�La vie, euh, trouve un moyen» – appliquer les leçons de évolution pour aller sur Mars

Mars, le quatrième rocher du Soleil. Agrandir / Mars, le quatrième rocher du soleil. NASA

Comme l’a dit un jour le philosophe et mathématicien Jeff Goldblum, «la vie, euh, trouve un moyen. ”

Pour exprimer cela plus scientifiquement, l’évolution a eu des milliards des années d’essais et d’erreurs pour produire des espèces qui sont bien adapté chimiquement et physiquement. De nombreux chercheurs humains veulent imiter cette adaptation en se détournant du monde naturel en pratique dans l’ingénierie, la technologie et l’architecture. le toute l’entreprise se nomme «biomimétisme».

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Vous avez un problème scientifique? Voler une réponse à la nature

�Je pense que le biomimétisme est vraiment beau», dit Ariel Ekblaw, une étudiant au Media Lab du MIT, qui a fondé et dirige le Initiative d’exploration spatiale. “C’est à la fois un cadre et … un ensemble des outils ou des enseignements de la nature qui peuvent informer moderne projets de recherche en génie et en sciences. ”

Pour voir le spectre de la recherche en biomimétisme, j’ai assisté à une atelier de trois jours intitulé «Exploration inspirée par la nature pour Aerospace. “L’atelier a été coparrainé par Glenn Research de la NASA. Centre, l’Ohio Aerospace Institute et le Great Lakes Biomimicry. Malgré l’attention portée à l’aérospatiale, le programme allait de la simple biologie à des questions philosophiques sur les raisons de faire biomimétisme en premier lieu.

S’en tenir à la nature pour l’innovation

L’exemple classique du biomimétisme est le Velcro®. En 1941, suisse L’ingénieur George de Mestral s’est inspiré des bavures collées � la fourrure de son chien pour créer le système de fixation maintenant familier basé sur petits crochets et boucles.

Mais le Velcro® semble primitif comparé au biomimétisme moderne projets. Les chercheurs se penchent sur les nageoires de baleine des éoliennes, des roseaux communs (Phragmites australis) à étouffer sons des aéroports et des serpents latéraux pour construire des robots peut monter des pentes difficiles. D’autres étudient des organismes vivant dans environnements extrêmes – déserts de haute altitude, volcan volcanique Antarctique – pour aider à comprendre comment les humains pourraient vivre dans endroits où les ressources sont rares, que ce soit sur Terre, la Lune ou Mars.

L’objectif principal de l’atelier de biomimétisme de la NASA était de ensemble des personnes de nombreuses disciplines dans l’espoir de favoriser collaborations avec la NASA pour l’avenir de la technologie aérospatiale. De nombreux chercheurs de la NASA s’intéressent au biomimétisme, car il promet l’efficacité pure, un impératif vu le coût élevé de transporter des matériaux dans l’espace. Mais il y a aussi la perspective de éliminer le besoin de transporter les choses entièrement. Construction d’organismes eux-mêmes des matières premières disponibles de leur environnement, sous forme de nourriture (quelle que soit sa définition) et de sources de l’eau.

Par exemple, si un habitat martien peut être construit ou assemblé elle-même à partir de composants modulaires – en utilisant des matériaux obtenus sur Mars lui-même, il pourrait potentiellement économiser une grande quantité de masse pendant lancer de la Terre. Cela, à son tour, se traduit par des économies de carburant, permettant éventuellement à l’engin spatial de transporter d’autres informations importantes cargaison.

Growing food and creating a livable environment are two défis dAgrandir / Cultiver des aliments et créer un environnement habitable sont deux choses engineering challenges on Mars that are just as important as makingfuel. Real-world solutions will, sadly, probably differ a bit fromLa représentation du martien. Le martien

Concepts verts

�La biomimétrie en soi n’est pas exactement un nouveau concept; c’est en fait assez vieux », dit Teresa McNulty, qui étudie au Biomimicry Centre de l’Université d’État de l’Arizona. �[Les anciennes civilisations] seraient enregistrer ce qu’ils observent dans la nature et ensuite l’utiliser à certains égards informer de meilleures conceptions et de nouvelles technologies. ”

La recherche biomimétique moderne reprend ces vieilles idées et s’applique de manière systématique. Le champ est intrinsèquement interdisciplinaire, faisant appel à des biologistes, des robotistes, du matériel scientifiques et ingénieurs de tous les goûts. Parler avec le biomimétisme chercheurs, il n’est pas rare de trouver des personnes ayant plusieurs diplômes dans des domaines apparemment sans rapport – comme les ingénieurs qui étudient maintenant papillon des ailes ou des travaux sur le terrain en Amérique du Sud.

McNulty, par exemple, travaillait dans la métallurgie et les matériaux la science précédemment. Son intérêt pour le biomimétisme découle en grande partie d’une fort intérêt pour la durabilité.

�La nature utilise élégamment un petit sous-ensemble de matériaux sur le tableau périodique des éléments et est effectivement capable de fabriquer matériaux avec des températures ambiantes », dit-elle.

En d’autres termes, sans la possibilité de modifier radicalement la la température ou la chimie de leur environnement comme le font les humains, organismes se développent, consomment et se reproduisent en utilisant les ressources et conditions dont ils disposent. En revanche, la fabrication humaine dans les pays industrialisés dépendent souvent de températures élevées, l’utilisation inefficace de l’eau et des matériaux difficiles � extraire ou recycler (tels que les éléments de terres rares indispensables à la électronique). Pourtant, sans la possibilité de modifier radicalement le la température ou la chimie de leur environnement comme le font les humains, organismes se développent, consomment et se reproduisent en utilisant les ressources qu’ils avoir à disposition.

Cela ne signifie pas nécessairement que la «nature» (définie de manière vague) a le meilleure ou la plus efficace des façons de faire les choses ou que le biomimétisme est la seule façon d’améliorer des choses comme l’extraction des ressources et ingénierie. Nous pouvons plutôt analyser les succès connus de évolution et les utiliser comme modèle pour améliorer les pratiques actuelles. C’est un thème qui a été abordé encore et encore au cours de la Atelier d’exploration de la nature pour l’aérospatiale.

�Une des choses qui me passionne vraiment dans le biomimétisme est que la durabilité est en quelque sorte intégrée au noyau », déclare McNulty. Cette comprend l’élimination ou la réduction au minimum des déchets non recyclables. Après tout, très peu de déchets d’organismes ne sont pas utilisables par d’autres organisme. “J’espère vraiment qu’en exploitant le biomimétisme sur un système niveau, vous pouvez également obtenir un système plus durable de matériaux à partir de du berceau à la tombe, auquel cas la «tombe» n’existe pas vraiment plus. ”

The axolotl, a salamander capable of regenerating lost limbs, was parmi les créatures exposées au American Museum of Natural  History exhibit on extremophiles in recent years.Agrandir / L’axolotl, une salamandre capable de régénérer les membres perdus, était among the creatures on display at an American Museum of NaturalExposition historique sur les extrémophiles ces dernières années.AMNH

Vie extrême, ingénierie extrême

L’utilisation efficace des ressources est plus qu’un choix de conception écologique pour l’exploration spatiale: c’est une nécessité absolue. Tout matériel qui ne peuvent pas être recyclés ou réutilisés est un gaspillage d’espace et de masse; gaspillage de ressources ou de produits finis dangereux pourrait être dangereux ou fatal aux astronautes. Les missions potentielles sur équipage sont nombreuses chercheurs de biomimétisme pour cette raison.

Même un voyage de courte durée sur Mars se mesure en mois. Theplus le séjour est long, plus les problèmes de la vie y sont difficiles devenir.

Pour réfléchir à ces problèmes, les chercheurs en biomimétisme cherchent � �Extrémophiles», organismes vivant dans les conditions les plus difficiles Terre (selon les standards humains, au moins). Mars est un simultanément environnement froid, sec, chimiquement hostile et fortement irradié. Comme un En conséquence, de nombreux chercheurs en biomimétisme orientés vers l’espace examinent comment les plantes du désert extraient et purifient l’eau pour leur usage, comment les champignons prospérer dans des environnements fortement radiés, comment les protéines permettent aux insectes plier de grandes structures comme des ailes dans de petites pupes pendant métamorphose, et bien plus encore. Dans les mots de Terry Pratchett, �La vie vit partout où elle peut. Là où la vie ne peut pas, cela prend un peu plus long.”

Claudia Rivera de l’Université nationale autonome du Mexique a parlé à la conférence du “génie du lieu” ou de la manière dont les organismes s’adaptent aux conditions spécifiques d’un lieu. Sa Par exemple, le désert d’Atacama au Chili, riche et riche en écosystème compliqué malgré sa très haute altitude et la désert le plus sec en dehors de l’Antarctique. (L’Atacama peut ne pas avoir reçu des précipitations mesurables entre 1570 et 1971; même aujourd’hui, les précipitations accumulées sont mesurées en millimètres.) Scientifiques estimer que le désert a peut-être été aride pendant 3 millions d’années ou plus, ce qui signifie que la vie a eu amplement le temps de s’adapter à ses conditions.

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Les bactéries extrémophiles chiliennes se développent dans des conditions similaires à celles de Mars

Rivera a cité llareta, une plante d’Atacama tolérant les conditions extrêmes manque d’humidité, vents violents (chauds et froids) et intense ensoleillement. De l’extérieur, Llareta ressemble beaucoup à un rocher moussu ou un tapis plat de mousse; à l’intérieur, c’est un enchevêtrement dense de branches. Cette structure minimise la résistance du vent, mais elle bloque également l’humidité et limite l’évaporation. Llareta produit également des résines pour aider le plante résister à la congélation.

Comme les sols de l’Atacama sont pleins de sels et d’alcalins produits chimiques, l’eau disponible est toxique pour de nombreux organismes (y compris les humains). De plus, cette eau est souvent sous la forme d’un nombre relativement petit de molécules accrochées au sol particules, plutôt que les sols plus saturés des endroits plus humides. Les plantes du désert extraient les sels du sol et les excrètent sur leur sol feuilles, ou ils filtrent les produits chimiques qui seraient autrement toxiques pour eux.

Pourtant, les plantes extraient encore assez pour vivre. Pour le dire autrement: lorsque l’eau est rare, les organismes ne peuvent se permettre métaphoriquement de tourner le nez vers des choses difficiles à obtenir ou a mauvais goût.

Comme plusieurs sondes robotiques l’ont montré, les eaux souterraines sur Mars est abondante, surtout aux hautes latitudes. Cependant, c’est généralement congelés et mélangés avec des sels de perchlorate, des sulfates et autres produits chimiques désagréables pour les explorateurs humains – un peu comme l’eau dans la Le désert d’Atacama est toxique et difficile à obtenir.

Que ce soit en buvant, en l’utilisant pour faire pousser des aliments ou en les transformant dans un composant de carburant pour retourner sur Terre (une possibilité, car le transport de suffisamment de carburant supplémentaire pour rentrer à la maison très coûteux), il est évident que les humains devront utiliser le martien l’eau, peu importe sa toxicité.

D’autres organismes extrêmes pourraient également aider à montrer le chemin. Beaucoup espèces de bactéries ont des membranes qui permettent à l’eau mais rejettent produits chimiques toxiques. Des plantes comme le lotus sacré ont feuilles imperméables à l’eau, qui leur permettent de séparer l’eau de la saleté en utilisant la gravité seule. Comme Andrew Trunek de la NASA a déclaré dans son conférence, tout ce que les astronautes sur Mars doivent faire pour se l’eau, les organismes ont évolué pour se passer de l’énergie nucléaire plante. Si nous pouvons apprendre à faire la même chose, les humains auront beaucoup temps plus facile sur la planète rouge.

Stations spatiales à montage automatique

Ekblaw, du MIT, identifie deux approches majeures du biomimétisme la recherche: axée sur les problèmes, qui attire souvent les ingénieurs, et la curiosité, qui attire les purs scientifiques.

�Je suis principalement axé sur la résolution de problèmes car je suis un spécialiste de l’aérospatiale chercheur en structures à la recherche d’une solution évolutive, efficace et à faible consommation d’énergie moyen d’assembler l’architecture dans des environnements en apesanteur “, at-elle dit. �Le modèle actuel de la Station spatiale internationale est très compliqué, très coûteux en énergie, [et] très risqué en termes de la vie humaine à assembler. Comment pouvons-nous regarder à la nature pour un modèle de auto-assemblage – un moyen élégant, simple et efficace d’apporter des pièces ensemble?”

Ekblaw envisage un module de station spatiale qui s’assemble comme un puzzle en trois dimensions. Les instructions de montage sont toutes codé dans le cadre des pièces du puzzle, plutôt que de nécessiter robotique ou intervention humaine pour assembler le module. Les organismes font cela astuce d’auto-assemblage à plusieurs niveaux: les protéines forment des réseaux; groupe d’amibes coloniales ensemble dans un agrégat semblable à une limace qui rampe; les fourmis font collectivement un pont entre les trous. L’Assemblée n’a pas besoin d’intelligence – qu’un simple produit chimique ou électrique communication entre ses composants.

Auto-assemblage dans lequel les dimensions sont mesurées en centimètres ou en mètres est plus difficile. C’est parce qu’il y a sont potentiellement beaucoup plus de configurations possibles pour les pièces � venir ensemble. (Comme le souligne Ekblaw, si le plus souhaitable la configuration du point de vue énergétique est constituée des pièces coins opposés, vous avez un problème.)

�Comment pouvez-vous intégrer des éléments de cette logique finale dans chaque unité individuelle pour qu’elles se réunissent de manière efficace? Ekblaw dit. “Dans mon système, je le fais à l’aide d’aimants, la géométrie du biseau, [et] quelques autres propositions. “Le ce dernier inclut «polarisation», ou en utilisant un ventilateur ou une autre mécanisme pour aider à guider les morceaux les uns vers les autres.

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