Les fourmis ont un secret en ce qui concerne leurs dents extrêmement fortes, un secret qui pourrait nous aider à concevoir la technologie humaine.
Adisak Mitrprayoon/Getty Images
Pour que l’électronique grand public continue de diminuer en taille, les ingénieurs doivent construire des instruments minuscules mais extrêmement puissants à utiliser dans la construction des gadgets. Un groupe espère obtenir des plans de mère nature en étudiant certains des outils les plus jeunes et les plus robustes que nous connaissions : les dents de fourmi.
Plus minces qu’un cheveu humain, les rongeurs miniatures des insectes peuvent mordre assez fort pour couper les feuilles robustes sans subir de dommages. Tout a à voir avec la disposition uniforme des atomes de zinc des dents, qui permet une répartition égale de la force à chaque fois que les créatures craquent sur quelque chose. Cette fonctionnalité, disent les chercheurs, pourra un jour être appliquée aux outils fabriqués par l’homme.
« Le secret est essentiellement d’avoir une distribution uniforme », a déclaré Arun Devaraj, chercheur principal au Pacific Northwest National Laboratory du département de l’Énergie des États-Unis et auteur de une étude sur la composition des dents de fourmis publiée Mercredi dans la revue Scientific Reports. Les fourmis « peuvent même couper la peau humaine sans se casser – c’est même difficile de le faire avec nos propres dents ».
Pour aller au fond des secrets de la nature et répondre aux besoins de l’humanité en appareils électroniques de poche – afin que nous puissions vérifier facilement nos flux Twitter, bien sûr – les chercheurs de l’étude ont d’abord isolé un minuscule morceau d’une seule dent de fourmi. Les fourmis en ont deux, ou parfois plus, dents sur leur mandibule externe incurvée, ou mâchoire. Ensuite, l’équipe s’est tournée vers une technique appelée tomographie par sonde atomique, qui brosse avec précision une image de l’emplacement de chaque atome d’un objet.
« Le plan », a déclaré Devaraj, « était d’utiliser cette technique pour vraiment comprendre comment le zinc est distribué à l’intérieur de ces dents de fourmis, et comment cela conduit à la force qu’il obtient. »
Les mandibules des fourmis ont une morsure puissante, grâce aux atomes de zinc intégrés.
Robert Schofield/Université de l’Oregon
La tomographie par sonde atomique fonctionne par analyse inverse. Fondamentalement, vous pouvez mettre un élément dans une chambre, puis l’évaporer lentement – atome par atome – et collecter les données de chaque composant sur un détecteur. En utilisant ces informations, vous pouvez ensuite reconstruire l’objet sous forme de modèle 3D, sauf cette fois avec des atomes identifiables.
Après avoir suivi ces étapes avec une « aiguille » microscopique de grignoteuse de fourmis, l’équipe a découvert que les atomes de zinc de la dent – responsables de la nature perçante et douloureuse des piqûres de fourmis – étaient distribués de manière étonnamment uniforme plutôt qu’en touffes.
Chaque fois qu’une fourmi mord quelque chose, la force est parfaitement répartie entre ses dents en raison de la dispersion uniforme des atomes de zinc. Cela explique pourquoi seulement environ 10 à 20 % de zinc sont réellement nécessaires pour leur puissant matériau dentaire. Mieux encore, les chercheurs disent que les animaux finissent par utiliser environ 60% ou moins de la force dont ils auraient besoin si leurs dents étaient identiques à nos blancs nacrés relativement faibles, qui ont des types et des distributions d’éléments différents.
« Les chimistes organiques et inorganiques peuvent en fait travailler ensemble pour synthétiser des matériaux vraiment solides, inspirés par ce type de matériaux », a déclaré Devaraj.
L’application du concept d’atomes uniformément répartis – le zinc ou d’autres éléments – aux instruments qui construisent la technologie humaine offrirait à nos futurs mini-outils un double avantage. Ils seraient moins chers, car une plus petite quantité de composants coûteux et plus résistants serait nécessaire. Ils seraient également plus efficaces car moins de force serait nécessaire lors de l’utilisation.
Ensuite, Devaraj et d’autres chercheurs cherchent à continuer à trouver des moyens de révolutionner la façon dont nous construisons des appareils technologiques compacts en analysant d’autres minuscules espèces qui errent avec des armes puissantes.
« Nous avons déjà commencé à examiner les piqûres de scorpion, par exemple, et le croc d’araignée », a déclaré Devaraj, « et de nombreux autres types d’outils miniatures pour comprendre le genre de petits arsenaux d’insectes. »
