Le professeur ingénieur François Barthelat a examiné la mécanique qui permet aux palmes d'être à la fois flexibles et rigides, les muscles à la base conférant des ondulations douces qui exercent une force considérable sur leur environnement.
"Vous obtenez cette double capacité où les ailerons peuvent se transformer, et pourtant ils sont encore assez rigides lorsqu'ils poussent l'eau", a-t-il déclaré.
« Si vous regardez une nageoire, vous verrez qu'elle est composée de nombreux rayons raides », a déclaré Barthelat. "Chacun de ces rayons peut être manipulé individuellement, tout comme vos doigts, mais il y en a 20 ou 30 dans chaque nageoire."
Les rayons sont constitués de brins segmentés minéralisés durs appelés hémitriches, joints bord à bord avec du collagène beaucoup plus doux, "ce qui en fait l'équilibre parfait entre rebondissant et rigide", selon l'université.
Tirer sur un hémitriche et pousser sur le suivant fait fléchir le rayon.
L'équipe a utilisé des simulations informatiques et des structures imprimées en 3D pour comprendre la biomécanique.
Les rayons réels sont segmentés sur leur longueur, et il s'est avéré que cela est important car cela varie périodiquement la rigidité.
Rayons modélisés à rigidité constante sur toute leur longueur (bon) s'est avéré trop rigide pour fonctionner efficacement, tandis que la segmentation (en haut à gauche) amélioration du fonctionnement.
"Jusqu'à récemment, la fonction de ces segments n'était pas claire", a déclaré Barthelat. "Les segments, essentiellement, créent ces minuscules charnières le long du rayon."
"Lorsque vous essayez de comprimer ou de tirer sur ces couches osseuses, elles ont une très grande rigidité", a-t-il poursuivi. «Ceci est essentiel pour que le rayon résiste et produise des forces hydrodynamiques qui poussent sur l'eau. Mais si vous essayez de plier des couches osseuses individuelles, elles sont très souples et cette partie est essentielle pour que les rayons se déforment facilement à partir des muscles de la base.
Où ces connaissances pourraient-elles être utilisées ?
Des ailes d'avion flexibles, pour commencer, a déclaré Barthelat. « Les avions le font maintenant, dans une certaine mesure, lorsqu'ils lâchent leurs volets, mais c'est de manière rigide. Une aile faite de matériaux en morphing, en revanche, pourrait changer de forme plus radicalement et de manière continue, un peu comme un oiseau.
Le projet n'a fait qu'effleurer la surface, a déclaré Barthelat : « Nous aimons reprendre là où les biologistes et les zoologistes se sont arrêtés, en utilisant notre expérience en mécanique des matériaux pour approfondir notre compréhension des propriétés étonnantes du monde naturel. »
L'Université du Colorado Boulder a travaillé avec l'Université catholique de Louvain, l'Université de Sydney et le MIT.
« Les segmentations dans les nageoires permettent de grandes amplitudes de morphing combinées à une rigidité à la flexion élevée pour les matériaux robotiques inspirés des poissons » décrit la recherche dans Science Robotics - le paiement requis pour l'article complet.