Actionneur hydraulique sensible à l'humidité inspiré des pommes de pin

Innovation : milieu universitaire

Université technique de Munich

2017

Image: Aaron Burden / Unsplash / CC BY SA - Attribution Creative Commons + Partage dans les mêmes conditions

Détecter les indices de température de l'environnement

Certains systèmes vivants utilisent leur capacité à percevoir la température pour trouver des proies ou éviter les prédateurs, ou comme moyen d'obtenir des informations sur leur environnement, par exemple s'ils se trouvent à proximité d'un endroit chaud ou froid. Les gradients de température peuvent être subtils et se moduler lorsqu'ils se déplacent dans l'eau, l'air ou les solides. Les organismes vivants doivent donc disposer d'une variété de capteurs thermiques adaptés à un milieu donné (liquide, gaz, solide). Certains ont même un moyen de « visualiser » la source d'un signal. Par exemple, le serpent à sonnette a des capteurs de chaleur avec des milliers de terminaisons nerveuses situées dans des trous en forme de fosse de chaque côté de son visage. La sensibilité des fosses se chevauche, donnant au serpent une image bifocale de la source de chaleur.

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Détecter les conditions atmosphériques

Pour certains systèmes vivants, la capacité à détecter les changements des conditions atmosphériques peut être très précieuse. En prédisant les changements climatiques régionaux ou dans des conditions très localisées, les systèmes vivants peuvent éviter ou profiter de ces changements. Étant donné que de tels ajustements peuvent être très subtils, les systèmes vivants doivent être capables de détecter de minuscules variations d'humidité, de pression barométrique, d'ions dans l'air et d'autres signaux environnementaux. De nombreux insectes et oiseaux, par exemple, peuvent prédire les tempêtes imminentes et se mettre à l'abri avant que leur vie ne soit mise en danger.

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Modifier la taille/la forme/la masse/le volume

De nombreux systèmes vivants modifient leurs propriétés physiques, telles que la taille, la forme, la masse ou le volume. Ces modifications se produisent en réponse aux besoins du système vivant et/ou aux conditions environnementales changeantes. Par exemple, ils peuvent le faire pour se déplacer plus efficacement, échapper aux prédateurs, se remettre des dégâts ou pour de nombreuses autres raisons. Ces modifications nécessitent des taux et des niveaux de réponse appropriés. La modification de l'une de ces propriétés nécessite des matériaux pour permettre de tels changements, des signaux pour effectuer les changements et des mécanismes pour les contrôler. Un exemple est le poisson porc-épic, qui se protège des prédateurs en prenant des gorgées d'eau ou d'air pour gonfler son corps et ériger des épines incrustées dans sa peau.

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Protéger de la température

De nombreux systèmes vivants fonctionnent mieux dans des plages de température spécifiques. Des températures supérieures ou inférieures à cette plage peuvent avoir un impact négatif sur les processus physiologiques ou chimiques d'un système vivant et endommager son extérieur ou son intérieur. Les systèmes vivants doivent gérer des températures élevées ou basses en utilisant un minimum d'énergie, ce qui nécessite souvent de contrôler les réponses en fonction des changements de température incrémentiels. Pour ce faire, les systèmes vivants utilisent diverses stratégies, telles qu'éviter les températures élevées ou basses, éliminer l'excès de chaleur et retenir la chaleur. L'isolation est un exemple bien connu de gestion des basses températures en retenant la chaleur à l'aide d'épaisses couches de cheveux, de fourrure , ou des plumes pour retenir l'air chaud près de la peau.

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L'actionneur hydraulique de l'Université technique de Munich peut gonfler passivement pour changer de forme, réduisant ainsi la consommation d'énergie.

Avantages

Autonome
Consommation d'énergie réduite
Durabilité

Applications

Conception des bâtiments
Architecture
Systèmes de chauffage et de refroidissement

Objectifs de développement durable des Nations Unies abordés

Objectif 11 : Villes et communautés durables
Objectif 12 : Production et consommation responsables

Bioutilisation

Cellulose

Le projet

Les actionneurs courants utilisés dans de nombreuses industries différentes nécessitent de l'électricité, ce qui peut représenter une dépense importante. De plus, les actionneurs critiques, comme ceux des applications médicales, peuvent tomber en panne pendant les pannes de courant, ce qui entraîne des risques pour la sécurité.

Détails de l'innovation

L'actionneur hydraulique réagit dynamiquement aux changements d'humidité de l'air. Il est composé de deux couches qui absorbent des quantités variables de liquide pour contrôler les propriétés mécaniques du système. Une des couches contient , un polysaccharide considéré comme l'un des biopolymères les plus abondants au monde. L'autre couche maintient l'intégrité structurelle du système. L'actionneur peut être utilisé dans des bâtiments intelligents pour permettre un échange de chaleur avec l'environnement, réduisant ainsi la consommation d'énergie et les coûts.

Histoire de biomimétisme

Les pommes de pin réagissent naturellement à différents degrés d'humidité en s'ouvrant et en se fermant. Les écailles fléchissent passivement en réponse aux changements de niveaux d'humidité via une structure à deux couches. La première couche est composée de parois cellulaires constituées de lignine, un trouve dans les plantes. Le deuxième composant est la cellulose, une fibre présente dans la plupart des plantes. Les écailles de la pomme de pin sont disposées de sorte que lorsque l'air est humide, les cellules externes se dilatent vers le noyau, pinçant la pomme de pin. Lorsque l'atmosphère est sèche, la pomme de pin reste ouverte avec des écailles recourbées pour permettre au vent de disperser ses graines.

Références

Article de revue

Vers une nouvelle génération d'actionneurs biomimétiques intelligents pour l'architecture

Matériaux avancés

aperçu intégré

DemandezNature