NATUURLEXICON

Biomimetica

Biomimetica of biomimicry is de wetenschap en de kunst van het imiteren van de beste biologische ideeën in de natuur om menselijke toepassingen uit te vinden, te verbeteren en duurzamer te maken.

Biomimetica is gebaseerd op 3,8 miljard jaar evolutie waarbij de beste ideeën en aanpassingen het overleven. Opvallend daarbij is dat een organisme nooit zijn eigen leefomgeving vervuilt, vergiftigt of onleefbaar maakt. Er zijn drie grote takken binnen deze discipline: vormen, materialen en ecosystemen. Nabootsen van vormen kan resulteren in een doeltreffende energie-efficiëntie van de toepassing (mixers, ventilatoren, windturbines). Onderzoek naar materialen en productieprocessen uit de natuur kan veel toxische (neven-)producten uit de huidige industriële processen bannen. Het bestuderen van ecosystemen kan heel onze vervuilende wegwerp-economie omzetten in een gesloten systeem van recyclage.

In Zwitserland bouwden wetenschappers het elektro-orgaan van de Sidderaal Electrophorus electricus na. Deze vissoort geeft stroomstoten die kunnen oplopen tot 1 ampere en 600 volt, wat zelfs voor mensen dodelijk kan zijn. Tijdens het zwemmen laadt deze zoetwatervis, die in Zuid-Amerika leeft, zijn “batterijen” weer op. De elektro-organen van dit dier zijn biologische batterijen, die flexibel, plooibaar en waterbestendig zijn. Met kunstmatige materialen werd dit orgaan nagebouwd: zeer dunne membranen opgebouwd uit een hydrogel, een polymeermatrix die voor een groot deel uit water bestaat. Dit artificële orgaan haalt spanningen tot 110 volt en 27 milliwatt per vierkante meter aan membraanoppervlak. De membranen kunnen zeer dicht op elkaar worden gelegd zodat men de biologische batterijen zeer klein kan maken. De hydrogel onderhoudt een ionenstroom opgewekt door het in- en uitvouwen van de membranen. Deze biocompatibele batterijen lenen zich uitstekend voor toepassingen zoals implantaten, pacemakers, biosensoren en hybride robots.

In Namibië leeft een kever die met zijn ruwe rug in staat is om van de mist te “drinken”. Wetenschappers ontdekten dat de enigszins afgeplatte bultjes op de rug van de kever water aantrekken. De zeer kleine druppeltjes lopen vervolgens via de wasachtige, waterafstotende geultjes naar de bek. Deze constructie werd in het groot nagebootst: een dak voor tenten en huizen waarmee water aan de mist kan worden onttrokken. Deze daken kunnen worden aangewend op plaatsen waar het nauwelijks regent.    

Nog enkele voorbeelden van biomimetica: plakband geïnspireerd door gekko's, energie-efficiënte gebouwen geïnspireerd door termietenheuvels en antibacteriële oppervlaktes geïnspireerd door rode zeewieren, zelfreinigende materialen gebaseerd op de Indische Lotus Nelumbo nucifera en pigmentvrije verf geïnspireerd door de pauwenstaart.

De uitvinding van klittenband steunt op de aanwezigheid van minuscule haakjes op de klitvruchtjes van de Stekelnoot Xantium species, die gemakkelijk aan de vacht van dieren blijven kleven.

Omdat lijmen en hechten bij operaties in het menselijk lichaam kans geven op infecties zochten onderzoekers van de Technische Universiteit Delft naar een lijm die inwendig kan worden toegepast. Ze vonden deze lijm bij de Eetbare Mossel Mytilus edulis. Deze hecht haar byssusdraden met een zelfgemaakte lijm aan onder mmer palen in de zoute getijdengebieden van zeewater. Het belangrijkste bestanddeel hiervan is een geoxideerd aminozuur in een eiwit van de mossel, namelijk DOPA, dat zich goed hecht aan natte, gladde oppervlakken. Deze lijm is biologisch afbreekbaar en zou daardoor zeer geschikt zijn. Voor een bruikbare hoeveelheid van deze lijm zouden te veel mosselen nodig zijn. Het namaken van een synthetische variant van het natuurlijke DOPA zou daarom de oplossing zijn.