Biomimicry: Natuur na-apen

by | feb 1, 2024 | Biologie, Biomimicry

Wat kun je met biomimicry?

Steeds vaker proberen wetenschappers eigenschappen van dieren en planten na te bootsen in nieuwe, slimme producten. Dat heet biomimicry. Of het nu om de snavel van een ijsvogel gaat of de stekels van een cactus, in de natuur zijn overal briljante oplossingen te vinden voor problemen waar de mens tegenaan loopt. Creativiteit in de natuur… daar kun je nog wat van opsteken!

ijsvogel en bullet train

De Japanse kogeltrein kwam voorheen met een knal een tunnel uit, veroorzaakt door de verschillen in luchtdruk in en buiten de tunnel. De ijsvogel, die met zijn puntige snavel geruisloos het water induikt, bracht uitkomst. De kogeltrein heeft nu een vergelijkbare, scherpe ‘snavel’.

Jaarlijks vliegen wereldwijd honderden miljoenen vogels tegen glazen oppervlaktes. De meeste daarvan leggen na zo’n smak het loodje. Zielig? Zeker. Ook een beetje eigen schuld? Nou, niet helemaal, want vogelogen werken nu eenmaal anders dan mensenogen. Transparante ramen zien ze waarschijnlijk als grote gaten waar ze doorheen kunnen vliegen. En omdat veel mensen van felverlichte kantoren en woonkamers houden en er steeds meer hoge, glazen wolkenkrabbers komen, stijgt het aantal vogels dat zich te pletter vliegt.

Maar hier is een oplossing voor gevonden. Die lijkt even simpel als briljant en is al duizenden jaren in de natuur aanwezig. Kijk eens naar een spinnenweb. Een fragiel werkje, waarin de spin uitsluitend vliegende insecten wil vangen. In de draden zit daarom een uv­-reflecterend materiaal, dat zichtbaar is voor vogels en voorkomt dat die in het web vliegen en het vernielen. Het lukte een Duits glasbedrijf dit uv-­reflecterende stofje in hun ruiten te verwerken, als lijntjes die kriskras door het glas lopen, precies zoals in een spinnenweb. Het Duitse Max Planck Ornithologisch Instituut concludeerde na tests dat het speciaal gecoate glas driekwart van het aantal vogelbotsingen voorkomt. Dat is al aardig vogel­proof.

PLAKMECHANIEK GEKRAAKT - Hoe de pootjes van de gekko tot betere lijm leidden
De koerswijziging die een Amerikaanse tapijtfabriek, Interface, eind jaren 90 koos, is een mooi praktijkvoorbeeld van biomimicry. Voor 2020 moest de fabriek schoon en duurzaam produceren. De plakkerige pootjes van de gekko hebben Interface een flinke stap verder geholpen.

gekko lijmInterface is hard op weg om de deadline van volgend jaar te halen. De lijm waarmee de tegels op de vloer worden geplakt, is vervangen door een natuurlijk kleefmateriaal, gebaseerd op de plakkerige pootjes van de gekko. Dit kleine reptiel blijft aan muren kleven door minuscule haartjes onder zijn poten. Die zijn zo klein, dat ze worden aangetrokken door moleculen in het oppervlak waarop ze lopen (de zogenaamde vanderwaalskracht zorgt daarvoor). Het grote aantal haartjes maakt de kleefkracht enorm; een gekko is slechts door een ruk in één bepaalde richting los te krijgen. Dit plakmechanisme is door Amerikaanse wetenschappers ‘gekraakt’ en omgezet in een nieuw soort flexibele ‘lijm’; het zoveelste voorbeeld van geslaagde biomimicry.

Probleemoplosser

Saskia van den Muijsenberg

Saskia van den Muijsenberg

Biomimicry betekent letterlijk dat je het leven imiteert (bio = leven; to mimic = nabootsen). Simpel gezegd: je bestudeert hoe een vogel vliegt of een vis zwemt en bouwt op basis van die eigenschap een nieuw, slim product. In twintig landen zijn inmiddels organisaties actief die biomimicry-­projecten en -­initiatieven ondersteunen en aanjagen. De Nederlandse afdeling wordt geleid door Saskia van den Muijsenberg. „Biomimicry wint langzaam terrein. De natuur inspireert steeds meer wetenschappers en bedrijven op hun zoektocht naar oplossingen voor problemen waar we als mens tegenaan lopen. Of het nu om intensieve landbouw gaat, klimaatproblematiek, dierbescherming of milieu, je kunt het zo gek niet bedenken of in de natuur liggen de antwoorden. Stukje bij beetje leren we die te lezen en te vertalen naar ons dagelijks bestaan.”

Neem CO2, een heet hangijzer in politiek en samenleving. Er schijnt te veel van te worden uitgestoten. Veel politici willen dit terugdringen, maar hoe? Volgens Van den Muijsenberg laat deze kwestie goed het ‘probleemoplossend’ vermogen van de natuur zien: „We zijn koolstofdioxide als vergif gaan zien, waar we van af moeten, maar dat is onzin, want het is een cruciaal onderdeel van het leven op aarde. Schelpen en koraalriffen bijvoorbeeld gebruiken CO2 als bouwsteen. Geïnspireerd hierdoor heeft een cementfabriek in de Verenigde Staten een nieuw recept gemaakt, waarin CO2 als ingrediënt is toegevoegd – precies zoals koralen dat doen. Normaal gesproken wordt bij de productie van een ton cement een ton CO2 uitgestoten. Nu zit in elke ton cement een halve ton CO2 opgeslagen. Ongelooflijk toch?”

Voor Van den Muijsenberg was het cement-verhaal indertijd de aanleiding om zich op biomimicry te storten. „Het maakte mij duidelijk dat de mens weliswaar dingen uitvindt, maar dat die uitvindingen vaak nogal destructief zijn. De natuur kan dit veel beter.”

Met stomheid geslagen

De Britse ingenieur Stuart Burgess is ook een biomimicry­-expert. Hij werkte aan de universiteiten van Bristol en Cambridge, bouwde onder meer mee aan de Europese Envisat­satelliet en onderzocht de vleugelslag van libellen en het kaakmechanisme van de lipvis. Dat laatste deed hij om exoskeletten te verbeteren (constructies die het lichaam omhullen en die bescherming bieden of het werk vereenvoudigen). Burgess was naar eigen zeggen met stomheid geslagen toen hij het bijzondere tuitmondje van de lipvis bestudeerde. In een lezing zegt hij hierover: „Aan beide kanten van de kaak beschikt de vis over het vierstangen­-mechanisme, dat wij gebruiken in kantelramen en ruitenwissers op bussen. Dit is een ontwerp dat niet in stappen, op evolutionaire wijze, kan zijn ontstaan. Het is een optimaal en briljant ontwerp. Evolutionisten die ik erover spreek hebben hier geen verklaring voor, behalve dat ‘de evolutie van de lipvis wordt gekarakteriseerd door bepaalde doorbraken (…) in het functioneren van het skelet van het dier’.” Een evolutionair onherleidbaar complex ontwerp dus (zie kader).

ONHERLEIDBAAR COMPLEX - Evolutie schiet tekort om ingewikkelde systemen aan te leggen
Sommige systemen in de natuur zijn zo complex dat je maar moeilijk kunt volhouden dat ze stapsgewijs zouden zijn ontstaan. De Amerikaanse biochemicus Michael Behe noemt dit fenomeen ‘onherleidbare complexiteit’. Je kunt dat uitleggen aan de hand van een muizenval.

muizenvalOm een muizenval te laten werken, zijn alle onderdelen nodig. Als het hout ontbreekt, is er niets waarop je de andere delen kunt bevestigen. Als de klem ontbreekt, kan de muis de rest van de avond een dansje uitvoeren op de houten basis zonder te worden gevangen. En als de metalen haak tussen pal en hout ontbreekt, zal de klem op het hout neerdalen zodra je ’m loslaat. Oftewel, alle onderdelen zijn noodzakelijk: haal één onderdeel weg en de val is nutteloos. Volgens de evolutietheorie zijn dingen geleidelijk ontstaan doordat de natuur zich over de jaren aanpaste. Alleen de best aangepaste dieren en planten overleven. De natuur zou dan telkens de niet­werkende veranderingen ‘weggooien’, want dieren en planten die onvoldoende zijn aangepast, overleven niet. Michael Behe wijst erop dat systemen in de natuur óf helemaal wel, óf helemaal niet werken (een gedeeltelijke muizenval is immers geen muizenval). Die perfect werkende systemen noemt hij ‘onherleidbaar complex’. Ze kunnen volgens hem niet door stapsgewijze evolutie zijn ontstaan, omdat ‘een halve muizenval’ (een incompleet organisme) geen voordeel heeft in de strijd om het bestaan. Zo stellen onherleidbaar complexe systemen de evolutie[1]theorie voor een grote uitdaging. Daarentegen zijn ze precies wat je zou verwachten als je ervan uitgaat dat het leven door een intelligente Ontwerper is geschapen.

Faliekante mislukking

Je leert van fouten. Dat is in de biomimicry niet anders. Autofabrikant Mercedes ondervond dat na de introductie van wat naderhand een faliekant mislukte bio­-imitatie bleek. De autofabrikant presenteerde in 2005 een conceptauto die volgens de ronkende persberichten de zuinigste in zijn klasse was. Het twintig procent lagere benzineverbruik dankte de bionic car aan het super­aerodynamische ontwerp, dat was gebaseerd op het uiterlijk van de koffervis, een zeediertje dat in koraalriffen leeft. Opmerkelijk, want het beestje is bijna vierkant en oogt allesbehalve gestroomlijnd. Maar de autofabrikant verwees naar onderzoek dat het tegendeel aantoonde.

mercedes bionic car

Mercedes keek goed naar de koffervis en maakte de bionic car. Helaas bleek dit een mislukking..

Twijfelende wetenschappers van de Rijksuniversiteit Groningen onderzochten de zaak vervolgens met levensechte, 3D­-geprinte koffervismodellen. Hun conclusie, gepubliceerd in het online tijdschrift Interface van The Royal Society (de Britse Academie van Wetenschappen), luidde dat Mercedes het uiterlijk van de koffervis volstrekt verkeerd had geïnterpreteerd. De (dure) vergissing was volgens de onderzoekers gebaseerd op de richeltjes in de verharde huid van de vis. Volgens bepaalde Amerikaanse studies bezorgden die het diertje een extreem lage weerstand en een stabiele koers. Dat bleek niet zo te zijn. De koffervis heeft die eigenschappen ook niet nodig, want het zwemt nooit hard. Bovendien manoeuvreert het veel en draait het korte bochtjes, op zoek naar voedsel tussen het koraal.

Dat Mercedes met de magische conceptauto de plank zo volledig kon misslaan, vindt Van den Muijsenberg niet vreemd. „Een eigenschap van een dier of plant staat niet op zichzelf, maar is onderdeel van een ecosysteem. Bij de ontwikkeling van een product moet je je daar goed bewust van zijn. Mercedes heeft zich waarschijnlijk blindgestaard op de combinatie van de handige, brede vorm van de koffervis, die ideaal is voor een auto waarin twee personen naast elkaar kunnen zitten, en op studies die de verkeerde conclusie trokken.” Het is de valkuil (en tegelijk de rem) voor het bedrijfsleven om met biomimicry aan de slag te gaan. Als je geld ziet in een enkele eigenschap in de natuur, kun je zomaar de ecologische context ervan over het hoofd zien.

Janine Benyus, oprichtster biomimicrybeweging:

WE WORDEN OMGEVEN DOOR GENIALITEIT”

Janine Benyus

Janine Benyus

Aan de wieg van de biomimicry-beweging staat de Amerikaanse wetenschapster Janine Benyus. Ze publiceerde in 1998 een boek waarin ze een vanuit de evolutietheorie gevoed pleidooi houdt om terug te keren naar de natuur waarin ‘door ruim drie miljard jaar van verbetering en aanpassing de beste oplossingen zijn te vinden voor de mens.’

Later verwoordde ze het tijdens een lezing zo: „We bevinden ons in een gewiekst universum, we zijn onderdeel van een briljante planeet. We worden omgeven door genialiteit. Biomimicry is een nieuwe discipline die probeert te leren van deze genieën.” Uitgestorven soorten behoren in Benyus’ ogen logischerwijs tot de afvallers in deze strijd om het bestaan.

Opmars biomimicry

chips en kever

Een chipszak bestaat uit laagjes polymeren. Voor een revolutionaire nieuwe chipszak, gemaakt vangarnalenschilletjes en ook biologisch afbreekbaar, werd gekeken naar de kever met zijn ultrastevige schild, dat desondanks uit maar één grondstof bestaat.

Van den Muijsenberg gelooft in de toekomst van biomimicry. „Het gaat langzaam, maar ik zie tegelijk een gestaag groeiend aantal initiatieven en concepten ontstaan. En dat is nodig ook. Gezien de verwachte uitdagingen waarvoor de mensheid staat, is het niet meer dan logisch dat we naar adequate oplossingen in de natuur zoeken. Meer circulair, zoals de natuur alles recyclet, en milieubewuster. De opmars van biomimicry is nog maar net begonnen.” Veel wetenschappers werken daarbij vanuit een evolutionistisch wereldbeeld. Maar voor ingenieurs als Stuart Burgess bevestigen de ontdekkingen binnen de biomimicry juist dat er een hogere Ontwerper, een Schepper is. De wonderlijke perfectie kan volgens hem met de beste wil van de wereld niet toevallig zijn ontstaan. Ook zal de mensheid nooit verder komen dan het imiteren ervan. Hoe mooi en handig die uitvindingen ook zijn, ze kunnen het origineel niet evenaren. De Maker van de wereld zal altijd de Meerdere blijven (Job 37).

Meer weten over biomimicry?

 

Bronvermelding
Weet 57   Dit artikel is met toestemming overgenomen uit Weet Magazine nummer 57, juni 2019. De betreffende Weet is te koop via de Logos Webshop. Wil je vaker Weet Magazine lezen? Dan kun je ook abonnee worden via de website van Weet Magazine. Logos Instituut beveelt het Weet Magazine van harte aan.

Abonneer je op onze maandelijkse nieuwsbrief!