La tête de pic inspire les amortisseurs

Par Paul Marks

4 février 2011

Pic contre amortisseur

Lorsque les enquêteurs sur les accidents aériens du futur récupèrent un enregistreur de vol de l'épave d'un avion, ils peuvent avoir le pic à front doré, Melanerpes aurifons, à remercier pour la survie des données de vol. La raison? Un amortisseur inspiré de la capacité de l'oiseau à résister à de fortes décélérations.

La tête d'un pic subit des décélérations de 1200 g lorsqu'il tambourine sur un arbre jusqu'à 22 fois par seconde. Les humains sont souvent commotionnés s'ils subissent une commotion cérébrale de 80 à 100 g. La façon dont le pic évite les lésions cérébrales n'était donc pas claire.

Alors Sang-Hee Yoon et Sungmin Park de l'Université de Californie à Berkeley, ont étudié la vidéo et les tomodensitogrammes de la tête et du cou de l'oiseau et ont découvert qu'il avait quatre structures qui absorbent les chocs mécaniques.

Publicité

Ce sont son bec dur mais élastique; une structure de soutien de la langue nerveuse et élastique qui s'étend derrière le crâne appelée hyoïde; une zone d'os spongieux dans son crâne; et la façon dont le crâne et le liquide céphalo-rachidien interagissent pour supprimer les vibrations.

Les chercheurs ont ensuite entrepris de trouver des analogues artificiels pour tous ces facteurs afin de pouvoir construire un système mécanique d'absorption des chocs pour protéger la microélectronique qui fonctionne de manière similaire.

Pour imiter la résistance à la déformation du bec, ils utilisent une enceinte métallique cylindrique. La capacité de l'hyoïde à répartir les charges mécaniques est imitée par une couche de caoutchouc à l'intérieur de ce cylindre, et le crâne/liquide céphalo-rachidien par une couche d'aluminium. La résistance aux vibrations de l'os spongieux est imitée par des sphères de verre de 1 millimètre de diamètre serrées, dans lesquelles se trouve le circuit fragile (voir schéma).

Pour tester leur système, Yoon et Park l'ont placé à l'intérieur d'une balle et ont utilisé un pistolet à air comprimé pour le tirer sur un mur en aluminium. Ils ont découvert que leur système protégeait l'électronique qui y était intégrée contre les chocs pouvant atteindre 60 000 g. Les enregistreurs de vol d'aujourd'hui peuvent supporter des chocs de 1000g.

"Nous savons maintenant comment empêcher la rupture des microdispositifs par un choc mécanique", déclare Yoon. "Un institut en Corée étudie actuellement certaines applications militaires de la technologie."

En plus d'un rôle possible dans la protection de l'électronique des enregistreurs de vol, l'amortisseur pourrait également être utilisé dans les bombes "casse-bunker", ainsi que pour protéger les engins spatiaux des collisions avec des micrométéorites et des débris spatiaux. Il pourrait également être utilisé pour protéger l'électronique dans les voitures.

"Cette étude est un exemple fascinant de la façon dont la nature développe des structures hautement avancées en combinaison pour résoudre ce qui semble à première vue être un défi impossible", déclare Kim Blackburn, ingénieur à l'Université de Cranfield au Royaume-Uni, spécialisée dans les études d'impact sur l'automobile.

"Cela peut éclairer notre réflexion sur les amortisseurs régénératifs pour les véhicules, en redirigeant l'énergie vers une forme plus facilement récupérable que de la rejeter dans la chaleur", ajoute Blackburn. "En fin de compte, nous devons apprendre du pic pour récupérer de l'énergie et ne pas donner mal à la tête au conducteur."

Nick Fry, directeur général de l'équipe de Formule 1 Mercedes GP Petronas basée à Brackley, au Royaume-Uni, a déclaré que de telles idées pourraient contribuer à la protection contre les collisions pour les pilotes participant au sport automobile : "Un gros problème avec la Formule 1 est de protéger le pilote en le faisant décélérer en cas d'accident de manière à ce que ses organes internes et son cerveau ne soient pas transformés en bouillie."

"Nous le faisons avec une conception intelligente des composites, des ceintures de sécurité très sophistiquées et un système de retenue de la tête et du cou", explique Fry. "Mais cette recherche pourrait être quelque chose sur laquelle nous pourrons nous appuyer à l'avenir - cela pourrait être très intéressant."

Référence du journal : Bioinspiration and Biomimetics, DOI : 10.1088/1748-3182/6/1/016003

Les sujets:

Publicité