Le terme "structure" désigne l'organisation des éléments d'un système. Une structure permet à un système de lui donner une forme, d'être rigide et cohérent. De plus, les éléments qui composent un système peuvent être dépendants les uns des autres.
Dans cette sous-partie, nous étudierons la structure de la queue de l'hippocampe, puis celle de l'aile.
La structure de l'aile a été étudiée au début de l'histoire de l'aviation, notamment pour mieux comprendre son fonctionnement. Nous nous pencherons donc sur deux pionniers de l'aviation.
Structures
Otto Lilienthal (1848-1896)
Otto et son frère Gustav Lilienthal ont étudié le vol des cigognes. Otto tente de planer à la manière des cigognes, grâce à de grandes ailes fixées à ses épaules. En 1873, il démontre scientifiquement les capacités de portance des ailes d'oiseaux. Après avoir longuement étudié le vol des oiseaux, il réalise en 1891, près de Potsdam, le premier vol plané de l’histoire, d’une distance de 80 m. En 1892, il réussit un vol plané d'une longueur de 90 m à 30 m d'altitude grâce à un planeur plus sophistiqué et plus aérodynamique, recouvert de tissu.
Quelques années plus tard, en 1893, après avoir réduit la taille des ailes, Otto Lilienthal accomplit un vol long de 800 m. Il invente alors un modèle à ailes courtes. Il appelle ces ailes "ailes de tempête" car elles sont censées mieux résister aux vents violents. Puis en 1895, ce pionnier des cieux réalise encore un autre modèle: le grand biplan. Ce modèle possède une grande portance et une envergure toujours assez réduite. Les résultats sont convaincants pour Otto Lilienthal.
Otto Lilienthal reste connu pour ses recherches sur les oiseaux, et pour avoir fondé la science de l'aérodynamique de l'aile et établi des concepts encore utilisés de nos jours.
A la différence des autres animaux aquatiques qui possèdent une queue cylindrique, les hippocampes ont une queue de forme carrée. Cette particularité intéresse déjà les chercheurs qui y voient un grand potentiel dans la robotique.
La queue de l'hippocampe
L'hippocampe a une queue carrée tandis que les autres animaux, en général, ont une queue cylindrique. La queue de l'hippocampe est une succession de segments osseux carrés qui sont reliés, ce qui permet une grande flexibilité. La queue est donc constituée de plaques osseuses carrées et mobiles reliées par des jointures. Chaque plaque possède quatre sections mobiles en L qui se chevauchent. Les muscles reliant la colonne vertébrale et la plaque osseuse sont d'une grande souplesse et permettent à l'animal de s'agripper à des éléments de l'environnement (coraux, algues,...) et de se maintenir dans cette position. La forme carrée offre plus de points de contact qu'une queue cylindrique, ce qui facilite la prise d'un objet. Les scientifiques d'une université américaine ont découvert que cette structure, qui présente de nombreux avantages, pourrait avoir plusieurs applications industrielles, notamment en robotique et en ingénierie. En effet, cette structure présente de nombreux avantages, car elle est capable de se déformer, et de reprendre sa forme initiale, ce qui protège sa colonne vertébrale. De plus, cette structure offre une très grande résistance. Après une torsion, elle se remet naturellement en place. Ceci est très prometteur en robotique. C'est le compromis idéal entre un robot rigide, grâce à son ossature, et "mou", grâce à ses nombreuses articulations. Il servirait comme un robot d'exploration de type "serpent".
Les plaques carrées se déplacent plus facilement les unes par rapport aux autres que si elles étaient circulaires.
De plus, la structure carrée est bien plus difficile à casser, cette résistance accrue offre à l’hippocampe une meilleure protection vis à vis des prédateurs.
Structure de
la queue de l'hippocampe
L'un des avantages offert
par une queue à la structure carrée
Dès son enfance, Otto Lilienthal se passionne pour le vol.
Il observe avec son frère le vol des cigognes, et tentera toute sa vie de voler.
Clément Ader est l'un des pionniers de l'aviation. Il a eu recours à l'étude des oiseaux, plus particulièrement des chauve-souris, pour réaliser son engin volant.
L’Homme a observé le monde animal pour ses inventions, s’en est fortement inspiré et l'a imité.
Il a depuis longtemps cherché à voler.
Des répliques presque identiques d'animaux ont été réalisées au début de l'histoire de l’aviation.
Clément Ader a observé le vol silencieux de certaines chauve-souris : les Roussettes d'Inde. Il a aussi étudié la structure osseuse et la mécanique de leurs ailes. Ces chauve-souris privilégient le vol plané. Comme tous les vertébrés volants, leurs os sont creux et les parois sont reliées par des trabécules (sortes de piliers osseux) qui renforcent la structure de l'os.
Clément Ader a cherché à reproduire un exemple quasi-parfait des ailes de la chauve-souris sur son engin, nommé l'Eole.
En effet, l'armature métallique des ailes comporte quasiment le même nombre de barres qu'il y a d'os chez la chauve-souris, tout en les répartissant à peu près de la même manière. Ces barres métalliques sont en réalité des tuyaux creux à l'intérieur desquels Ader a placé des faisceaux de bois de pins de manière aléatoire.
De plus, l'Eole est capable de replier ses ailes lorsqu'il est à l'arrêt. Clément Ader l'équipe d'une hélice, et le 9 octobre 1890, il accomplit le premier vol de l'histoire de l'humanité, dans le parc d'un château en Seine-et-Marne, même s'il ne s'envole que de quelques centimètres de haut ! Ader baptisera ses futurs appareils "Avion",du latin "Avis", qui signifie oiseau. C'est durant la décennie suivante que l'aviation prendra son essor avec les frères Wright. Nous aborderons le sujet dans la sous-partie "Propulsion".
Rappelons que la roussette des Indes est un mammifère volant et non un oiseau, cependant, la structure des os de l'aile de cette chauve-souris est similaire à celle des oiseaux.
Vous pouvez prendre les oiseaux, situés dans la petite boîte, et admirer leur structure complexe.
On découvre régulièrement de nouvelles adaptations des animaux à leur environnement. Certaines de ces découvertes sont inattendues mais très prometteuses, notamment pour des domaines particuliers.
C'est le cas de l'hippocampe, qui pourrait apporter une autre vision de la robotique, avec des structures carrées.
Certains pionniers de la conquête du ciel se sont tournés vers la nature. Ils ont levé la tête pour mieux comprendre comment pouvaient voler les oiseaux. Ils ont commencé par reproduire des copies conformes d'ailes d'oiseaux. Des successions d'essais ont alors permis de modifier ces ailes, plus précisément leur structure, pour pouvoir voler.