La question a captivé ceux qui s’intéressent à la création de nouveaux matériaux qui imitent les matériaux biologiques. Les résultats sont publiés dans la revue Science.
Le bec pointu du calmar de Humboldt est l’un des matériaux organiques les plus durs et les plus rigides connus. Des ingénieurs, des biologistes et des spécialistes des sciences marines de l’Université de Californie, Santa Barbara, ont uni leurs forces pour découvrir comment le calmar mou et gélatineux peut actionner son bec en forme de couteau sans se déchirer en morceaux.
L’Université de Santa Barbara est une Mecque pour ce type d’études interdisciplinaires et attire des scientifiques et des ingénieurs du monde entier pour se colleter avec des questions qui traversent un large éventail de disciplines scientifiques et d’ingénierie.
La clé du bec du calmar réside dans les gradations de rigidité. L’extrémité est extrêmement rigide, mais la base est 100 fois plus souple, ce qui lui permet de se fondre dans les tissus environnants. Cependant, cela ne fonctionne que lorsque la base du bec est humide. Après qu’elle a séché, la base devient aussi rigide que l’extrémité du bec déjà desséchée.
Les calmars de Humboldt, ou Dosidicus gigas, font environ trois pieds de large et peuvent blesser un poisson d’un seul mouvement rapide. Selon l’article, … « le bec d’un calmar peut sectionner la moelle épinière pour paralyser la proie et lui permettre de manger tranquillement plus tard. »
« Les calamars peuvent être agressifs, capricieux, soudainement méchants, et ils ont toujours faim », a déclaré Herb Waite, co-auteur et professeur de biologie à l’UC Santa Barbara. « Vous ne voudriez pas plonger à côté de l’un d’eux. Une douzaine d’entre eux pourraient vous manger, ou vous faire vraiment beaucoup de mal ». Les créatures sont très rapides et nagent par propulsion à jet.
A part les humains, le principal prédateur du calmar est le cachalot, et ces animaux montrent fréquemment les cicatrices de la bataille, avec la peau marquée par les ventouses acérées du calmar. Waite a noté que le muscle de calmar est disponible dans les sandwichs fabriqués localement, souvent appelés « sandwichs au steak de calmar »
Waite trouve le bec du calmar fascinant et il a intéressé le chercheur postdoctoral et premier auteur Ali Miserez à se joindre à l’étude. Miserez est affilié au département des matériaux de l’UCSB, au département de biologie moléculaire, cellulaire et développementale (MCDB) et au Marine Science Institute.
« J’ai toujours été sceptique quant à l’existence d’un avantage réel pour les matériaux « fonctionnellement gradués », mais le bec de calmar m’a transformé en croyant », a déclaré le coauteur Frank Zok, professeur et président associé du département des matériaux de l’UC Santa Barbara.
« Vous avez ici un « outil de coupe » qui est extrêmement dur et rigide à son extrémité et qui est attaché à un matériau —- la masse musculaire buccale —- qui a la consistance de Jell-o », a déclaré Zok.
« Vous pouvez imaginer les problèmes que vous rencontrerez si vous attachez une lame de couteau à un bloc de Jell-o et essayez d’utiliser cette lame pour couper. La lame couperait le Jell-o au moins autant que l’objet ciblé. Dans le cas du bec du calmar, la nature s’occupe du problème en modifiant la composition du bec progressivement, plutôt que brusquement, de sorte que son extrémité puisse percer la proie sans blesser le calmar au passage. C’est une conception vraiment fascinante ! »
Zok a expliqué que la plupart des structures d’ingénierie sont constituées de combinaisons de matériaux très différents tels que les céramiques, les métaux et les plastiques. Pour les assembler, il faut soit une sorte de fixation mécanique comme un rivet, un écrou et un boulon, soit un adhésif comme l’époxy. Mais ces approches ont des limites.
« Si nous pouvions reproduire les gradients de propriétés que nous trouvons dans le bec du calmar, cela ouvrirait de nouvelles possibilités pour joindre les matériaux », a expliqué Zok. « Par exemple, si vous graduez un adhésif pour que ses propriétés correspondent à un matériau d’un côté et à l’autre matériau de l’autre côté, vous pourriez potentiellement former une liaison beaucoup plus robuste », a-t-il ajouté. « Cela pourrait vraiment révolutionner la façon dont les ingénieurs pensent à attacher les matériaux ensemble. »
Selon Waite, les chercheurs ont été aidés par le fait que les calmars semblent se déplacer vers le nord des zones où ils étaient traditionnellement concentrés, par exemple les eaux profondes au large de la côte d’Acapulco, au Mexique. Récemment, cependant, le calmar de Humboldt a été trouvé en nombre dans les eaux de la Californie du Sud. Des dizaines de calmars morts se sont récemment échoués sur les plages du campus, fournissant aux chercheurs davantage de becs à étudier.
Les deux autres coauteurs de l’article de Science sont de l’UCSB. Il s’agit de Todd Schneberk, affilié à la recherche sur les matériaux et au MCDB, et de Chengjun Sun, affilié au MCDB et à l’Institut des sciences marines.