17 maart 2021
Heeft u zich ooit afgevraagd hoe klittenband uitgevonden werd? George de Mestral merkte tijdens een wandeling op dat kleefkruid aan zijn kleren bleef plakken. Door nader onderzoek te doen ontdekte hij dat het oppervlak van kleefkruid bestaat uit kleine haakjes die zich vastklampten aan lussen in zijn kleding. Mestral besefte zich het kruid gemakkelijk los-en vastgemaakt kon worden. Daarom bootste hij de structuur na om klittenband te creëren. Dit voorbeeld is er een van velen die de kracht van biomimicry in de praktijk illustreren.
Wat is biomimicry?
Biomimicry is het imiteren van geoptimaliseerde processen uit de natuur om systemen en materialen te ontwerpen. Veelvoorkomende problemen in onze maatschappij kunnen opgelost worden door natuurlijke processen te observeren en deze als inspiratie te gebruiken voor strategieën die menselijke behoeften ondersteunen.
Al 3,8 miljard jaar evolueert en perfectioneert de natuur haar complexe systemen en organismen. Hierdoor is de natuur een specialist op het gebied van efficiëntie en veerkracht. Biomimicry onderzoekt de opgedane kennis en ervaring uit de natuur, en zoekt uit hoe deze kan worden aangewend om oplossingen te vinden voor alledaagse problemen. Daarmee worden de grenzen van het traditionele denken verlegd en wordt de manier waarop we over oplossingen nadenken voor huidige en toekomstige vraagstukken radicaal veranderd.
Hieronder volgen enkele casestudies waarin biomimicry is toegepast om te illustreren hoe deze manier van ontwerpen de gebouwde omgeving heeft beïnvloed.
Biomimicry in de gebouwde omgeving
Zelfreinigende oppervlakken
Een eenvoudig maar veelzijdig voorbeeld van biomimicry is het imiteren van de samenstelling in lotusbladeren om water- en vuilbestendige materialen te creëren. Lotusbladeren hebben op microschaal een ruw hydrofoob oppervlak, gemaakt van een soort was die op het oppervlak van veel planten wordt aangetroffen. Dit voorkomt dat water zich aan het oppervlak hecht en bevordert de samenhang die nodig is om grote waterdruppels te vormen. De zwaartekracht dwingt de zware druppeltjes om van het blad te rollen en verzamelt tegelijkertijd stof en andere deeltjes, waardoor het oppervlak wordt gereinigd.
Deze fascinerende waterdichte en zelfreinigende eigenschappen van het lotusblad hebben geleid tot de ontwikkeling van bijvoorbeeld glas, verf en verschillende kunststoffen. Ook heeft de ontwikkeling van deze technologie bijgedragen aan hulpmiddelen die worden gebruikt om water en chemicaliën van bouwmaterialen te verwijderen. Daarnaast heeft deze technologie geleid tot het veiliger maken van wegen bij nat weer en is de luchtweerstand van auto’s drastisch verminderd waardoor zuiniger voertuigen gecreëerd konden worden.
Windenergie
John Dabiri – een onderzoeker bij Caltech – heeft scholen vis bestudeerd, waarmee kennis werd opgedaan die windturbines compacter en efficiënter maken. Door het analyseren van de bewegingen die de school maakte merkte hij op dat de voorste vissen de weerstand voor de vissen achter hen verminderde. De tegengestelde krachten die werden gecreëerd door bewegingen van de vin (geïllustreerd in blauw en rood in de bovenstaande afbeelding) verminderde de hoeveelheid energie die de school nodig had om te zwemmen aanzienlijk.
Dabiri ontwikkelde windturbines met een verticale as, waardoor turbines elkaar kunnen versterken en – net als bij de scholen vis – het energiegebruik geoptimaliseerd wordt. Units zijn strategisch naast elkaar geplaatst, waardoor de weerstand in turbines wordt verlaagd en efficiëntie gemaximaliseerd. De units zijn tien meter hoog en kunnen ongeveer vijf meter uit elkaar worden geplaatst. Ter vergelijking: standaard windturbines hebben ongeveer twintig meter aan tussenruimte nodig. Voor de grootste windturbines die momenteel in gebruik zijn, kan deze afstand zelfs meer dan anderhalve kilometer bedragen.
Temperatuurregeling
Source: National Geographic
Architect Mick Pearce bootste de zelf-koelende eigenschappen van termietenheuvels na om het grootste kantoor– en winkelgebouw van Zimbabwe te ontwerpen; het Eastgate Center. Dit gebouw maakt geen gebruik van traditionele verwarmings- en koelsystemen, maar gebruikt een reeks luchttunnels om de temperatuur het hele jaar door op een natuurlijke wijze te reguleren.
Pearce koos voor een type draagconstructie van baksteen en beton. Net als de grond in termietenheuvels beschikken deze materialen over een hoge warmtecapaciteit. Hierdoor kan een grote hoeveelheid warmte worden gebufferd, met minimale fluctuaties in temperatuur als gevolg. Termietenheuvels hebben een poreuze structuur, waardoor lucht vrij door de heuvel kan stromen als de temperatuur van de omgevingslucht schommelt. Dit wordt nagebootst door middel van ventilatoren met laag vermogen aan de voet van het Eastgate Centre. Deze ventilatoren trekken ’s nachts koele lucht aan en verspreiden deze door het hele gebouw, waardoor het beton en de circulerende lucht worden gekoeld. ’s Ochtends stijgt warme lucht op en wordt deze via de schoorstenen afgegeven.
Door deze manier van natuurlijke koeling toe te passen gebruikt het Eastgate Center minder dan tien procent van de energie die wordt gebruikt door vergelijkbare gebouwen van deze omvang, terwijl de binnentemperatuur overdag rond de 28 ? en ’s nachts 14 ? blijft.
Onbeperkt potentieel
Biomimicry beïnvloedt alles, van constructies tot infrastructuur, gehele politieke systemen en sociale netwerken. De genoemde voorbeelden demonstreren slechts een fractie van de veelzijdigheid en creativiteit die biomimicry te bieden heeft. Het is het bewijs dat innovatie een cruciale rol speelt in de doorontwikkeling van efficiënter en veerkrachtiger gemeenschappen, net als in de natuur.
Het hergebruik van grondstoffen is hier een essentieel onderdeel van. In de natuur bestaat afval niet, doordat afvalstoffen van de ene soort als hulpbron dienen voor een ander. In een van onze volgende nieuwsbrieven zal een artikel worden gepubliceerd, waarin wordt ingegaan op biomimicry als hulpmiddel voor centrale principes in de circulaire economie. Houd daarom onze nieuwsbrief goed in de gaten.