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.
Prévenir la fatigue
Lorsque les matériaux qui composent les systèmes vivants sont soumis à des charges répétées, ils peuvent s'affaiblir avec le temps. C'est ce qu'on appelle la fatigue et cela peut entraîner des fissures et éventuellement une défaillance. Cependant, la fatigue ne se produit pas n'importe où sur un matériau ; les fissures commencent généralement dans des zones soumises à des contraintes locales élevées. Par conséquent, les systèmes vivants utilisent souvent des formes, des matériaux et/ou des transitions douces pour réduire le potentiel de fatigue. Un exemple d'utilisation de la forme se trouve dans les algues brunes, une algue intertidale. Plutôt que d'être plié par les forces constantes des vagues et des courants, sa forme le fait tirer. Cela réduit le stress d'environ 800 fois par rapport à une autre espèce qui se plie avec le flux, réduisant finalement la fatigue structurelle.
Empêcher la déformation
Lorsqu'un système vivant subit une compression, une tension, un cisaillement, une flexion ou une torsion, ses forces intermoléculaires internes peuvent souvent résister à ces forces et même changer de forme temporairement, revenant à la forme d'origine lorsque les forces s'arrêtent. Cependant, si la force est trop forte ou dure trop longtemps, une déformation permanente ou une défaillance structurelle peut se produire, entraînant la mort. Par conséquent, les systèmes vivants ont des stratégies pour résister à la déformation ou aider à assurer une déformation limitée. Par exemple, les os ont des cristaux minces et des fibres protéiques qui leur confèrent résistance et flexibilité, les protégeant des forces qui, autrement, provoqueraient des déformations au quotidien.
Empêcher le flambage
Lorsqu'un système vivant subit une compression au point de causer des dommages structurels, il en résulte un flambage. Par exemple, si une personne appuie sur le dessus ou sur le côté d'un gobelet en papier, la paroi du gobelet finira par céder ou se déformer. Bien qu'un système vivant puisse ajouter des matériaux pour renforcer une structure, cela nécessite de dépenser une énergie précieuse. Au lieu de cela, il doit utiliser l'énergie et les matériaux de manière conservatrice pour éviter le flambage, renforçant les structures grâce à un placement soigneux des matériaux pour résister, absorber ou dévier les forces de compression. Par exemple, au lieu d'une longue tige tubulaire, certaines plantes comme le bambou ont des nœuds plus solides dispersés le long de leurs tiges. Lorsqu'ils sont compressés, ces nœuds empêchent les tiges rondes de prendre une forme ovale qui affaiblit la structure et pourrait entraîner un flambage.
Gérer l'usure mécanique
Un système vivant est soumis à une usure mécanique lorsque deux parties se frottent l'une contre l'autre ou lorsque le système vivant entre en contact avec des composants abrasifs de son environnement, tels que le sable ou le corail. Certains composants abrasifs sont une force constante, comme les articulations des doigts en mouvement, tandis que d'autres se produisent rarement, comme une tempête de sable se déplaçant à travers un désert. Les systèmes vivants protègent de l'usure mécanique en utilisant des stratégies adaptées au niveau et à la fréquence de la source, telles que des surfaces résistantes à l'abrasion, des pièces remplaçables ou des lubrifiants. Par exemple, les articulations humaines comme les épaules et les genoux bougent les unes contre les autres toute la journée, tous les jours. Pour protéger de l'usure mécanique, un lubrifiant réduit les frottements entre le cartilage et l'articulation.