‘Bladpleisters’ zijn doorbraak in precisielandbouw

Het Italiaanse Instituut voor Technologie (IIT) heeft het allereerste prototype gecreëerd van een biologisch afbreekbaar en oplosbaar ‘klittenband’ dat is geïnspireerd op klimplanten. De structuur van microhaakjes van deze plant heeft het instituut getransformeerd in een kunstmatig soort van pleister nuttig voor met name de precisielandbouw. Het onderzoek is gepubliceerd (hoofdauteur: Sabella Fiorello) in ‘Communications Materials’, een open access wetenschappelijke uitgave die onderdeel is van de Nature-tijdschriftengroep. We spraken met Barbara Mazzolai (53), hoofd van het Bioinspired Soft Robotics Lab van het IIT.

Waarom hebben jullie klimplanten genomen als basis voor onderzoek?

Het interessante van een klimplant is dat hij niet groeit vanuit een robuuste stam, maar zijn energie vooral gebruikt om zo snel mogelijk naar het licht te groeien. Om te vermijden dat de plant onder zijn eigen gewicht kapotgaat, grijpt hij zich aan alles vast. De strategie om te hechten is gebaseerd op heel kleine haakjes, die zich vastgrijpen of kleven aan alles wat op zijn weg komt. We hebben met name het kleefsysteem van de Galium aparine, ook wel kleefkruid genaamd, bestudeerd. Dat is een schijnbaar onopvallende plant die echter als geen andere klimplant beschikt over zo’n kleefsysteem. 

Hoe zijn jullie tot de kunstmatige ‘klittenband’ gekomen? 

We hebben de natuurlijke microhaakjes van de plant zodanig onderzocht op zowel vorm als hun biomechanische kenmerken dat we ze erin geslaagd zijn om ze kunstmatig te reproduceren. De kunstmatige haakjes worden gemaakt met een hoge resolutie 3D-printer. We hebben gebruik gemaakt van een reeks zeer resistente fotogevoelige en biologisch afbreekbare materialen op basis van isomalt, een suikerachtige stof. Die haakjes worden op een strook bevestigd als een soort pleister.

Waarvoor kunnen de ‘pleisters’ worden gebruikt?

Met name in de landbouw kunnen ze een grote rol spelen. De pleister van microhaakjes verbindt zich met het vaatstelsel van het blad van een plant en lost erin op, aangezien isomalt oplosbaar is. De pleister kan plaatselijk heilzame stoffen afgeven. Denk aan geneesmiddelen, pesticiden of bactericiden, waardoor het gebruik van natuurlijke hulpbronnen wordt geoptimaliseerd en het overmatig gebruik van pesticiden wordt verminderd. Bovendien lost de pleister op zodra hij is aangebracht, zodat er geen afval ontstaat.

Waarom landbouw?

Er zijn ook tal van andere toepassingen denkbaar. De zogeheten pleister kan bijvoorbeeld ook op de huid worden aangebracht. Daarmee liggen dus toepassingen in de medische hoek voor de hand. Toch hebben we ons in eerste instantie geconcentreerd op de precisielandbouw, omdat technologie daar nog een grote rol kan spelen. Bij precisielandbouw wordt vaak alleen gedacht aan drones, sensoren en het analyseren van data, maar ook een nieuwe technologie als deze maakt deel uit van duurzame landbouw. 

Hoe bent u op het idee gekomen?

Het Bio inspired Soft Robotics Lab maakt deel uit van een consortium van Europese universiteiten en onderzoeksinstellingen, plus een Israëlische, om een nieuw bewegingstype voor robots te ontwikkelen door te kijken naar de wereld van klimplanten. Het consortium heet dan ook toepasselijk GrowBot. Een andere toepassing binnen dit Europese project is bijvoorbeeld de ontwikkeling van kleine robots die in staat zijn zich te verankeren en te klimmen. Robots op wielen, poten of rails kunnen een steile helling niet aan en komen vast te zitten of vallen om.

Klittenband doet denken aan de uitvinding van George de Mestral van 80 jaar geleden. Is er een verschil?

Het grote verschil is dat klittenband zoals we dat nu kennen uit bijvoorbeeld de kledingbranche twee zijden heeft. Aan de ene kant zitten kleine haakjes, aan de andere kant een rij met lusjes. Het ‘klittenband’ dat wij hebben gerealiseerd, heeft geen twee zijden nodig. Het hecht zich direct aan de oppervlakte.

Hoe wordt de klittenbandpleister op het blad aangebracht?

Eenvoudig handmatig. Letterlijk, gewoon met de hand zonder enig hulpmiddel. Je kunt het ook handmatig verwijderen of wachten tot het zelf oplost. Uit onze laboratoriumproeven blijkt dat het zo’n week erop blijft. Maar we gaan experimenteren om de pleister resistenter te maken, zodat hij langer meegaat. Ook gaan we kijken of kleine robots het materiaal in de toekomst kunnen aanbrengen.

Is er al interesse om de uitvinding industrieel te ontwikkelen?

Hoewel we het onderzoek pas ruim een jaar geleden hebben gestart en de vinding uiterst nieuws is, is er al belangstelling, onder andere uit de wereld van de ficusteelt. 

Lees ook het interview met mogelijk de innovatiefste precisielandbouwer ter wereld. En lees over de eindeloze mogelijkheden van precisielandbouw voor de agri-foodsector