Zondag 19/05/2019

Wetenschap

Wat ingenieurs kunnen, kan de natuur beter

Chirurgische hechtingen gebaseerd op de egel of een kankertest die een kwal imiteert. Wetenschappers spieken vaker dan ooit bij de natuur om doorbraken te forceren. "Haar research en development heeft dan ook 3,8 miljard jaar voorsprong op de mens."

Jeffrey Karp brak voor het eerst potten toen hij met zijn 'gekkotape' op de proppen kwam: een nieuw synthetisch materiaal dat de voeten van de gekko nabootst en zich zo heel goed kan hechten op gladde oppervlakken. Beeld Thinkstock

De woestijnkever kan in zeer droge omstandigheden leven door, wanneer er mist of dauw in de atmosfeer hangt, zijn pantser omhoog te richten en de kleine beetjes water op te vangen. Dat pantser kan de druppels maximaal condenseren.

Een groep master- en doctoraatsstudenten aan de Universiteit Gent ziet daar een oplossing in voor de miljoenen mensen die in extreme droogte leven. Ze doopten hun vondst 'Dewpal' en nemen binnenkort deel aan de prestigieuze iGEM-competitie, een wedstrijd op het gebied van synthetische biologie.

"De vorm van het pantser bij de woestijnkever zorgt ervoor dat kleine druppels water zoals dauw sneller gecondenseerd worden. Die vorm hebben we gekopieerd als bovenkant van de watercollector", vertelt professor biotechnologie Marjan De Mey (UGent) vanuit de VS.

Die bestaat uit biologische polymeren, speciaal materiaal dat je makkelijk met een 3D-printer kunt printen. Je kunt er andere biologische stoffen op binden. Zoals eiwitten uit wolken. Want Dewpal is ook op wolken gebaseerd.

De Mey: "In wolken leven bacteriën waarop eiwitten zitten die hen helpen overleven. De eiwitten vormen ijskristallen en helpen zo wolken vormen uit gecondenseerd water. Ze worden ook gebruikt om kunstmatige sneeuw te maken. In Dewpal hebben we dat type eiwitten aangebracht. Het is dus een dubbele manier om water te genereren."

Natuur als raadgever

Dewpal illustreert nog maar eens hoe de natuur een van de meest meesterlijke uitvinders ter wereld is en zo enkele dwingende problemen voor de mens kan helpen oplossen. De natuur is altijd al raadgever geweest. Vliegtuigen zijn niet toevallig gebaseerd op de vorm van vogels en velcro op de weerhaakjes van de klittenplant.

Maar vandaag zijn complexe natuurfenomenen meer dan ooit de basis voor wetenschappelijke doorbraken. "Veel heeft te maken met de grote nood aan duurzame oplossingen", zegt Leen Gorissen van het VITO. "Ons industrieel systeem draait op 10 procent efficiëntie. Dat betekent dat onderweg 90 procent van alle grondstoffen verloren gaat. Ons voedselsysteem consumeert tien keer zoveel energie als het oplevert. Wij zijn dus echt niet zulke goede designers, ingenieurs, en managers als we denken. De natuur doet veel beter. Bovendien heeft ze al zo'n 3,8 miljard jaar voorsprong in research en development. Ieder levend wezen is het resultaat van een reeks opgeloste problemen."

Onder andere het Amerikaanse bedrijf Biomimicry 3.8 illustreert hoe die vertaalslag van natuur naar praktijk geen dromerij is. De afgelopen veertien jaar hebben ze meer dan 250 klanten tapijten, vliegtuigen, fabricageprocessen en zelfs volledige steden helpen hertekenen aan de hand van hoe de natuur haar zaakjes regelt. Gorissen: "Biomimicry 3.8 werkt met HP, Nike, NASA. Dit is heel groot aan het worden."

Wormlijm

Ook Jeffrey Karp, bio-ingenieur aan het befaamde Massachusetts Institute of Technology (MIT), kan de telefoontjes van gegadigden niet bijhouden. Het zijn vooral chirurgen die zijn 'zandkasteelwormlijm' willen gebruiken om interne wonden te helen.

De zandkasteelworm scheidt een erg plakkerig goedje af waarmee hij in het lage water aan de Californische kusten een hol bouwt uit stukken schelpen. De 'lijm' is sterk, waterafstotend en bioafbreekbaar en daardoor ideaal om interne wonden die bij operaties niet makkelijk genaaid kunnen worden weer aan elkaar te hechten.

Ondertussen heeft Karp een versie ontwikkeld die in een ziekenhuis in Parijs is getest bij 36 patiënten die vasculaire reconstructies ondergingen. "De lijm stopte het bloeden meteen. Ik had verwacht dat de operatie veel langer zou duren", zegt chirurg Jean Marc Alsac. Ook zijn er geen neveneffecten die met bestaande 'bindmiddelen' vaak optreden.

En dit is niet eens Karps enige vondst die al in de praktijk gebruikt wordt. De bio-ingenieur, die ondertussen een eigen MIT-lab heeft dat volledig in het teken staat van 'bio-inspiratie', brak voor het eerst potten toen hij met zijn 'gekkotape' op de proppen kwam: een nieuw synthetisch materiaal dat de voeten van de gekko nabootst en zich zo heel goed kan hechten op gladde oppervlakken. Ook die uitvinding komt als geroepen in de chirurgie, bijvoorbeeld om kleine stukjes darm te hechten.

Ondertussen werkt Karp ook aan chirurgische nietjes gebaseerd op de stekels van een egel en synthetische 'tentakels' uit DNA gebaseerd op die van een kwal die een veel betere kankertest blijken dan wat tot nu bestond.

Sociale innovatie

Maar niet alleen in de medische en technologische wereld breekt de natuur potten. "Biomimicry zorgt ook voor sociale innovatie in bedrijven", zegt Gorissen. "Ecosystemen zijn in zeer slimme netwerken georganiseerd, terwijl bedrijven nog zeer vaak uit allemaal aparte departementen bestaan. Uit zwermen, mierenkolonies en ondergrondse slimme netwerken leren bedrijven zich veel efficiënter organiseren."

Al blijft 'biomimicry' of 'bio-imitatie' volgens Karp en co. een lastige term. "De grootste valkuil is kopiëren", zegt Karp. "De mens kan de natuur verbeteren en naar zijn hand zetten. En dat veronderstelt vooral beter kijken naar die natuur." Pioniers als hij zijn dan ook regelmatig te vinden in bossen of aquaria.

Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met De Morgen?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van De Morgen rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar info@demorgen.be.