceptions et des mécanismes complexes qui surpassent parfois même nos inventions humaines les plus avancées. L'efficacité et l'adaptabilité des systèmes biologiques sont évidentes dans de nombreux exemples, de la structure complexe d'une toile d'araignée à l'aérodynamique du vol des oiseaux.

Ces merveilles naturelles offrent un trésor d'inspiration pour les ingénieurs et les scientifiques qui cherchent à imiter ou à adapter les propriétés et caractéristiques extraordinaires du monde naturel. En effet, l'étude du biomimétisme a propulsé d'innombrables innovations, démontrant que la nature reste une source inégalée de génie technique.

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Examinons quelques-uns des exemples les plus intéressants.

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Les leviers remontent à l'âge de pierre, vers 5000 av. J.-C., lorsque les anciens humains utilisaient de simples outils en bois pour soulever et déplacer des objets lourds. Les premiers récits de leviers se trouvent dans l'ancienne Mésopotamie et l'Égypte, où ils étaient utilisés pour soulever des vaisseaux d'eau et construire des structures massives comme des pyramides. Le mathématicien grec Archimède a formellement décrit le principe du levier vers 260 av. J.-C., soulignant sa capacité à amplifier la force. Depuis lors, les leviers ont été essentiels dans diverses technologies humaines et applications d'ingénierie, des outils et des machines aux objets du quotidien.

Mais la nature est arrivée à tout cela bien avant nous. Un exemple aujourd'hui, bien qu'il y en ait beaucoup, est le bec de certains oiseaux, comme les pinsons et les toucans, qui fonctionnent comme des leviers pour les aider à saisir et à manipuler la nourriture. Les membres et les mâchoires des animaux, y compris les humains, fonctionnent également comme des leviers pour le mouvement et l'application de la force.

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L'histoire des poulies remonte aux civilisations anciennes, vers 1500 av. J.-C., avec les premiers exemples trouvés en Mésopotamie et en Égypte. Le mathématicien grec Archimède a développé le système de poulies au 3ème siècle avant JC, créant des poulies composées qui multipliaient la force et permettaient de soulever des charges plus lourdes. Au fil du temps, les poulies sont devenues partie intégrante de diverses machines et technologies, des grues de construction aux ascenseurs, révolutionnant les industries et simplifiant les tâches complexes de transport, d'agriculture et de fabrication.

Mais, encore une fois, la nature nous a devancés de loin. Certaines araignées hissent leurs proies à l'aide d'un système semblable à une poulie en soie pour attraper des proies surdimensionnées comme des lézards ou même de petits mammifères. Mais ne désespérez pas ; les humains utilisaient également des poulies avant de réaliser ce qu'elles étaient. Le corps humain utilise également un système de tendons et de muscles qui fonctionnent comme des poulies pour permettre le mouvement. Par exemple, le genou agit comme une simple poulie pour étendre la jambe.

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L'histoire des engrenages remonte aux civilisations anciennes, avec des exemples anciens datant d'environ 300 avant JC en Chine et dans le monde hellénistique. Les engrenages étaient initialement utilisés dans des dispositifs mécaniques simples tels que des machines à eau et des horloges. Le mécanisme d'Anticythère, un ancien dispositif astronomique grec du IIe siècle av. J.-C., est l'un des premiers exemples de systèmes d'engrenages complexes. Les engrenages ont pris de l'importance pendant la révolution industrielle, devenant essentiels dans les machines, les transports et les composants de fabrication. Aujourd'hui, les engrenages jouent un rôle vital dans diverses industries et technologies, de l'automobile et de la robotique aux systèmes d'énergie renouvelable.

L'Issus coleoptratus, un type d'insecte cicadelle, a une paire d'engrenages imbriqués sur ses pattes postérieures qui synchronisent ses mouvements lors du saut, lui permettant de sauter à des vitesses incroyables. Une stratégie ingénieuse si jamais nous en avons vu une.

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L'histoire des ressorts remonte aux civilisations anciennes, où elles étaient utilisées dans de simples dispositifs mécaniques comme les serrures de porte et les catapultes. Les Grecs et les Romains utilisaient des ressorts en bronze ou en fer à diverses fins. Au 15ème siècle, les horloges à ressort ont été développées, révolutionnant le chronométrage. Avec l'avènement de la révolution industrielle, les ressorts sont devenus des composants essentiels des machines, des transports et de la fabrication. À la fin du 19e siècle, des ressorts hélicoïdaux en acier ont été introduits, améliorant les performances des systèmes de suspension des véhicules. Aujourd'hui, les ressorts se retrouvent dans de nombreuses applications, des objets du quotidien aux technologies avancées de l'aérospatiale et de l'automobile.

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Et pourtant, encore une fois, les sources sont bien plus anciennes que tout ce que les humains ont jamais conçu. Prenez, par exemple, les pattes des kangourous et autres animaux sauteurs. Les tendons des pattes d'un kangourou se compriment à chaque bond, se relâchant comme un ressort hélicoïdal pour propulser le kangourou. L'anatomie de ces créatures stocke l'énergie élastique comme des ressorts, leur permettant de sauter de grandes distances.

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L'histoire des écrous et des boulons remonte à l'Antiquité, avec les premiers exemples de fixations filetées trouvées vers le 5ème siècle avant JC. Ces premières fixations étaient en bois et étaient utilisées dans l'architecture et les machines.

Les écrous et boulons métalliques sont apparus au 1er siècle après JC dans les structures romaines, et l'utilisation de vis s'est accrue à la Renaissance. La révolution industrielle a conduit à la standardisation et à la production de masse d'écrous et de boulons, ce qui en fait des composants essentiels des machines, de la construction et des transports. En tant que solutions de fixation sûres et fiables, les écrous et boulons sont essentiels dans diverses industries, de l'aérospatiale à l'automobile. Mais, vous l'avez deviné, la nature semble également en avoir développé des formes en premier.

Les chercheurs ont découvert que les charançons, en particulier le genre Trigonopterus, utilisent un mécanisme d'écrou et de boulon pour attacher leurs pattes à leur corps. Cette articulation unique, que l'on pensait auparavant être de type charnière, a été trouvée chez le charançon papou Trigonopterus oblongus, où la partie supérieure des pattes du charançon, le trochanter, se visse dans la coxa, semblable à une hanche. Cette disposition permet aux charançons de tordre leurs pattes dans une large gamme de mouvements et offre une stabilité et une résistance accrues à la luxation par rapport à une articulation à rotule. La conception des pattes vissées est probablement bénéfique pour les charançons qui naviguent dans la litière de feuilles et les brindilles dans leur habitat naturel.

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Encore une autre "invention" que la nature nous a devancés sont les crochets. Pour nous, les humains, comme beaucoup d'autres pièces d'ingénierie de base, les crochets ont été utilisés depuis la préhistoire à diverses fins, telles que la pêche, la fixation et la suspension d'objets. Ils peuvent être fabriqués à partir de matériaux comme le bois, l'os ou le métal, selon l'usage auquel ils sont destinés. Au fil du temps, les crochets ont évolué vers des formes spécialisées pour des applications spécifiques, allant des attaches de vêtements aux grues industrielles.

Dans la nature, les crochets sont une structure physique assez commune, avec de nombreuses plantes, telles que les cockleburs, ayant des structures en forme de crochet qui s'attachent aux animaux qui passent, facilitant la dispersion des graines. Fait intéressant, cette conception particulière a inspiré l'invention du Velcro.

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Les articulations et les charnières facilitent le mouvement contrôlé entre deux ou plusieurs pièces, permettant souvent une rotation ou un pivotement. Ces composants ont une longue histoire d'utilisation, avec les premiers exemples trouvés dans les structures architecturales, les portes et divers dispositifs.

Au fil du temps, les matériaux pour les joints et les charnières sont passés du bois et de la pierre aux métaux tels que le laiton, l'acier et l'aluminium. Ils sont utilisés dans de nombreuses applications, y compris les articles de tous les jours, des simples charnières des portes, des armoires et des lunettes aux charnières plus sophistiquées des machines, de la robotique et des systèmes aérospatiaux. Ils offrent diverses capacités de mouvement et améliorent considérablement la fonctionnalité de nombreux produits.

Mais, encore une fois, ils ne sont rien de nouveau pour la nature. Il existe de nombreux exemples dans le monde naturel, mais les ailes de certains insectes et les membres d'animaux ont souvent des structures articulaires disposées en charnière afin de permettre des mouvements complexes principalement dans un plan.

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L'hydraulique est une forme de technologie permettant de transmettre la puissance et le mouvement grâce à l'utilisation contrôlée de fluides sous pression, généralement des liquides comme l'huile ou l'eau. Développée dans l'Antiquité avec des applications telles que la vis d'Archimède, l'hydraulique a beaucoup évolué au cours des siècles. Les systèmes hydrauliques modernes font partie intégrante de diverses industries, de la construction et du transport à la fabrication et à l'aviation.

Ils permettent le fonctionnement efficace et précis des machines lourdes, telles que les excavatrices, les grues et les trains d'atterrissage d'avions, ainsi que le fonctionnement de systèmes plus petits, tels que les freins et la direction assistée, dans les automobiles. L'hydraulique offre des rapports puissance/poids élevés et des capacités de contrôle exceptionnelles.

Les animaux au corps mou comme les vers de terre et les anémones de mer dépendent de «squelettes» hydrostatiques, qui utilisent la pression des fluides pour maintenir leur forme et permettre le mouvement. Pour le mouvement, leurs corps fonctionnent de la même manière que l'hydraulique que nous utilisons couramment aujourd'hui dans de nombreuses machines. Un ver de terre est divisé en segments. Chaque segment est rempli de liquide et possède des ensembles de muscles longs et circulaires. Lorsque les muscles longs se resserrent, le segment devient plus court; lorsque les muscles circulaires se resserrent, le segment s'allonge.

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Les pompes sont utilisées depuis l'Antiquité, avec les premiers exemples tels que les vis d'Archimède utilisées comme dispositifs de levage d'eau. Les pompes ont évolué en différents types, y compris les pompes à piston, centrifuges et à membrane, chacune conçue pour des applications et des propriétés de fluide spécifiques. Les pompes sont essentielles dans de nombreuses industries, notamment l'approvisionnement en eau, le traitement des eaux usées, l'agriculture, le pétrole et le gaz et le traitement chimique. Ils jouent un rôle crucial dans la vie quotidienne, des systèmes de plomberie domestiques aux pompes à carburant automobiles, permettant une efficacité des fluides et un mouvement contrôlé.

Dans la nature, les pompes se trouvent souvent dans des organes ou des structures spécialisés qui facilitent le mouvement des fluides. Le principal exemple est, bien sûr, le cœur des animaux, qui pompe le sang dans les systèmes circulatoires.

Le calmar est un autre exemple familier. Sur le dessous du corps du calmar se trouve l'entonnoir - l'eau et d'autres fluides sont pompés à travers l'entonnoir, permettant au calmar d'expirer, d'expulser les déchets, de pondre des œufs, de faire gicler de l'encre et de se déplacer dans l'eau par propulsion par jet. Il a également été récemment découvert que les méduses se déplacent à l'aide d'un système semblable à une pompe. Ces pompes naturelles mettent en valeur l'efficacité et l'adaptabilité des systèmes biologiques.

Et c'est votre lot pour aujourd'hui.

Des leviers aux pompes, la nature a réalisé de nombreuses merveilles d'ingénierie au cours de millions d'années d'essais et d'erreurs de manière variée et passionnante. Certains sont si bons qu'ils ont inspiré des inventions humaines et fourni des informations précieuses aux ingénieurs humains modernes et continueront probablement à le faire pendant de nombreuses années à venir.