Biomimicry je proces inovace a strojírenství . Je inspirován formami, materiály, vlastnostmi, procesy a funkcemi živých věcí . Může se týkat nanometrických a biomolekulárních měřítek, například DNA a RNA , a až makroskopických a ekosystémových měřítek , tedy včetně ekosystémových služeb .
Hledá tedy udržitelná řešení produkovaná přírodou, vybraná mnoha druhy, testovaná evolucí v biosféře .
Biomimetické je kreativní interdisciplinární proces mezi biologií a technologií, která si klade za cíl řešit problémy antropocentrické od abstrakce, převod a aplikace poznatků z biologických modelů. Rozvoj procesů a organizací umožňujících udržitelný rozvoj společností, biomimikry a biomimetiky je někdy zaměňován s bioinspirací , která je obecnějším pojmem, protože je definována jako „kreativní přístup založený na pozorování lidských bytostí. Biologických systémů“.
Biomimikry jsou stále rozvíjející se oblasti výzkumu a technických, lékařských, průmyslových a bioekonomických oborů, včetně podoborů jako bionika , bioasistence a biomimetická architektura. Někteří autoři to považují za novou cestu udržitelného a integrovaného rozvoje v biosféře, která umožňuje rozvoj procesů a organizací, které otevírají možnost udržitelného rozvoje pro společnosti.
Etymologie : Termín pochází z řečtiny, βίος bíos (život) a μίμησις mímêsis (napodobenina).
Byl to Otto Schmitt (americký vědec a vynálezce), kdo vytvořil anglickou neologickou biomimetiku (biomimikry pro francouzsky mluvící), aby popsal pojem přenosu procesu z biologie na technologii. Janine Benyus ji poté popularizovala, zejména ve své knize z roku 1997, kde nás vyzývá, abychom považovali přírodu za „model, měřítko a mentora“ , a to tím, že trvá na důležitosti spojování udržitelnosti s využitím biomimikry;
V částečně vznikající oblasti řešení inspirovaných přírodou , včetně boje proti změně klimatu , není slovní zásoba (slova, výrazy) a její překlady z jednoho jazyka do druhého pevně stanovena, zejména podle AFNOR pro slova „ bioinspirace “, „ biomimetika “, „biomimikry“, „ bionika “, „ biotechnologie “, „ bioinženýrství “, což může vést ke zmatku, a do tohoto seznamu bychom mohli přidat slovo ecomimikry .
V roce 2011 byl zahájen dvojitý projekt průmyslové standardizace konceptů biomimetiky a biomimikry (prosazovaný zejména Německem a realizovaný Francií), kterou uspořádala „AFNOR biomimetická standardizační komise“, které předsedal Thibault Prévost s posláním objasnit tyto pojmy usnadnit komunikaci mezi vývojáři, designéry, uživateli, inženýry a techniky, finančníky atd. ( „Klasifikace, definice a vývoj terminologie biomimetiky“ ve dvou osách:
V květnu 2013 uspořádala AFNOR dvoudenní zasedání Mezinárodního sekretariátu pro biomimetiku , kde obhájila několik návrhů na vypracování norem v této oblasti; Dva návrhy mezinárodních „dobrovolných norem“ týkajících se biomimetik (a nikoli biomimikry, u nichž se od roku 2011 zkoumá další návrh normy) pod záštitou ISO ;
Pro Thibault Prévost je „standardizace v oblasti biomimetiky důležitá a inovativní“, protože „normativní práce se zaměřuje na rozvoj přístupů průmyslového výzkumu přímo založených na skutečné bohatosti živých systémů, které jsou potenciální„ živnou půdou “pro nová řešení pro člověk a osvědčený model udržitelnosti “ . V roce 2014 byly zveřejněny dva návrhy standardů AFNOR :
Tyto dva projekty byly předloženy ke stanovisku v roce 2014 AFNOR (veřejná konzultace ukončena 30. 6. 2014 ).
Výraz „bioinspirace“ není překladem ani francouzskou adaptací termínu biomimikry (bioimikry, blízký výraz, který však vynalezli severoameričtí vědci (včetně Janine Benyusové ). Bioinspirace a biomimikry by tedy byly dva termíny a koncepty, které mají mnoho společných bodů, aniž by byly synonyma.
Mnoho Vědci, architekti, průmyslníci, prospektivisté a některé Vlády se domnívají, že biomimikry by také mohly být vektorem změn, znečišťující „uhlíkové“ ekonomiky a náročné na prostor, energii a nerostné přírodní zdroje směrem k „ zelená ekonomika “založená na jednoduchých, čistých, bezpečných a střízlivých technologiích, energetický přechod , dokonce k ekologickému a sociálnímu přechodu , v reakci na ekonomické a ekologické krize spojené s nadměrným využíváním přírodních zdrojů .
Sázky jsou také ekonomické (americká zpráva odhaduje v roce 2025 na 1000 miliard dolarů, jaký by mohl být trh s biomimikry). Bioinspiration často pomáhá „přehodnotit výrobní systém“, tím, že účinnější, levnější a méně poškozuje vis-a-vis na životní prostředí, ale ve Francii, se EHSV domnívá, že je příliš brzy a tam je nedostatek vhodných nástrojů provést přesné ekonomické hodnocení očekávaných přínosů.
Biomimikry je neutrální proces: může být zdrojem pokroku . Mohla by však být použita také k výrobě nových vojenských nebo ekonomických zbraní nebo k novému plýtvání zdroji. A když se provádějí převody do nanotechnologického nebo biotechnologického průmyslu, je třeba vzít v úvahu nová nebo vznikající rizika, pokud jde o zdraví životního prostředí a / nebo pro ekosystémy. Vznikají složité problémy etiky životního prostředí , zejména:
Od pravěku lidé při pozorování živého světa pravděpodobně našli mnoho odpovědí na jednoduché a složité problémy. Příroda skutečně prostřednictvím hry evoluce a přirozeného výběru vyřešila mnoho problémů bioinženýrství, jako je hydrofobicita ( odpuzovaná voda ), odolnost proti větru, akumulace energie, studená biosyntéza při okolním tlaku, vlastní montáž a zachycování sluneční energie prostřednictvím vyrobených a vybraných mechanismů vývojem.
Často zmiňovaným příkladem biomimikry je studie ptáků , která umožňuje lidem létat nebo stoupat. Nevytvořil létající stroj, ale Leonardo da Vinci (1452-1519) pozoroval anatomii a let ptáků s mnoha poznámkami a náčrtky, které inspirovaly jeho létající stroje . Bratři Wrightové , kteří byli průkopníkem prvního letadla těžšího než vzduch v roce 1903 , se nechali inspirovat holuby za letu. Jiní vynálezci vyrobili netopýra svým modelem.
Otto Schmitt , o kterém se říká, že vytvořil slovo biomimikry (anglicky: biomimetics ) k popisu přenosu procesů z biologie na technologii, vynalezl Schmittovu houpačku pokusem napodobit přenos signálů nervy.
Hospodářská, sociální a environmentální rada (CESE) bylo uvedeno v roce 2016, že je rozdíl mezi jednoduché napodobování přírody a Biomimikry je požadavek na udržitelnost a že „nedávné technologické pokroky, zejména pozorování v měřítku nanometru otevřela obrovské pole slibující vyšetřování “ .
Nanobiomimikry je napodobování biologických struktur v mikroskopickém nebo nanometrickém měřítku . Příroda poskytuje v těchto měřítcích širokou škálu struktur, které jsou zdrojem inspirace pro nové materiály.
Tak Spongilla lacustris , je sladkovodní houba , je schopen filtrovat 70 krát svůj objem tělo vodou každou minutu, zatímco okysličování to díky symbióze s řas ; zatímco jiné houby rodu Euplectella spontánně produkují křemičitá optická vlákna odolnější než ty, které produkují lidé, a při nízké teplotě. Nanobiomimikrie již umožnila vyrábět klíčové komponenty trpasličích zařízení, jako jsou nanodráty , kvantové tečky a nanotrubice, efektivním a jednoduchým způsobem ve srovnání s konvenčními litografickými technikami . Nachází se například v detektorech , fotovoltaických modulech , filtračních systémech , izolacích a lékařských použitích. V letech 2016-2017 vědci vyrobili ocel napodobující kost .
Nanobiomimikry zahrnují úzkou spolupráci mezi biology, ekology, inženýry, fyziky a odborníky na nanotechnologie.
Jemné struktury povrchu určitých organismů, které jim dodávají jejich strukturu nebo zbarvení, si mohou vypůjčit obrazovky, těla, kamufláž, okna nebo optické obvody ... Tyto strukturní barvy jsou způsobeny interferencí světelných vln dopadajících na povrch, spíše než pigmenty . Mezi tyto povrchy patří hřebeny, žebra, lamely a žebra, někdy uspořádaná do několika vrstev, které se člověk snaží napodobit a vytvářet displeje s vysokým rozlišením a nízkou spotřebou.
Často jde o rekonstituci mikroskopického biologického systému z jeho elementárních složek, aby se reprodukovalo celé nebo část skutečného chování. Běžně používané komponenty jsou:
Budování biomimetického modelu může umožnit ověřit hypotézy o fungování systému. Ale extrémní složitost systémů v buněčné nebo molekulární biologii omezuje modelování na konkrétní případy. Biomimetik nadále podléhá experimentům prováděným na skutečných systémech.
V molekulární biofyzice se biomimetické experimenty provádějí in vitro (na rozdíl od experimentů prováděných v živých buňkách ( in vivo ), ale všechny experimenty s jednou buňkou se z určitého hlediska provádějí in vitro ).
Zde je několik příkladů biomimetických experimentů :
Tento přístup se nezaměřuje na využívání přírodních zdrojů nebo kopírování přírodních prvků, ale hlouběji na to, co se člověk může dozvědět o fungování biosféry , jejích potravinových sítích a vývoji a adaptaci druhů a ekosystémů. Přístup je holističtější . Znamená to nový přístup ve způsobu vidění a vede k novým způsobům odhadu „hodnoty“ přírody, hodnoty biologické rozmanitosti a služeb, které poskytuje.
Biolog Janine Benyus , na počátku 1990, navrhl tento nový přístup ve své knize Biomimikry: Inovace inspirovaných přírodou . Podle ní nám lekce, které nám příroda poskytuje, zahrnují to, že:
Janine Benyus trvá na schopnost přírody se biosyntézy a struktury organických nebo minerálních látek (např. Shell ) přes molekulární samoshlukující procesy, ve kterých živé organismy integraci informací.
Rostliny jsou důležitým zdrojem inspirace Fyto-čištění (a houbaření ) nebo většina čistíren je inspirována ekosystémy k čištění vody, vzduchu a půdy. Projekty hardwaru , softwaru , senzorů , akčních členů a robotů se snaží inspirovat světem rostlin a zejména jeho schopnostmi pro fototaxi , chemotaxi , fotosyntézu a biosyntézu . Jejich kořenové systémy by mohly inspirovat robotické systémy pro průzkum, monitorování nebo těžbu zemin a sedimentů nebo vadných sítí, případně pomocí osmotické síly , detekcí konkrétních zdrojů nebo podmínek. Multi-trofických integrované akvakultury (IMTA nebo: Integrovaná multi-trofické akvakultury angličtině) je zvláště testován v Norsku a Kanadě. Je inspirován skutečností, že na moři se řasy, krmítka filtrů a zvířata doplňují, někteří spotřebovávají odpad ostatních, krmítka filtrují vodu. Mohlo by to být spojeno s umělým útesem a / nebo zařízením na agregaci ryb ;
Suchý zip je inspirovaný háčky propagule obsahující semena lopuchu .
Některé zdravotnické prostředky byly inspirovány tím, co příroda dokázala u lidí nejlépe (a často i jednodušší). Všimněte si poslechového systému SKOP vyvinutého francouzským startupem, který vám umožní poslouchat srdce a plíce v kvalitě zvuku, kterou profesionálové kvalifikují jako vynikající. Tento systém je inspirován lidskou hlemýžďem , který čistí a zesiluje vlnové délky užitečné pro lidský sluch. Návrhář, který se používá v oblasti zdraví lidí a zvířat, se nechal inspirovat lidským uchem, a to v celé jeho jednoduchosti.
Pavouk hedvábí je polymer , jehož molekulová konfigurace se může lišit a rychle adaptovat na teplotu a vlhkost. Je zvláště schopný „ superkontrakce “ (od 10 do 140 MPa napětí), když je vlhký (za několik minut, když vlhkost překročí 70%), a rychleji, když je náhle mokrý.
Tyto turbojets vytvořen na modelu Nautilus .
Sprchové zástěny, samočisticí okna a některé nátěry v leteckém průmyslu byly vytvořeny díky objevu „ lotosového efektu “.
Určité typy ekologických stanovišť si půjčují modely materiálů, architektury a / nebo pasivních klimatizačních systémů z termitů , které by brzy mohly také těžit z principů konstrukce pomocí aditivní výroby („ tištěná architektura “).
Vytvářením pantografů ve tvaru křídla, které reprodukují strukturu sovy , se snižuje hluk Shinkansenu , pro pohodlí cestujících tohoto vlaku, jehož přední část je inspirována zobákem ledňáčka říčního, aby lépe zvládla přetlaky v tunelu vstup.
Bio-inspirovaná robotika testuje robota-chobotnice, robota-ryby nebo robota-medúzy schopného pohybu ve vodě, roboty s pružnými chapadly (jako jsou chobotnice) nebo mnohem tenčími, případně vybavenými sonarem napodobujícím (v mělké vodě) delfíny . Další roboti, kteří dokážou plazit, létat, chodit nebo běžet jako zvíře (někdy nést těžká břemena) nebo být schopni prozkoumat radioaktivní nebo mimoplanetární prostředí, vyvíjejí různí aktéři (např. JPL, SCHAFT Inc, CMU NREC, univerzita společnosti Drexel, RoMeLa of Virginia Tech jménem Nasa / JPL a / nebo armády (prostřednictvím DARPA ) a ve spojení se specialisty MIT (MIT Robot Locomotion Group) na umělou inteligenci a rozhraní člověk-stroj (např. „Florida Institute“ for Human and Machine Cognition “nebo IHMC). Většina prototypů těchto robotů je více či méně inspirována zvířecími organismy nebo lidským organismem); Některé mají „multimodální cestování“ (např. Robot-chobotnice schopná kráčet po dně nebo se pohánět jako chobotnice).
„ Plášť neviditelnosti “ (adaptivní, včetně infračerveného ) by mohl být inspirován adaptivní barevnou a strukturální kamufláží určitých hlavonožců (s barevným zabarvením kůže jako flexibilní LCD obrazovkou nebo skupinou proteinů. ( Reflectins ) by hrálo roli LCD s dalšími, které by mohly také upravit tvar vnější obálky (jako u chobotnice nebo dokonce u některých sépií . Pikul a kol. V říjnu 2017 se podařilo získat složité textury s upravitelným reliéfem na umělé „kůži“ na bázi silikonu. Možnosti programovatelné dvourozměrné nebo trojrozměrné transformace elastických a barevných povrchů jsou stále primitivní, ale například spojené s umělou neuronovou sítí nebo s lepším zvládnutím nanotruktur umožňují zahlédnout nové pole možností. v tomto případě jsou elastomerní membrány potaženy neroztažitelnými textilními oky a může jich být více či méně "nafouknuté" vložky do předem naprogramovaných tvarů. Hlavonožci jsou důležitým zdrojem inspirace pro tyto názory.
U robotů jsou systémy adheze inspirovány přísavkou (používanou chobotnicí , mořskou sasankou , kýrem ...), mačkami určitých rostlin (mačkami liána virginského ), bakteriálními koloniemi ( biofilm ). Abychom lépe vyhověli potřebám průzkumu vesmíru, hledáme alternativy k uchopovačům opačných prstů (inspirovaným rukou), které špatně uchopí velké objekty nebo vesmírné úlomky; Přísavky se nebude fungovat ve vakuu, ani lepivé chemie lepidla neúčinné v extrémních teplotních rozsazích oběžné dráze Země. V roce 2017 byly vyvinuty a úspěšně otestovány způsoby uchopení nebo hákování biologicky inspirované povrchy prstů gekonů „ suchou adhezí “ ; jsou založeny na mikroskopických křemíkových vláknech . Tyto nové pseudo-přísavky fungují také na souši, například zůstávají přilepené ke zdi během několika týdnů testů. Budoucí roboti by mohli být vybaveni k provádění výletů nebo oprav na kosmické lodi. Tímto způsobem mohli také jednoho dne zachytit vesmírné trosky nebezpečně zatěžující oběžnou dráhu Země .
Objevují se nano- nebo mikro-roboti . Jeden (inspirovaný gerrisem ) chodí po vodě a využívá povrchové napětí vody. Jiní létají nebo plavou jako hmyz; Vědci CNRS vytvořili „umělé mikroplavce“, což naznačuje možné inovace v oblasti nanomedicíny (tito nano nebo mikroplavci by mohli přepravovat malé množství léků v cévách ).
Systém ( Wi track ) připomínající echolokaci , ale založený na rádiových vlnách procházejících stěnami, ale odražených lidským tělem, umožňuje lokalizovat polohu a pohyby lidského těla „skrz stěny“ a ovládat objekty na vzdálenost, i přes zeď.
Kovová struktura Eiffelovy věže představuje analogii se strukturou femuru; Architekti jsou inspirováni různými typy koster a přírodních struktur.
Žralok je dalším zdrojem inspirace: Fastskin plavat oblek napodobuje kůži z mako žralok ; společnost Lufthansa usiluje o zlepšení klouzání ve vzduchu trupu Airbusu A340 -300 díky laku s efektem „žraločí kůže“ a v roce 2016 se ukázalo, že páteř žraločího psa ztuhne. plave rychleji a umožňuje efektivní plavání při různých rychlostech, což by mohlo vyvolat nové koncepty v robotice a biomateriálech.
Tyto termitů valy byly přímo inspiroval Eastgate Centre , což je jeden z nejlepších příkladů Biomimikry. Tento supermarket, postavený v roce 1996 v Harare v Zimbabwe , byl vytvořen a kopírován přes strukturu termitiště, aby se udrželo rovnoměrné teplo. Jedná se o model ventilace a izolace. Mnoho otvorů umožňuje vstup vzduchu ze spodní části budovy, zatímco velké komíny umožňují evakuaci horkého vzduchu, který proudí konvekcí. Tato instalace vytváří přirozený proud vzduchu. A v noci budova rozptyluje uložené teplo. Budova tedy spotřebovává o 90% méně energie, než je průměr.
Chitinous plášť z Stenocara brouků inspirovalo systémů pro sběr vody ve vzduchu (rosný kolektor), ulity korýšů ( chitinu ), jsou v zájmu výrobců, kteří hledají ekologické alternativy k plastu a nedávné práci (2019, publikované v Acta Biomaterialia ), ukázaly, že měkké látky na břišní straně humra jsou extrémně silné a elastické (stejně silné jako průmyslová guma používaná k výrobě pneumatik ). Je to forma chitinu složená z přibližně 90% vody (což je činí obzvláště elastickým, uspořádaným do listů s mikroskopickou tloušťkou, jejichž orientace vláken se u každého listu liší; trochu jako u překližky ).
Desetiletí studie zpracování signálu echolokace z velryb a netopýrů pomohly neuroscience pochopit, jak tato zvířata rozlišovat předměty zájmu ve složitém prostředí a pozadím pomocí ozvěny, které obdrží (prostřednictvím sluchu) a takzvaný „světské vázání“ proces . Tyto mechanismy by mohly „vést k inteligentním sonarovým a radarovým technologiím“ .
Nové katalytické dráhy: biokatalyzátory by mohly umožnit produkci proteinů, anorganických polymerů ( biomineralizace ) při nízké teplotě, při okolním tlaku a ve vodě, při zachování materiálu a / nebo energie. Pokouší se také vytvořit delokalizované systémy pro výrobu vodíku a / nebo elektřiny, které napodobují proces fotosyntézy .
Ultračistý vodní filtr by mohl sestávat z membrán a proteinových bran napodobujících systémy při práci v přírodě.
K šíření této koncepce přispěl Institut biomimikry , založený Janine Benyusovou, stejně jako organizace Biomimicry Europa a ICDD v Evropě . Stejně jako pro mezinárodní setkání, například v Bostonu v roce 2011. Mezinárodní vědecký časopis je věnován předmětu: Bioinspirace a biomimetika .
Zdá se, že v této oblasti je pokročilejší několik zemí, například Německo (základna mezinárodní sítě BIOKON ), Spojené království , USA a Japonsko . Kolem nich je organizován výzkum a vývoj a výuka, přičemž Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering ( Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering ) na Harvardu je výzkumné centrum bioinženýrství vytvořené v roce 2009 díky daru ve výši 125 milionů dolarů od švýcarského podnikatele Hansjörga Wysse , zejména pracovat na biomimetických systémech , inteligentních nebo „pokročilých“ materiálech a biologicky inspirované robotice, i když jsou stále příliš experimentální na to, aby je zajímalo. “Průmysl. Podporuje mezioborovost mezi týmy a každý tým trénují lidé s komerčními profily, kteří musí „zajistit průmyslový účel vyvinutých technologií“ .
Architekti se o toto téma zajímají, příroda je jedním ze zdrojů některých architektů a dekoratérů ( například secese ). Biomimikry - architektura ovlivněná přírodními systémy , výstava budov a projekty architekta Moti Bodek , Postupim, Německo. Může 2014. Urbanisté také zabírají předmět, například s projektem nového města Mugaon v Lavasa v Indii, první integrovat zásady Biomimikry do celého města.
Biomimicry je trasa navržená v roce 2012 Generální komisí pro udržitelný rozvoj (CGDD) a ministerstvem odpovědným za ekologii. V roce 2007 ho zpráva Senátu považovala za „jeden z nástrojů čtvrté průmyslové revoluce“ . A v letech 2012–2013 je toto téma pod vedením Dominique Drona jednou z akcí pěti průřezových projektů CGDD a tří jejích entit (DDD, DRI, SEEID) zaměřených na „zelenou, odolnou a spravedlivý “ . Zajímá se o určité klastry konkurenceschopnosti . Předmět je sledován zejména Ministerstvem životního prostředí a je integrován do národní strategie ekologické transformace .
Od konce roku 2011 AFNOR pracuje na mezinárodním projektu normalizace biomimikry na základě žádosti Německého institutu pro normalizaci (DIN) předložené v květnu 2011 Mezinárodní organizaci pro normalizaci (ISO). ISO 18459: 2015 určuje již „funkce a aplikace optimalizačních metod biomimetických“ , když se nosí nosné konstrukce problémů odporu při statických a únavových zatížení. ISO / DIS 18457 se zabývá biomimikry aplikovanou na určité biomimetické materiály, struktury a komponenty, zatímco ISO / TC 266 klasifikuje a definuje pole a rámcovou terminologii týkající se biomimikry „pro vědecké, průmyslové a vzdělávací účely“ .
V roce 2013 se CCI Région Nord de France s pomocí Evropské unie rozhodla pomoci 20 malým a středním podnikům (prostřednictvím bezplatné podpory, po výběru odpovědí na výzvu k podávání žádostí) zvýšit jejich odolnost jako aktivum „přizpůsobit se, předvídat a učit se s cílem nalézt příznivé reakce na změny v jeho prostředí. Za tímto účelem se bude společnost pokud možno inspirovat z modelů implementovaných přírodou, její ekosystémy vykazující velkou schopnost adaptace po miliony let… “ .
V roce 2015, s téměř 100 probíhajícími výzkumnými projekty, a přestože je do tohoto přístupu zapojeno přibližně padesát společností, bylo v roce 2015 v Senlisu v Pikardii založeno Evropské centrum excelence v biomimikrii (Ceebios) . Tomuto centru předsedá Gilles Bœuf (bývalý prezident Národního přírodovědného muzea v letech 2009–2015). Jeho cílem je spojit základní státní výzkum, aplikovaný výzkum , společnosti a nevládní organizace se zájmem o toto téma v rámci projektu ekonomického a vědeckého rozvoje této nově vznikající vědy a techniky, a to podporou transdisciplinarity. Organizuje také školení. Je organizována do čtyř pólů: výzkum, kongresy / konference, školení a „obchodní kampus“ (otevřený pro začínající podniky, malé a střední podniky a VSE, s kancelářemi, souvisejícími službami a teleworkingovým centrem).