Volgens onderzoekers van het Max-Planck Instituut, die de studie naar dit onderwerp uitvoerden, is er nog wel wat meer onderzoek nodig naar de vraag of dieren aardbevingen kunnen voorspellen. Voor dit vervolgonderzoek willen de wetenschappers gebruik maken van het wereldwijde observatiesysteem Icarus op het ruimtestation ISS.
Sowieso is het voorspellen van aardbevingen een lastige klus, weet ook Johan van Leeuwen, hoogleraar aan de universiteit van Wageningen, waar hij zich bezighoudt met biomechanica en bio-inspired design. “Seismologen en allerlei andere wetenschappers proberen al jaren een model te ontwikkelen, zonder succes. Ik vrees dat deze studie hier niet veel aan zal bijdragen. Dit onderzoek is gedaan door gedragswetenschappers, via statistische methodes proberen ze erachter te komen of het gedrag van het dier mogelijk verband heeft met aardbevingen. Als je naar de ruwe data in het onderzoek kijkt, dan zien ze wel een trend, maar tegelijkertijd is de spreiding erg groot. Dit suggereert al dat het op het niveau van het individuele dier niet kan. Het kan ook zijn dat er een false positive in zit.”
Het onderzoek mist een clou, want volgens Van Leeuwen wordt het pas echt interessant als we zouden weten hoe dieren een aardbeving aan voelen komen. “Stel dat er al een verband is tussen gedrag en aardbevingen, dan weten we nog steeds niet hoe het mechanisme hierachter werkt. Hoe pikken dieren dit dan op? Zijn ze gevoeliger voor trillingen? Zijn het misschien geuren die vrijkomen door het schuiven van de aardkorst? Of nemen ze verschuivingen in het aardmagnetisch veld waar? Duiven pikken dit op, hierdoor vinden ze altijd de weg naar huis. Maar een fysisch of chemisch mechanisme waarover dieren beschikken om aardbevingen te kunnen voorspellen, ken ik niet. Dus om er achter te komen wat dit onrustige gedrag veroorzaakt, moet je al deze mogelijkheden afgaan en onderzoeken.”
Begindagen van de luchtvaart
Het doorgronden van natuurlijke mechanismes is een van de onderdelen waar de onderzoeksgroep waar Van Leeuwen deel van uitmaakt zich mee bezighoudt. Hier proberen wetenschappers kennis uit de natuur te vertalen naar nieuwe technologie. Vergelijk het met de begindagen van de luchtvaart, toen vleugels van vogels als inspiratiebron dienden. “Je wilt weten hoe dingen werken in de natuur. Wat is de functie? En hoe maakt een dier het? Noem het reverse engineering. De natuur is ongelooflijk complex en heeft lang over de ontwikkeling mogen doen. Vaak komt onze techniek nog te kort om deze geniale systemen precies na te bouwen”, legt Van Leeuwen uit.
Zo ontwikkelden Wageningse biologen in samenwerking met de TU Delft chirurgische naalden geïnspireerd op de legboor van sluipwespen. Met deze lange dunne naald legt de wesp eitjes in larven die leven in hout of een vrucht. De legboor bestaat uit drie exoskelet-elementen die via messing-en-groefverbindingen langs elkaar kunnen bewegen. Het bijzondere is dat deze naald zichzelf kan voortbewegen. “Deze kennis hebben ingenieurs in Delft vertaald naar prototypes van stuurbare medische naalden. Hiermee kun je op moeilijk bereikbare plekken in het lichaam komen. Denk aan hersenoperaties dan wil je een weg die het minste schade aanricht.”
parasitic wasp
Maar zo vernuftig als de natuur het bedacht heeft, is deze medische toepassing nog niet. Van Leeuwen: “Sluipwespen beschikken over een complex spierapparaat dat de naald aanstuurt. Het is eigenlijk een heel mooi trucje: door de in elkaar grijpende elementen die slim duwen en trekken, beweegt de naald zichzelf voort. Het zit heel ingenieus in elkaar, de materiaaleigenschappen van de naald verschillen subtiel langs de elementen van de naald. In combinatie met de beweging van de skeletelementen kan de vorm van de punt van de naald veranderen. Dit is essentieel voor het veranderen van richting.
“Dat hebben ze in Delft op een grotere schaal nagebootst. Maar de naald van zo’n beestje kan in feite veel meer, zo speurt een sensor in de naald naar een gastheer waarin ze het ei kunnen leggen. De boor van de sluipwesp die wij hebben onderzocht is ongeveer even dik als een dunne menselijke haar. Maar zo ver is de techniek nog niet. ”
Cellen programmeren
Momenteel wordt de medische naald verder onderzocht en getest. Uiteindelijk is het de bedoeling dat chirurgen de naald kunnen gebruiken tijdens medische ingrepen. Maar het zal nog even duren voordat de wetenschap dezelfde materiaaleigenschappen weet te produceren als die van de legboor van de sluipwesp. “In de natuur variëren deze subtiel. We kunnen dit biologische materiaal – nog – niet 3D-printen of kweken. Eigenlijk zouden we de cellen moeten kunnen programmeren, zodat ze skeletmateriaal produceren met de gewenste materiaaleigenschappen. Je ziet rond dit vakgebied verschillende disciplines samenkomen die hier al mee bezig zijn.”
“Uiteindelijk moeten we in staat zijn om organen opnieuw te genereren uit een enkele stamcellen. Hiermee heb je geen last meer van het lichaam dat een donororgaan afstoot – tenzij het om een auto-immuunziekte gaat. Zo ver is het nog lang niet. Een orgaan kweken is één, maar hoe houd je zoiets in leven? Ook hier geldt dat we eerst de achterliggende mechanismen zullen moeten ontrafelen.”
Sluipwesp heeft haar legboor in een transparante gel gestoken. (Photoshop is gebruikt voor het corrigeren van het effect van de brekingsindex van de gel).
Betrokken onderzoekers naar de sluipwesp en de medische naalden:
Dr Uroš Cervenik (voormalig PhD student bij WUR)
Dr Sander Gussekloo (WUR)
Professor Johan van Leeuwen (WUR)
Dr Marta Scali (voormalig PhD student TUDelft)
Dr Dimitra Dodou (TUDelft)
Professor Paul Breedveld (TUDelft)
Kunstmatige huid
Daar denkt Danquin Liu net iets anders over. Lui werkt op de Technische Universiteit Eindhoven aan een kunstmatige huid die vloeistoffen kan afscheiden en absorberen. Handig in de gezondheidszorg om gereguleerd medicijnen af te geven en wondvocht op te nemen. Maar ook ideaal om robots te koelen (zoals wij als mens ook zweten) of machines te smeren (door smeermiddel af te geven). Lui: “Voor deze coating hebben we gekeken naar de werking van de huid bij mens en dier. Maar dit mechanisme is veel te complex om één op één te kunnen kopiëren. Niemand heeft het complete plaatje, we weten dat we zweten om onze temperatuur te reguleren, maar er speelt veel meer mee waar we geen weet van hebben.”
Volgens Liu is dit geen probleem omdat ze zich alleen laat inspireren door de natuur: “Eigenlijk zit de natuur vol met dynamische levende technologie die al eeuwen oud is, dat kunnen we niet allemaal begrijpen. In ons onderzoek gebruiken we de natuur als voorbeeld en proberen we iets te verbeteren. Een framboos heeft altijd een waterafstotende structuur bijvoorbeeld, wij zouden dan een structuur ontwikkelen die je kunt controleren, zo doe je er een schep bovenop.”
Kippenvelprincipe
Ook als Liu niet precies weet hoe een mechanisme in de huid werkt, kan het principe nuttig zijn, legt ze uit. “Als je het koud hebt, trekt je huid samen en krijg je kippenvel. Die samentrekkingen zorgen ervoor dat je huid – die normaal glad is – ineens een relief heeft. Dit principe kunnen we in onze coating gebruiken om ervoor te zorgen dat een robotarm meer grip heeft. Of om zonnepanelen in de woestijn na een zandstorm binnen enkele seconden schoon te maken.”
Ook gebaseerd op het kippenvelprincipe, werkt Lui aan de ontwikkeling van een scherm voor blinde mensen. De bedoeling is dat het scherm door aanraking samentrekt om bijvoorbeeld een tekst in braille ‘weer te geven’. Lui denkt dat dit project zo’n vijf jaar zal duren. “Aan de techniek en het materiaal ligt het niet, maar bij deze haptische feedback komt de menselijke perceptie kijken, dat maakt het complexer. Hiervoor werken we samen met een Zweedse universiteit.”
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
