Met veel bombarie kondigen mensen soms nieuwe technieken of materialen aan die ze eigenlijk gewoon gejat hebben. Niet van andere mensen, maar van de natuur!

Je gaat met je hond wandelen door een veld. Tegen het eind van deze gezonde exercitie merk je op dat je hond een aantal klitten in zijn vacht heeft hangen. Deze ontstaan door een plant uit het geslacht Arctium. Je probeert de klitten eruit te halen, maar dat gaat redelijk stroef. Als het klusje eenmaal geklaard is, loop je weer naar huis. Daar doe je je schoenen met klittenband uit. Zonder dat je het beseft, heb je net gebruik gemaakt van één van de technieken die de natuur ons heeft geschonken.

“Ongeveer 3000 jaar geleden hebben de Chinezen geprobeerd om kunstmatige zijde te produceren. Het is één van de eerste voorbeelden van biomimicry”

Biomimicry
De mensheid kijkt sinds lange tijd naar de natuur. De natuur kan een oplossing bieden voor een humaan technisch probleem. Het overnemen / imiteren van deze systemen uit de natuur heet ‘biomimicry’. Het woord biomimicry bestaat uit twee woorden: bio (leven – Grieks) en mimesis (kopiëren/imiteren – Grieks). Het is niet verwonderlijk dat het een samenstelling van twee Griekse woorden is. De oude Grieken zijn namelijk één van de eerste volken die naar de natuur keken voor inspiratie. De legende stelt dat Daedalus en zijn zoon Icarus gekeken hebben naar het vlieggedrag van vogels. Dat hebben ze geprobeerd te imiteren om uit de gevangenis te ontsnappen.

Ecomimicry

Bij biomimicry gaat het om de imitatie van een systeem uit de natuur die wij, mensen, kunnen gebruiken voor ons gewin. Hierbij wordt niet gelet op eventuele schade die deze technologische ontwikkeling aan de natuur toebrengt. In veel gevallen is het zo dat biomimicry milieuonvriendelijk is en ook niet echt sociaal. Daarom is er een andere term bedacht waarbij er meer rekening gehouden wordt met het sociale aspect en met het milieu. Dit is de term ecomimicry. Bij deze vorm van het imiteren van de natuur wordt onder andere met de volgende aspecten rekening gehouden: het moet recyclebaar zijn, het mag niet giftig zijn, minimale verontreiniging, draagt bij aan het beschermen van de natuur, sociaal verantwoordelijk met de kijk op lokaal gebied, laat de natuur in zijn waarde, eerlijkere verdeling op het gebied van publieksparticipatie (bottom-up model), projecten op kleinere schaal waarbij de gemeenschap zelf kiest waar het geld naartoe gaat, de macht is verdeeld over alle lagen van de bevolking.

Voorbeelden
Wij beseffen ons tegenwoordig niet hoeveel van de producten en technologieën om ons heen geïnspireerd zijn door de natuur. Onderstaande voorbeelden geven een algemeen beeld van de technologieën die wij, mensen, hebben geïmiteerd of die we in de toekomst wellicht nog kunnen gaan na-apen.

Succesvolle toepassing – materiaalontwikkeling
Het onderdeel materiaalontwikkeling kan in vier delen verdeeld worden.
– Slimme materialen die een reactie vertonen of veranderen naar aanleiding van een externe prikkel. De twee soorten natuurlijke prikkels zijn chemische prikkels en fysieke prikkels. Bij chemische prikkels zorgt de pH-waarde of metaalionen voor een verandering in een organisme. Deze technologie wordt ook gebruikt bij het produceren van nieuw materiaal. Licht, water en hitte zijn zogenoemde fysieke prikkels. Er wordt hard gewerkt om voorwerpen, kleding en architectuur te creëren die de voordelen gebruiken van deze fysieke biomimicry.
– Oppervlaktemodificatie zorgt ervoor dat de verschillende eigenschappen van oppervlakten bij precies het goede materiaal naar voren komt. Hierbij kan gedacht worden aan de volgende eigenschappen: waterafstotend, vuilafstotend, weerstandvermindering, antibacterieel en anti-reflectie. Veel van onze kleding, schoonmaakproducten en bijvoorbeeld brillen zijn tegenwoordig uitgerust met deze technieken.
– Materiële architectuur zorgt ervoor dat veel ontwerpen geoptimaliseerd kunnen worden voor de functie die ze uit gaan oefenen. De structuur van vogelbotten die helpt bij het doen van aanpassingen aan vliegtuigen is een voorbeeld van materiele architectuur. Maar de laatste tijd richt de ontwikkeling in dit veld zich steeds meer en meer op de nanostructuren.
– Doelgerichte toepassingen van materialen worden gebruikt voor het verbeteren van al bestaande technologieën. Het verrijken van medicijnen met natuurlijke stoffen, waardoor de medicijnen nog krachtiger werken tegen een ziekte is één van de voorbeelden van deze methode. Of keramiek dat gebaseerd wordt op de zeeschelp, voor meer stevigheid.

De bewegingen van een wesp, daar kan de gezondheidszorg weer van leren!

De bewegingen van een wesp, daar kan de gezondheidszorg weer van leren!

Succesvolle toepassing – voortbeweging
Het voortbewegen van dieren vormt het tweede grootste gebied van biomimicry-toepassingen.
– Bewegingsleer is een veld waarbij de bewegingen worden bestudeerd. Dit gebeurt normaalgesproken bij mensen. Maar in dit geval kijken de mensen naar de bewegingen van dieren; om daar iets van te leren en na te denken over hoe dat toegepast kan worden in onze maatschappij. Het gaat hierbij zowel om beweging in de lucht, in het water als gewoon op de grond. Onderzoekers kijken dan naar hoe gestroomlijnd een dier is, of welke eigenschappen een dier doen zweven. Deze technieken worden later bijvoorbeeld gebruikt bij het bouwen van vliegtuigen en boten.
– Bewegingsafgifte aan je omgeving is ook een toepassing waar de wetenschap in geïnteresseerd is. Het beste voorbeeld hiervan is een wespensteek. De beweging die een wesp moet maken en de reactie die deze beweging op gang brengt (gif inspuiten) is interessant voor bijvoorbeeld de gezondheidszorg. Zij kunnen daarmee hun methoden van medicijntoediening verbeteren en zelfs vernieuwen.
– Vormen zorgen er ook voor dat de beweging soepeler kan verlopen. Elk organisme heeft voor zichzelf de meest optimale bewegingsvorm ontwikkeld. Deze technieken kunnen wij gebruiken bij bijvoorbeeld het ontwerpen van zo efficiënt mogelijk openbaar vervoer.

“Leonardo Da Vinci probeerde een vliegmachine te bouwen. Hij haalde daarbij zijn inspiratie van de vogels”

Opkomende trends – Slimme materialen
Slimme materialen zijn op bepaalde vlakken nog in opkomst.
– Zelfstandig samengestelde materialen zijn materialen die een bepaalde structuur of patroon aan kunnen nemen zonder externe invloed. Een toepassing op dit gebied kan meer inzicht geven in bijvoorbeeld het ontwerpen van vezels. Dit kan gedaan worden door te kijken naar de zelfstandig samengestelde microvezels in cellulose.
– Dynamische optische materialen kunnen naast het veranderen van hun oppervlakte, ook veranderen van kleur. Dit maakt deze toepassing geschikt voor bijvoorbeeld waterafstotende en kleur veranderende oppervlakten, zoals een beeldscherm van een tv of een smartphone. In de toekomst kan er een energiezuinige deklaag voor het raam ontwikkeld worden.

En ook van een vleermuis kunnen we nog wel wat kunstjes afkijken.

En ook van een vleermuis kunnen we nog wel wat kunstjes afkijken.

Opkomende trends – Sensoren
Wij en dieren kunnen op verschillende manieren informatie vergaren uit onze omgeving. Dit doen wij door prikkels op te vangen met onze interne sensoren. Dit vormt een mooie basis voor de sensorontwikkeling geïnspireerd door de natuur.
– Akoestische detectie richt zich op het ontvangen van omgevingsinformatie via geluid. Een voorbeeld van akoestische detectie is echolocatie. Vleermuizen gebruiken dit mechanisme om hun prooi te kunnen lokaliseren. Deze techniek zou door ons gebruikt kunnen worden voor navigatiesystemen, parkeersensoren en andere technische snufjes waarbij je auto meer autonoom wordt. Als sensoren iets oppikken wat jij als bestuurder niet gezien hebt, kunnen ongelukken voorkomen worden.
– Bij chemische detectie nemen wij geur uit onze omgeving waar. Bij veel diersoorten zorgen feromonen (geurloze hormonen die onbewust gedetecteerd worden) ervoor dat mannetjes weten wanneer vrouwtjes geslachtsrijp zijn. Een ontwikkeling in dit veld zijn de koolstofmonoxidemelders en de koolstofdioxidemelders. Zo zijn wij, mensen, beter beschermd bij gevaar dat wij zelf niet waar kunnen nemen.
– Temperatuurdetectie laat ons zelfs het kleinste temperatuurverschil voelen. De ontwikkeling van bijvoorbeeld slimmere/betere systemen voor verwarming of verkoeling in huis teweegbrengen. Dit is niet alleen prettiger voor ons, maar ook beter voor het milieu.

“Er wordt beweerd dat Gustave Eiffel zijn inspiratie voor de Eiffeltoren heeft gehaald uit de structuren van de trabeculae (beenbalkjes) in de dijbeenkop”

Onbenutte gebieden – Proces-geïnspireerde biomimicry
Er zijn veel gebieden die nu nog onbenut zijn. Vooral naar de proceskant is niet vaak gekeken.
– Veel dieren passen milieuvriendelijke processen en processen die vervuiling tegengaan toe. Zij creëren dan nieuwe stoffen door materialen te gebruiken uit hun directe omgeving. Dit zou een mooie stap zijn voor de mensheid. Milieuvriendelijke processen inzetten om nieuwe materialen te ontwikkelen. Denk hierbij aan bacteriën die schadelijke stoffen kunnen neutraliseren. Zij kunnen de inspiratiebron zijn voor toekomstige machines die schadelijke stoffen filteren of onschadelijk maken.
– Energieproductie kan efficiënter en groener worden gemaakt door te kijken naar natuurlijke systemen. Zo wordt er gewerkt aan een synthetisch schuim dat energie en CO2 op kan slaan en om kan zetten in suikers. Dit proces is gelijk aan het proces van fotosynthese in planten. Onderzoekers kwamen op het idee door een tropische kikker. Deze kikker produceerde een soort schuim die het kikkerdril beschermde. Deze toepassing kan zorgen voor een schonere manier van energieopwekking en een vermindering van het koolstofdioxidegehalte in de lucht.

Voorbeelden van biomimicry:

– klittenband geïnspireerd op het plantengeslacht Arctium
– vliegtuigen geïnspireerd op vogels, vleermuizen en insecten
– zwempakken geïnspireerd op haaienhuid
– water/vuilafstotend materiaal geïnspireerd op de bladeren van de Lotusplant
– reflecteren geïnspireerd op insectenogen/insectenvleugels
– plakband geïnspireerd op gekkovoeten
– camouflage geïnspireerd op verschillende diersoorten
– bouwmateriaal geïnspireerd op haaienhuid
– propeller geïnspireerd op vinnen van vissen
– zeppelin geïnspireerd op bouw van pinguïn
Daarnaast halen veel architecten hun inspiratie uit de natuur.

Onbenutte gebieden – Gedrag en cognitie
Wetenschappers kijken ook steeds meer naar het gedrag en de cognitieve vaardigheden van dieren om zo nieuwe technologieën te creëren.
– Transport bij dieren is een goede leerschool voor hoe wij onze transport zouden kunnen regelen. Hierbij wordt vooral gekeken naar mieren. Zij werken op een hele specifieke manier samen om alles zo soepel mogelijk te laten verlopen. Dit zouden wij ook kunnen implementeren voor het vervoer op de weg. Bijvoorbeeld het zo efficiënt mogelijk verplaatsen van A naar B van personen of goederen.
– Bij het ontwikkelen van software wordt steeds vaker gekeken naar de natuur. De oplossing voor het ontwikkelen van nieuwe antivirusprogramma’s of het optimaliseren van draadloze netwerken ligt allemaal in de natuur. Bij het ontplooien van antivirusprogramma’s wordt steeds vaker gekeken naar het immuunsysteem van de mens en hoe wij onszelf verdedigen tegen virussen. En het zijn de zenuwimpulsen in fruitvliegen die kunnen helpen om in de toekomst een betere draadloze connectie te ontwikkelen.
– Computer- en robotontwikkeling kan ook een handje geholpen worden door systemen uit de natuur. Het efficiënter maken van robots gebeurt door het kijken naar gedrag van cellen. Een ontwikkeling op computergebied kan voortkomen uit het bekijken van neurologische systemen.

De natuur heeft ons al op vele manieren geïnspireerd om nieuwe producten en technologieën te ontwikkelen. Maar de mens heeft nog lang niet alle opties bekeken die de natuur te bieden heeft. Binnen dit veld wordt steeds meer onderzoek gedaan naar mogelijke nieuwe technieken. Vooral op digitaal gebied verwachten onderzoekers dat er de komende jaren veel vooruitgang geboekt zal worden. Moeder Natuur is namelijk niet alleen de inspiratie voor het bouwen van machines en materialen. Ook niet-materiële systemen kunnen uitstekend aangepast worden aan goed-werkende natuurlijke stelsels. Gelukkig wordt er steeds vaker gelet op de gevolgen die biomimicry heeft voor de natuur zelf. Door technologische ontwikkeling en milieubalans, kunnen beide partijen langer profiteren van de onderlinge band en samenwerking.