Niet alleen regenwormen zijn een bron van inspiratie voor wetenschap en innovatie. Want wie op Netflix de documentaire ‘My octopus teacher’ heeft gezien, weet dat octupussen fascinerende beesten zijn. Ze kunnen niet alleen hun kleur, structuur en vorm aanpassen om uit de kaken van roofdieren weg te blijven of door hele kleine openingen te komen. Maar ook tentakels die ze kwijtraken – door een haaienbeet bijvoorbeeld – groeien gewoon weer terug.
Complete armen laten teruggroeien krijgen medici (nog?) niet voor elkaar. Maar de ontwikkeling van medische instrumenten geïnspireerd op de natuur is in volle gang. Wat te denken van apparaten om te dotteren gebaseerd op de ‘schietende’ tong van een kameleon? Of het mechanisme van de legboor van een sluipwesp dat wordt vertaald naar een medische naald? Paul Breedveld leidt aan de TU Delft de onderzoeksgroep Bio-Inspired Technology (BITE) waar ze technologie ontwikkelen gebaseerd op de natuur.
Een van deze instrumenten gebaseerd op de tentakels van een inktvis wordt sinds een jaar gebruikt bij kijkoperaties in de buikholte. Volgens Paul Breedveld is dit een echte doorbraak. “Voorheen kon een chirurg alleen rond het gaatje in de buik bewegen, als een soort roeispaan. Hierdoor is de bewegingsvrijheid maar beperkt. Door te kijken naar hoe een inktvis zijn tentakels beweegt, hebben we een flexibel en stuurbaar mechanisme ontwikkeld waardoor chirurgen veel meer kanten op kunnen.”
Complexiteit van natuur niet te evenaren
Volgens hem kun je veel leren van de natuur, maar is het imiteren ervan onmogelijk. “Vergelijk zo’n tentakel met een zakje water waar kring- en lengtespieren omheen lopen. Spant een inktvis alleen de kringspieren aan dan wordt de tentakel dunner en langer. Bij het aanspannen van de lengtespier krimpt deze weer. Spant het dier beide spieren dan wordt z’n tentakel stijf en kan hij er kracht mee zetten. Maar die complexiteit van spieren is bijna niet na te maken.”
Door gebruik te maken van kabels die tussen twee veren lopen – geïnspireerd op de spierbundelkrans van inktvissen lukte het om een stuurbaar mechanisme te ontwikkelen. “Het mooie aan dit systeem is dat het gemakkelijk en goedkoop te maken is. Onderdelen kun je gewoon in de winkel kopen. In tegenstelling tot dure operatierobots die gebruik maken van lastig te produceren katrolsystemen. Dit is veel eenvoudiger.”
Zebra’s en de functie van hun strepen
Niet alleen op het gebied van medische apparatuur wordt er gekeken naar de natuur. “In de architectuur gebruiken architecten principes uit de natuur om de temperatuur in gebouwen te regelen bijvoorbeeld”, vertelt Saskia van den Muijsenberg, directeur van de stichting BiomimicryNL. “Zoals zebra’s dat doen met hun strepen, waarbij de zwarte zonlicht absorberen en de witte reflecteren. Door materialen met beide eigenschappen in het ontwerp van een gebouw te gebruiken, heb je minder airco nodig om een ruimte te koelen.”
Volgens Van den Muijsenberg zijn de voorbeelden eindeloos en dat is ook helemaal niet gek: “De natuur bedenkt al miljoenen jaren slimme oplossingen voor allerlei problemen. Wij hoeven als mens het wiel helemaal niet opnieuw uit te vinden. Er is zoveel kennis uit de natuur die we kunnen vertalen voor onze problemen.”
BiomimicryNL probeert deze kennis uit de natuur beschikbaar te stellen aan ontwerpers, ingenieurs of andere wetenschappers. Hiervoor werkt de stichting samen in projecten. “Zie ons als een kennismakelaar die partijen bij elkaar brengt. Ook ontwikkelen we lesprogramma’s voor bedrijven of universiteiten”, legt Van den Muijsenberg uit.
Produceren zonder schade aan ecosysteem
Er is een andere manier van denken nodig om vanuit de natuur iets te ontwerpen, betoogt ze. “Als mens zetten wij onszelf buiten het natuurlijke ecosysteem. Kijk naar hoe we met materialen omgaan en schade toebrengen aan de leefomgeving. We hebben het nu over recyclen, maar de natuur kent geen afval. Het is een gesloten kringloop. Als je vanuit die gedachte tegen problemen aankijkt, krijg je ook andere oplossingen.”
Een van de projecten waar BiomimicryNL bij betrokken is, gaat over het sluiten van die kringloop. Van den Muijsenberg: “Er zijn nu veel bedrijven die ernaar streven CO2-neutraal te zijn, dat is goed. Maar Interface, een vloerfabrikant, gaat hierin een stap verder. Zij hebben gemeten wat voor impact hun fabriek heeft op de leefomgeving.”
Het bedrijf heeft als doel om voor 2040 CO2-uitstoot en andere negatieve impact van hun productie te neutraliseren. “Net zoals een bos ook lucht filtert, voedsel en allerlei grondstoffen voor de bodem levert. En het mooie is dat andere bedrijven hier ook interesse in hebben.”
Breder denken
Ook Paul Breedveld denkt dat de medische apparatuur die ze in Delft nu ontwikkelen, kan worden gebruikt in andere toepassingen. “We werken nu aan een kleefmechanisme gebaseerd op de zuignappen van boomkikkers. Zij kunnen zichzelf op hele schuine oppervlakken vastkleven en meteen weer loslaten. Dit is niet alleen handig in OK’s, maar je zou het ook in de industrie kunnen gebruiken als natuurlijke lijm.”
“Verder zijn we wel eens benaderd door een oliebedrijf om het flexibele stuurmechanisme op te schalen, dat werkt alleen niet goed.” Maar Van den Muijsenberg denkt dat dit geen enkel probleem is: “Er ligt nog zoveel biologisch onderzoek in lades te verstoffen. Via lesprogramma’s of samenwerkingen met andere wetenschappers kunnen we nog veel meer met deze kennis doen.”
