Miljarden jaren heeft de natuur rustig aan het leven kunnen sleutelen. Wij mensen zijn daar nog maar enkele honderden jaren toe in staat. Niet te verwonderen dus dat sommige wetenschappers in de dierenwereld inspiratie zoeken om de mensenwereld te verbeteren.
Kijken naar de natuur is niet alleen aangenaam en ontspannend, het kan ook leerzaam zijn. Dat natuurliefhebbers soms visioenen krijgen van een sturende goddelijke hand als ze zien hoe wonderlijk de structuren en systemen zijn die het leven via het eindeloze spel van natuurlijke en seksuele selectie heeft uitgedokterd, is begrijpelijk. Wij mensen houden in onze ingebakken kortzichtigheid zelden rekening met de honderden miljoenen jaren die het leven heeft kunnen experimenteren om aanpassingen te vinden en zijn succes te verhogen. Wij zijn zelf nog maar enkele honderdduizenden jaren aanwezig, en het vernuft om het leven naar onze hand te zetten is niet ouder dan tienduizend jaar. Wat dat betreft zijn we dus groentjes.
Maar om het onszelf wat comfortabeler te maken, zijn we niet te beroerd om te kijken hoe andere wezens dan de mens het ervan afgebracht hebben. Wij leren uit de natuur. De inspiratie lijkt grenzeloos. De gespecialiseerde website AskNature.org presenteert een lijst van liefst zestienhonderd menselijke bouw- en andere strategieën die gebaseerd zijn op wat elders in de natuur is gebeurd. De manier waarop vlinders hun kleurige vleugels hebben georganiseerd, bijvoorbeeld, leidde tot de ontwikkeling van nieuwe pigmentloze verven en zelfreinigende oppervlakken. De vlinders hebben een oppervlaktestructuur op hun schubben gecreëerd die op zo’n manier met watermoleculen interageert dat er geen vuiltjes aan blijven hangen.
Het vakblad Physics World gaf vorige maand een overzicht van unieke structuren uit de natuur die wetenschappers inspireren in de zoektocht naar nieuwe materialen met nuttige eigenschappen. De mens zou ook de mens niet zijn, als hij niet zou denken dat hij het beter kan. De onderliggende boodschap van het overzicht in het vakblad was dat wij de structuren die de natuur uitdokterde, kunnen verbeteren. Meestal komt daar wel wat geduld – en een hoop geld – aan te pas.
De tenen van de gekko, waardoor de beestjes ondersteboven tegen een plafond achter insecten aan kunnen zitten, blijven een mooi – en nog altijd niet helemaal begrepen – voorbeeld. De gekkotenen staan vol haartjes die almaar opsplitsen in steeds kleinere draadjes, en de hiërarchie van almaar kleinere haartjes boven op de andere geeft de poten een kleverig karakter, waardoor hun dragers niet van een muur of een plafond vallen. Een systeem dat uitgebreid bestudeerd werd bij de ontwikkeling van kleefstoffen.
Het parelmoer waarmee dieren als mosselen en oesters de binnenkant van hun schelp (en de buitenkant van het bundeltje afvalstoffen dat wij parels noemen) bedekken, is nog zo’n voorbeeld. Parelmoer is een onwaarschijnlijk sterk materiaal dat moet voorkomen dat schelpen te gemakkelijk breken: het zou drieduizend keer meer weerstand tegen breuken hebben dan gewoon kristal.
Nog eentje, om het af te leren: de snelheid, gecombineerd aan geluidloosheid, die octopussen ontwikkelen wanneer ze zich uit de voeten maken, doet dromen van aandrijfsystemen die stil én krachtig zijn, ideaal voor het sturen van boten (want het principe draait op een manipulatie van water).
Recent verschenen er in diverse vakbladen mooie illustraties van wat in het jargon biomimicry is gaan heten: het nabootsen door de mens van gedragingen of ontwikkelingen in de natuur.
Ruikende robot
Wetenschappers pogen al lang om robots een reukvermogen mee te geven. Er zijn elektronische neuzen gebouwd, en neuzen gebaseerd op echt weefsel, maar geen daarvan functioneert behoorlijk. In het vakblad Robotics and Autonomous Systems presenteren ingenieurs een nieuwe poging, gebaseerd op de manier waarop insecten rottend vlees vinden. Ze slaagden erin een algoritme te ontwikkelen, waarmee hun robot via een gevoelige sensor vrij efficiënt een stukje vlees in hun kantoren kon opsporen. Het algoritme steunt op een eenvoudig uitgangspunt: als de geurprikkels sterker worden ben je op de goede weg, als ze verzwakken moet je omkeren. De bedoeling is het systeem in te bouwen in robots die chemische lekken, brandhaarden of explosieven moeten opsporen.
Artificieel facetoog
De ogen van de mens en van de meeste camera’s dragen één lens. Dat heeft voordelen en nadelen. Insecten hebben facetogen, met honderden afzonderlijke lichtgevoelige orgaantjes die in een halve cirkel gerangschikt zijn. Ingenieurs beschrijven in Proceedings of the National Academy of Sciences hoe ze een facetoog nabouwden, met honderden piepkleine lensjes die ze op een cilindervormig plaatje schikten, in contact met lichtdetectoren. Het geheel weegt amper 1,75 gram en dekt een heel breed spectrum van de omgeving. Daarenboven verwerkt het lichtprikkels zo snel dat het in staat is kleine veranderingen in de lichtomstandigheden te registreren en zich daaraan aan te passen.
Kunstmatig krekelhaar
Krekels hebben dunne haartjes op hun lichaam om de komst van rovers te detecteren, en zo op tijd op de vlucht te kunnen slaan. De haartjes zijn hypergevoelig voor zelfs de subtielste vorm van beweging. Onderzoekers melden in The New Journal of Physics dat ze de haartjes, en de manier waarop ze op een substraat zijn ingeplant, zo hebben kunnen nabootsen dat ze uiterst kleine veranderingen in stromingen detecteren. Door de beweging van de haartjes veranderen de elektrische eigenschappen aan hun basis, en die veranderingen kunnen gemeten en geïnterpreteerd worden.
Spierloze beweging
Sommige insecten kunnen bewegen zonder dat er spieren op hun poten zijn aangesloten. Speciale krachten in de gewrichten zorgen ervoor dat een poot na een beweging bijna automatisch naar zijn ruststand terugkeert. De gewrichten zijn zo geëvolueerd dat ze beweging kunnen genereren zonder permanente energievoorziening. Volgens Current Biology kan het systeem model staan voor prothesen en robots die bewegen zonder dat er veel energie voor nodig is. Soorten als sprinkhanen en vlooien zijn dan weer in staat zo veel energie in pezen op te slaan dat ze met één sprong héél ver raken. Het geheel functioneert daarbij als een springveer.
Vliegen als een vlieg
Het was wereldnieuws, de publicatie in Science waarin robotjes beschreven werden die amper 3 centimeter groot zijn en 80 milligram wegen, en die kunnen vliegen als zweefvliegen met twee flappende vleugels – ze slaan 120 keer per seconde. Vliegen hebben een onwaarschijnlijk vliegvermogen – dat weet iedereen die ernaar wil meppen. Met veel microstructuurtjes puzzelden onderzoekers een modelletje van een vliegenvleugel in elkaar, waarmee hun robotjes de lucht in kunnen. Ze kunnen draaien én zweven. Om de chaos te vermijden die ontstaat wanneer vleugels autonoom bewegen, is er een kleine chip die in de plaats van zenuwcellen de artificiële vlieg onder controle houdt. Ver kunnen de robotjes nog niet, daarvoor zijn de kleine batterijen die ze van energie voorzien niet krachtig genoeg.
Zweven als een vis
New Scientist rapporteert over een vliegend robotje dat energie spaart door een techniek van vliegende vissen te imiteren. Die beesten kunnen tientallen meters boven water afleggen om aan aanvallers onder water te ontsnappen, waarbij ze vooral glijden op hun vleugels, en niet actief vliegen. De robot is dertig centimeter lang en wordt aangedreven door een zonnebatterij. De bewegingen van de vleugels maken glijbeurten van voorlopig vijf meter per slag mogelijk. De robots zouden op termijn in zwermen ingezet kunnen worden om, bijvoorbeeld, milieuvervuiling op te sporen.
Vlaamse zeepaardjesstaart
Zeepaardjes hebben zich perfect aangepast aan een rustig leven in vegetatie om aan de aandacht van aanvallers te ontsnappen. Daarvoor hebben ze hun staart omgebouwd tot een grijpmechanisme – als ze toch moeten zwemmen, en dat kunnen ze niet goed, doen ze dat met hun rugvin. Met de hangstaart kunnen ze ook vrij sterke zeestromingen weerstaan. Om de negatieve gevolgen van hun gebrekkige zwemvermogen bij een eventuele aanval van rovers wat te compenseren, hebben ze van hun schubben een pantser gemaakt. De combinatie van krachtige bescherming en buigzame flexibiliteit maakt van de zeepaardjesstaart een intrigerend orgaan. Sommigen menen dat er een flexibel en draagbaar harnas voor militairen uit kan komen.
Bioloog Dominique Adriaens en zijn team van de UGent bestuderen de structuur van de zeepaardjesstaart om inspiratie op te doen voor het ontwerpen van aanstuurbare katheters voor de medische industrie. De eerste resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in de International Journal for Numerical Methods in Biomedical Engineering. Ze zijn veelbelovend. Cruciaal is te achterhalen hoe de zwemstaart is kunnen evolueren tot een grijpstaart, en wat daarvan de impact op zijn beweeglijkheid is. Het Gentse onderzoek zal binnenkort ook voorgesteld worden op een internationale workshop over design met op biologische verwezenlijkingen geïnspireerde materialen.
DOOR DIRK DRAULANS
De mens zou ook de mens niet zijn, als hij niet zou denken dat hij het beter kan.
