Spieken in de natuur

Toen ik over dit boek hoorde in Vroege Vogels bij de VARA op Radio 1 wilde ik het meteen hebben. In mijn jeugd had ik over dit onderwerp een AO gelezen met de titel Spieken in de natuur en sindsdien is het onderwerp mij blijven lokken. Ik heb dit boek dan ook achter elkaar uitgelezen.
Het oudste voorbeeld van afkijken van de natuur, dat ik zelf kende, is al door Plinius senior geboekstaafd: “Doxius, een zoon van Coelus, is, naar het gevoelen van Gellius, allereerst begonnen de huizen van klei te bouwen, daartoe aangezet zijnde door het zien van zwaluwnesten.” (Historia Naturalis, l. VII. c. 56).
De huidige vakterm voor deze manier van uitvinden luidt bionics, een term die al in 1958 is gemunt, door Jack E. Steele (1924-2009), ingenieur en arts. Hij diende bij de luchtmacht van de VS als kolonel en werkte aan bionics. Volgens Steele is dat de studie van organismen om oplossingen voor technische problemen te vinden, nu ook bekend als biomimetics.
Ylva Poelman is natuur- en sterrenkundige, oprichtster van het Bionica Innovatie en Expertise Centrum in Groningen. Zij schrijft elke twee weken een column in Trouw onder de kop De Bionische Vrouw.
Het eerste overtuigende voorbeeld van bionica in haar boek gaat over de hogesnelheidstrein in Japan. Het eerste model uit 1964 kreeg de bijnaam bullet train omdat de stompe voorkant ervan op een kogel leek. Als deze trein een tunnel inreed gaf dat een oorverdovende knal, omdat de samengeperste lucht van de drukgolf rond de neus, die lijkt op de boeggolf rond een schip, dan bijna nergens heen kon. De knal is te vergelijken met die van een straaljager, die sneller gaat vliegen dan de voortplanting van geluid en zo de geluidsbarrière doorbreekt. Eén van de treinontwerpers was een vogelkenner en moest aan de ijsvogel denken. Als die een visje vangt, duikt hij vanuit lucht, met een lage weerstand, in water, met een hoge weerstand. Door de gestroomlijnde snavel en kop snijdt de ijsvogel als het ware door de lucht en het water zonder dat het opspat. De kogelneus van de trein werd daarom vervangen door een ijsvogelneus van liefst vijftien meter lang. Er trad geen tunnelknal meer op. En de trein reed sneller en gebruikte minder energie.
Een voorbeeld van eigen bodem levert een fabrikant van tapijttegels (voorheen Heuga). De bladeren die de vloerbedekking van een bos vormen openden de ogen van de ontwerpers. Het bedrijf had altijd getracht exact gelijke tegels te maken. Gevallen bladeren lieten zien dat tapijttegels best mogen verschillen. Het leidde uiteindelijk tot de populaire Entropy-tapijtcollectie met tegels die verschillen van kleur en weefselrichting.

Het boek noemt ook klittenband als klassiek voorbeeld van bionica. Een creatie van de Zwitserse ingenieur George de Mestral, die zich na een wandeling afvroeg waarom er klitten aan zijn kleren en zijn hond bleven hangen. Onder de microscoop bleken dat de haakjes van de klis te zijn. Deze inspireerden hem tot het ontwerpen en vervaardigen van wat nu klittenband heet. Per brief heb ik de uitvinder eens gevraagd wat er van dat verhaal klopte. Hij antwoordde deels bevestigend. In zijn envelop had hij namelijk wat zaad van kleefkruid gestopt. Van die groene bolletjes, zo klein als fietskogeltjes. Vandaar dat hij ze met een microscoop had bekeken. Bij een klis kun je die haakjes met ongewapend oog ontdekken. Klittenband bleek kleefkruidband.
Wat ik helaas mis in het boek is de geschiedenis van deze wijze van creëren. Natura artis magistra zei men vroeger al: De natuur is de leermeesteres van kunst en wetenschap, denk aan Artis, de dierentuin uit 1838.

De oudste voorbeelden van dit spieken in de natuur zijn natuurlijk legendes. Volgens Plinius ligt de oorsprong van onze muziek in vogelgezang. Ovidius schrijft in zijn Metamorfosen dat de stekels op de rug van een vis inspireerden tot het uitvinden van de zaag. Aboriginals zouden de boemerang hebben afgeleid van de vlucht van vallende en weggeslingerde bladeren van de witte gomboom, een Eucalyptus-soort.
Dan de authentieke voorbeelden. Hooke vroeg zich in 1664 al af of het spinnen van de zijderups nagebootst kan worden. De Réaumur merkte in 1719 op dat een wespennest toont dat papier ook van houtvezels gemaakt kan worden. En een horizontaal spinnenweb inspireerde Samuel Brown tot de eerste hangbrug, die in 1826 werd geopend. Lilienthal keek naar de vlucht van vogels bij het ontwerp van zijn zweefvliegtuig. Wilbur Wright zag eens hoe een zwevende buizerd zijn vleugeltippen scheluw (ruimtelijk scheef) trok, en paste dat toe op zijn vliegtuigvleugels. Graham Bell liet zich inspireren door het menselijke trommelvlies bij het ontwerp van zijn telefoon. Vliegdekschipvliegtuigen hebben soms een landingsgestel dat Douglas afkeek van sprinkhanen.
En het omgekeerde van bionica bestaat ook. Dan staat een technisch gegeven model bij het oplossen van een vraagstuk uit de biologie. Daarover zwijgt het boek eveneens.
In de zestiende eeuw dacht men, in navolging van de Romeinse arts Galenus, dat bloed heen en weer stroomt tussen het hart en het lichaam. Harvey opende toen een levende vis, op zoek naar deze eb- en vloedbeweging, maar het kloppende hart deed hem denken aan een hoospomp die hij kort daarvoor had zien werken.
Zo bouwde Kepler voor het observeren van een zonsverduistering in 1600, met instructies van Brahe, een speldegat camera obscura, en paste het idee van de lichtstraal, die hij daarbij waarnam, vervolgens toe op het oog en toonde zo voor het eerst dat het beeld op het netvlies wordt gevormd.
François Jacob zag zijn zoontje eens treintje spelen. Het jochie wist de snelheid te regelen door de aan- en uit knop van zijn speelgoedtransformator vlug heen en weer te draaien. Dat bracht Jacob op het idee dat de snelheid van een eiwitsynthese in een cel ook wel eens binair (aan/uit), in plaats van discreet, geregeld zou kunnen zijn. Jacques Monod protesteerde nog, maar het bleek te kloppen! Later kregen Jacob en Monod samen met de eveneens aan het Instituut Pasteur in Parijs verbonden Franse microbioloog André Lwoff de Nobelprijs voor fysiologie of geneeskunde ‘voor hun ontdekkingen betreffende de genetische besturing van de enzym- en virussynthese’.
De kunstenaar Kenneth Snelson bedacht met Buckminster Fuller het principe van tensigrety, de theorie dat stabiele constructies, zoals een fietswiel of een open paraplu, uit trek- én drukspanningen bestaan. In de zeventiger jaren paste de patholoog Ingber die opvatting toe op de structuur van de levende cel en zo kwam hij tot de conclusie dat het celskelet lijkt op de constructies van Snelson.
Ik heb geen term voor het tegenovergestelde van bionica kunnen vinden, daarom opper ik om daarvoor het woord bionica achterstevoren te schrijven, als acinoib. Wie kent er meer voorbeelden van? Daar zou net zo'n instructief boek over te schrijven zijn als dit boek over bionica.