Je leest:

Voorbeelden uit de natuur helpen bij ontwikkeling nieuwe materialen

Voorbeelden uit de natuur helpen bij ontwikkeling nieuwe materialen

Auteur: | 17 november 2005

Dieren en planten hebben vaak hele slimme manieren bedacht om bijvoorbeeld stevig te worden en om te kunnen zien. Wetenschappers kunnen hier veel van leren om vervolgens de natuur als voorbeeld te gebruiken voor het ontwikkelen van nieuwe materialen en producten.

Dieren en planten hebben vaak hele slimme manieren bedacht om bijvoorbeeld stevig te worden en om te kunnen zien. Wetenschappers kunnen hier veel van leren om vervolgens de natuur als voorbeeld te gebruiken voor het ontwikkelen van nieuwe materialen en producten.

In dit artikel zullen een aantal onderzoeken de revue passeren. In elk van deze onderzoeken bestuderen de wetenschappers natuurlijke stoffen en structuren om zo ideeën op te doen voor nieuwe materialen en producten.

Vlinders: fotonische kristallen

Er wordt al een tijdje gewerkt om light emitting devices (kortweg LED) efficiënter te maken. LED-jes zitten bijvoorbeeld in fietslampjes en computer- en televisiebeeldschermen, en tegenwoordig zie je ze ook – met veel tegelijk – in stoplichten. Om deze LED-jes zo efficiënt mogelijk te maken, zijn onderzoekers nu het kunstje aan het afkijken bij vlinders, namelijk koninginnepages uit Oost- en Centraal-Afrika ( Papilio nereus). Deze vlinders hebben zwarte vleugels met blauwe en groene vlakken. Deze gekleurde vlakken bestaan uit schubben die het licht niet alleen weerkaatsen, maar ook versterken. De schubben bevatten fotonische kristallen en spiegelende structuren, die ervoor zorgen dat veel van het binnenkomende licht ook weer naar buiten wordt gestuurd. Als zo´n vlinder gaat rondfladderen, zie je eigenlijk alleen wat lichtflitsen. En dat is handig, want potentiële vijanden blijven liever uit de buurt. In geavanceerde LED’s wordt al gebruik gemaakt van dit soort trucjes, maar door de vlinderschubben te bestuderen, kan deze technologie wellicht verbeterd worden.

Afbeelding 1: Groene schubben op de vleugel van Papilio nereus, inzet: een schub uitvergroot. Bron: Vukusic en Hooper

Schelpen en sponzen: stevige structuren

Onderzoekers hebben met redelijk succes een bekend biologisch fenomeen weten te imiteren: parelmoer. Dit is onder natte omstandigheden een zeer stevig materiaal. Biologische materialen blijken vaak sterker, stijver of steviger dan je zou verwachten op grond van de bouwstoffen. Wetenschappers zijn erachter gekomen dat deze materialen vaak bestaan uit twee onderdelen: keramisch materiaal dat omhuld wordt door een beetje organisch materiaal. In afbeelding 2 is te zien dat de bouw vergelijkbaar is met bakstenen en cement.

Het nadeel van het exact imiteren van deze materialen is dat de omstandigheden voor de dieren vaak heel anders zijn dan voor de productie en het gebruik van de kunstmatige materialen, zoals bij parelmoer, wat in droge toestand lang niet zo stevig meer is. Toch blijven de onderzoekers benieuwd naar schelpen en sponzen en dan vooral om te achterhalen hoe deze dieren schade weten op te lossen.

Afbeelding 2: Schematische afbeelding van parelmoer (witachtige, glanzende stof aan de binnenkant van schelpen). Bron: Mayer

Dierlijke ogen: lenzen en camera’s

Onderzoekers die optische systemen ontwikkelen, halen hun inspiratie uit alle hoeken van het rijk der dieren. Er zijn twee basistypen voor dierlijke ogen, namelijk het camera-oog (zorgt met één lens dat beelden op het netvlies vallen) en het samengestelde oog (beelden uit veel lenzen vormen samen het complete beeld). Bij bepaalde libellensoorten bevat een oog wel 10.000 minuscule lensjes. Veel optische systemen worden afgeleid van deze twee typen. Ook op andere vlakken kunnen dierlijke ogen als voorbeeld dienen. Vissen en andere waterbewoners tonen de wetenschappers handige manieren om onder water te kunnen zien. Een slangster ( Ophiocoma wendtii), verwant aan de zeester) heeft geen zichtbare ogen en kan toch roofdieren ontwijken. Het blijkt dat zijn lichaam bezaait is met calcietkristallen. Deze kristallen vormen dubbele lenzen, en het beeld komt terecht op plekken waar zenuwbundels zitten.

De laatste tijd wordt er veel gebruik gemaakt van een techniek genaamd zachte lithografie. Hiermee kunnen de meest uiteenlopende driedimensionale structuren worden gebouwd. Er wordt gebruikgemaakt van flexibele polymeren die erg lijken op polymeren uit dierlijke ogen.

Afbeelding 3: Vijf soorten ogen. Klik op de afbeelding voor een grotere versie Bron: Lee en Szema

Vlinders, schelpen en vele andere levende wezens bieden de mens inspiratie voor de ontwikkeling van nieuwe materialen en producten. De natuur heeft vaak namelijk hele slimme oplossingen bedacht voor bepaalde problemen. Dit is weliswaar niet altijd één op één na te maken, maar onderzoekers kunnen wel de bouw imiteren of juist alleen de bouwstoffen. Een groot voordeel is dat er geen planten en dieren, of onderdelen daarvan, uit de natuur gehaald hoeven te worden.

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 17 november 2005

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.