De natuur als uitvinder

Gaat alles altijd goed in de natuur? Nee.  Is er in de natuur de natuur geen afval? Ik denk van wel. Volgens mij is er wel afval en gaat het soms helemaal niet goed. Ik kom daar een andere keer op terug.

Is de natuur een enorme bron van inspiratie? Jazeker, daar bestaat wat mij betreft geen twijfel over. Zeker niet na het lezen van het boek “De natuur als uitvinder, miljarden jaren aan innovatie gratis beschikbaar” van Ylva Poelman. Het boek gaat over bionica, het toepassen van technieken uit de natuur in technische processen van de mens. Poelman laat zien welke technieken de natuur gebruikt en wat wij als mensen daarvan kunnen leren. Voor een deel bekende zaken, maar toch ook een aantal nieuwe inzichten. Poelman geeft veel voorbeelden van hoe de mens dingen maakt die ook in de natuur voorkomen. Ik denk overigens dat de natuur hierbij vaak helemaal niet de inspiratiebron is geweest maar dat er vooral heel slimme mensen zijn geweest die met oplossingen kwamen die lijken op de oplossingen van de natuur. Maar Poelman geeft ook voorbeelden waar de natuur wel degelijk de inspiratie is geweest en, dat geeft aanleiding om verder te zoeken naar de oplossingen die de natuur heeft ‘bedacht’ en te kijken of je die kunt vertalen naar de mens. Een voorbeeld is bijvoorbeeld de gekko die door hele bijzondere voeten tegen de gladste oppervlakten op kan lopen en zelfs aan een glazen plafond blijft plakken. De gekko maakt op bijzondere wijze gebruik van de Van der Waals krachten. Dit principe kan gebruikt worden voor plakband, om robotjes tegen ramen te laten lopen of voor een grijparm om kwetsbare gladde voorwerpen mee op te pakken.

Ik moet zeggen dat ik veel van de voorbeelden al kende. Interessanter dan de voorbeelden vind ik daarom de principes die Poelman geeft. Zo laat ze zien dat mensen bij productie vooral veel energie en materialen gebruiken terwijl de natuur vooral structuren gebruikt en vrijwel altijd werkt bij normale temperatuur en normale druk. Als wij dat ook zouden kunnen zou je waarschijnlijk direct een hoop energie en grondstoffen uitsparen. Als voorbeeld noemt Poelman geweien, botten, bomen, nagels etc. In de natuur geldt, hoe minder grondstoffen en energie je hiervoor gebruikt, hoe groter je kans om te overleven. Zo ontstaat een natuurlijk selectie naar zo min mogelijk gebruik van materiaal en energie wat vanzelf leidt tot slimme oplossingen.

Zes parameters

Russische wetenschappers Olga en Nikolay Bogatyrev hebben onderzoek gedaan naar de verschillen tussen menselijke en natuurlijke technieken. Hierbij gaan ze uit van 6 parameters:

  • Gaat over het gewicht, de gebruikte materialen en de hoeveelheden
  • Gaat over de opbouw van een voorwerp. Je zou ook kunnen zeggen de wijze waarop de substantie is geordend. Een honingraadstructuur is daar een mooi voorbeeld van, maar ook de sponsachtige opbouw van botten.
  • Gaat over de grootte, de ruimte die ingenomen wordt. Dus hoogte, breedte en lengte.
  • Gaat vooral over tijdsduur. Het wordt niet heel uitgebreid uitgewerkt maar ik denk vooral aan de tijd die nodig is om tot iets te komen. Hierbij hoort ook de volgorde waarin iets wordt opgebouwd.
  • Gaat uiteraard over de hoeveelheid energie die nodig is om iets te maken.
  • Gaat over regelen en terugkoppeling. Hoe wordt tijdens de opbouw gereageerd op veranderende omstandigheden, hoe weet je of iets ‘af’ is.

Vervolgens kijken ze bij oplossingen op verschillende schalen (van micrometer tot kilometer) welke parameters in welke mate gebruikt worden. Zoals al eerder opgemerkt, bij menselijke oplossingen ligt het accent op substantie en energie, bij natuurlijke oplossingen zijn juist de andere parameters van belang. Onderstaande figuur laat dit zien.

Op deze conclusie is natuurlijk wel wat af te dingen. De zes parameters gaan over totaal verschillende zaken die je niet zomaar met elkaar kunt vergelijken. Hoezo is een oplossing voor 50% energie en voor 5% tijd? Hoe bereken je dat? Maar het is natuurlijk wel herkenbaar, veel materiaal en veel energie, zo werkt onze maatschappij. Hier hebben we volgens mij een belangrijke ontwerpregel te pakken, optimaliseer de structuur zodat je zo min mogelijk materiaal en energie nodig hebt. Het tweede punt is het aspect tijd. Mensen leven maar een jaar of 80 en in die 80 jaar willen we van alles doen. Natuurlijk processen gaan gewoon heel langzaam. Als we ons daar op aanpassen kan je niet veel doen in een leven. De uitdaging is uiteraard die natuurlijke processen te kopiëren en met weinig energie en materiaal en toch snel te laten plaatsvinden. De vraag is of dit verenigbaar is. Poelman geeft daar weinig concrete voorbeeld van.

Beperkt aantal basisingrediënten

Een ander interessant punt is dat de natuur maar een beperkt aantal basisingrediënten kent. Dat maakt het makkelijk om alles wat de natuur maakt te recyclen en opnieuw te gebruiken. De basisingrediënten zijn:

  • Eiwitten
  • Vetten
  • Koolhydraten
  • Nucleïnezuren (basis voor DNA)

Daar kan je nog water aan toevoegen maar dat wordt niet gemaakt maar gebruikt. Het mooie is dat de natuur met deze vier basisingrediënten een enorme hoeveelheid verschillende producten kan maken op alle niveaus (van een onderdeel van een cel tot een complete boom).

Andere ontwerpmethode

Interessant is ook dat de natuur een andere ontwerpmethode kent. Ik denk overigens dat het helemaal geen ontwerpen is, het ontstaat gewoon door toeval, er zit verder geen doel of gedachte achter. Maar juist door dit toeval ontstaan steeds kleine wijzigingen van een ontwerp die soms beter en soms slechter werken. Dit leidt uiteindelijk tot een enorme hoeveelheid zeer efficiënte oplossingen. Want zoals eerder aan de orde kwam, oplossingen met het hoogste rendement hebben een voordeel en worden daarom verder verspreid. Deze methode wordt tegenwoordig ook al gebruikt om met behulp van een computer producten te ontwerpen. Een soort evolutionaire manier van producten ontwerpen. In de natuur heeft dit overigens ook nadelen. Er is geen weg terug, het proces gaat altijd verder op de ingeslagen weg. Een potvis is een succesvol dier, maar moet nog steeds boven water komen om adem te halen. Kieuwen zouden een stuk makkelijker zijn, maar de potvis evolueert met de longen als uitgangspunt. De neus (het blaasgat) zit op de rug, wat een slimme oplossing is, maar de luchtpijp loopt over de rug naar het voorhoofd in plaats van af te snijden. Verschillende onderdelen van verschillende ontwerpen aan elkaar plakken daar is de natuur niet zo goed in, dat kunnen mensen wel. Waarbij de boodschap is dat we meer moeten kijken naar de ontwerpideeën uit de natuur.

Topt slot hieronder nog een samenvatting van de belangrijkste punten in een mindmap.

Stijn van Liefland

 

Plaats een reactie

Uw e-mailadres wordt niet gepubliceerd.


*