Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Coup de marteau: Comment les pics évitent les commotions cérébrales

Pic Pileated. Photo de Dick Daniels.

J'ai récemment vu un pic marteler son bec contre le bord métallique d'un bâtiment. Un pic trouve un arbre convenable (ou dans le cas de mon oiseau, un morceau de métal) qui amplifie grandement son tambourinage. Ils doivent être entendus sur tout leur territoire pour pouvoir attirer les femmes et avertir les autres hommes de rester à l'écart. En tant qu'observateur d'oiseaux, je considère ces percussions territoriales comme acquises. Mais en tant que personne intéressée à apprendre de la nature, je dois être impressionné par le fait que ces oiseaux ne se causent pas de lésions cérébrales traumatiques.

Un pic bois tambourine 18 à 22 fois par seconde avec une décélération de 1200 G. À titre de comparaison, cela représente plus de 12 fois la force G qui provoque une commotion cérébrale chez un humain. Quatre stratégies récemment ajoutées sur AskNature décrivent des adaptations permettant de protéger collectivement le cerveau contre les blessures.

Chaque adaptation ou stratégie peut aider à prévenir les dommages dus aux impacts et aux vibrations sur des dispositifs tels que les composants électroniques micro-usinés, les boîtiers d’ordinateur, les casques de vélo, les sièges auto pour enfants, les fauteuils roulants, les pare-chocs de voitures et de camions, les genoux et les articulations - en particulier pour les personnes souffrant d'arthrite - et des emballages pour protéger tous les objets fragiles tels que le verre, les œufs, etc.

Une des stratégies du pic-vert concerne la forme du bec et sa composition matérielle. Une deuxième stratégie consiste à combiner le petit volume de l’espace crânien du pic et la surface lisse du cerveau. Une troisième stratégie utilise un os spongieux en forme de plaque dans la zone frontale du crâne lui-même pour absorber les chocs. La dernière stratégie consiste en un long os flexible qui enveloppe la tête du pic et sécurise et dirige les forces de vibration du cerveau.

Je vais simplement parler de la première stratégie et vous montrer comment, lorsque vous utilisez le biomimétisme, vous pouvez transformer une stratégie biologique en stratégie pouvant être utilisée par un concepteur ou un ingénieur.

Comme expliqué sur AskNature, le bec du pic du pic est composé de deux couches: une couche interne en os solide et dense et une couche externe en matériau plus flexible. La couche externe est la première à rencontrer des forces d’impact. Le tissu flexible permet au bec de supporter de fortes contraintes et réduit le risque de choc en se pliant et en fléchissant à chaque transmittance vibratoire. Une fois que les forces atteignent l'os dur, le bec supérieur croise un très long os appelé os hyoïde qui passe au-dessus et derrière le crâne. Les forces se déplacent ensuite le long de l'os hyoïde, se détournant autour du crâne et revenant à travers la langue.

Influence directionnelle des forces exercées par l'os hyoïde. Illustrateur et détenteur des droits: Allison Miller. Avec l'aimable autorisation de l'Institut de biomimétrie 3.8.

Alors que les forces continuent de voyager le long du bec supérieur, celles qui n'ont pas été détournées rencontrent le bec inférieur. Suivant le chemin de moindre résistance, les forces vibratoires suivent la pente descendante de la forme du bec et s’éloignent de l’espace crânien où se trouve le cerveau.

Déviation des forces par le bas du bec. Illustrateur et détenteur des droits: Allison Miller. Avec l'aimable autorisation de l'Institut de biomimétrie 3.8.

En biomimétisme, il est important de prendre ce type d’informations biologiques et de les mettre en termes non biologiques. Nous appelons cette reformulation un «principe de conception».

Voici donc comment j’interprète cette stratégie de pic-bois comme un principe de conception: La protection contre les impacts, en particulier contre les forces horizontales soudaines appliquées à une extrémité de la structure, peut être obtenue en disposant une structure composée d’une couche externe flexible et d’une couche interne plus rigide. couche. Lorsqu'une force horizontale rapide est appliquée perpendiculairement à l'extrémité de la structure, la force est d'abord absorbée par la couche flexible, puis transférée vers la couche rigide interne. De là, la force est détournée vers le haut et le bas où elle se dissipe.

La biologie a disparu et il est maintenant possible que le concepteur ne soit pas effrayé. Cette quantité de détails peut suffire ou à certaines applications, comme sur le boîtier de protection d’un ordinateur portable. Cependant, pour quelque chose de plus compliqué, comme un casque de vélo conçu pour protéger votre cerveau, un principe de conception plus détaillé pourrait être utile, comme celui qui inclut la description de l'os long et flexible.

La biomimétrie est un processus multidisciplinaire. Le biologiste aide les autres membres de l'équipe à comprendre la biologie, mais développer le principe de conception et proposer des applications possibles fonctionne mieux avec les autres disciplines concernées. J'ai présenté ces quatre stratégies aux praticiens du biomimétisme dans l'un des groupes LinkedIn du biomimétisme et ils ont présenté la plupart des applications potentielles mentionnées plus haut dans l'article. J'aimerais entendre vos idées sur cette stratégie ou sur les trois autres.

Utilisé avec l'autorisation de DigiMorph.org.

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