Bionische Vrouw Ylva Poelman

Wat is bionica precies?
“Bionica staat ook wel bekend als biomimicry. Sommige mensen hebben daar wat moeite mee, omdat het suggereert dat het alleen imiteren is. Er wordt ook wel over biomimetica gesproken in de wetenschappelijke wereld. Maar eigenlijk is het inspireren.
Er moet een technisch probleem opgelost worden en methode van bionica is dan om naar de natuur te kijken om te zien welke organismen vergelijkbare problemen hebben en hoe zij dat in de natuur oplossen.”

Kun je een voorbeeld geven?
“In de ruimtevaart bijvoorbeeld: als een satelliet of onbemand vaartuig op weg is, dan kun je er niet meer bij, kun je er niet heen om ‘m te repareren. Bij de Hubble lukte dat nog wel, maar op grotere afstand is dat niet haalbaar. Daarom zou je graag willen dat zo’n ruimtevaartuig autonoom is. En dat is natuurlijk precies wat dieren doen: ze doen dingen uit zichzelf. Dus kijkt bionica hoe je dat in kunt bouwen: zelfreparerend, zelfreinigend.
Of hoe moet je een robotarm bewegen. Of je wilt een robot op Mars laten lopen. Daarvoor kun je inspiratie uit de natuur halen.
Voor het landen van ruimtevaartuigen op bijvoorbeeld een komeet of Mars hebben ze testen gedaan met kakkerlakken: hoe gaan die om met vallen en wat doen ze om goed neer te komen.
Wat je dus niet doet is iets letterlijk kopiëren, maar je laat je inspireren, je kijkt als het ware tussen je oogharen door en zoekt naar de essentiële principes van de oplossing die dit beest of deze plant heeft en dat gebruik je dan als inspiratie voor een oplossing binnen onze eigen techniek.
Het boek is een grote lofzang op de natuur, maar de natuur heeft een heel groot nadeel: het kan niet herontwerpen. De menselijke techniek is anders. Wij werken met prototypes, daarna knutselen we iets in elkaar dat beter is. De natuur wordt niet op een ochtend wakker en denkt: we gooien nu al die mensen weg, want dat is toch eigenlijk wel een slecht ontwerp en we gaan nu iets beters maken. Zo werkt de natuur niet, die kan alleen voortbouwen op wat er al is. Wat er is, wordt aangepast en alles bouwt op elkaar, waardoor je allemaal bultjes en puistjes op je product hebt. Zo kan het voorkomen dat de natuur een geniale oplossing heeft, die toch heel ingewikkeld is, doordat het op elkaar gebouwde systemen zijn. Daarom wil je ook niet letterlijk kopiëren, want dan neem je ook al die ingewikkeldheid mee.”

Dus bionica gaat dan kijken wat de oplossing is, welke stappen daar in zitten en de goede er uit halen.
“Juist: wat zijn de essentiële principes waarom dit werkt en die dan gebruiken.”

Hoe is het illustratiewerk in het boek tot stand gekomen?
“Oorspronkelijk bestonden de plaatjes in het boek uit een allegaartje van bij elkaar gezochte foto’s en tekeningen. Om er een eenheid van te maken hebben we er voor gekozen een illustrator in te schakelen. Ik ben bij Maartje Kunen van Medical Visuals in Arnhem langs geweest en we hebben alles doorgesproken, waarna zij vijftig illustraties heeft gemaakt. De plaatjes zorgen dat het verhaal inzichtelijk wordt. En je moet het ook niet moeilijker maken dan het is.”

Hoe is iemand die geen bioloog is, bij bionica uitgekomen? Je hebt natuurkunde en sterrenkunde gestudeerd toch?
“Bionica is een multidisciplinair vakgebied. In Duitsland kweken ze bionici, in Nederland doen we dat nog niet. Maar wij kunnen een bionicus maken door een team samen te stellen van een bioloog, een natuurkundige, een scheikundige, een ingenieur enzovoort. In mijn reguliere werk ben ik innovatieadviseur, via mijn bedrijf Ynnovator, en ik ben fervent natuurliefhebber en die twee dingen komen in bionica heel goed samen. Het bleek dat er nog nauwelijks iets met bionica werd gedaan in Nederland.”

Terwijl ze kennelijk in Duitsland er een hele opleiding voor hebben.
“In Duitsland doen ze aan de universiteit voornamelijk onderzoek en op de hoge scholen meer het praktische toepassen. Mensen met die opleiding vinden ook snel werk in de industrie, omdat ze gewend zijn heel erg out of the box te denken. Ze spreken ook bijvoorbeeld de taal van verschillende disciplines, waardoor het makkelijker wordt om die met elkaar te verbinden. Daarbij hoeft een oplossing natuurlijk niet altijd op bionica gebaseerd te zijn, als het uit een ander veld komt, dan is dat natuurlijk ook prima. Het is een middel, geen doel op zich. Internationaal komt er meer aandacht voor en de VS en Duitsland lopen daarin voorop.
Binnen het Duitse bedrijf Festo is er een afdeling die zich bezighoudt met het nabouwen van dieren. Ze hebben een kangaroe, een manta, een meeuw en nog meer. Het is een technologische speeltuin, waarin ze hopen door het doorgronden van de mechanica van die beesten, tot vernieuwende principes en technieken te komen. Het Bionica Innovatie en Expertise Centrum (BIEC) heeft een energiecongres gehouden in Nieuweschans en toen hebben we ook iemand van Festo uitgenodigd. Een mooi voorbeeld is de gekko, die aan de muur blijft kleven door Van der Waalskrachten, en niet door zuignappen of haakjes of zo. Iets wat je helemaal niet verwacht. Daar hebben we het logo van het instituut ook op gebaseerd: een halve echte gekko en de onderste helft mechanisch. Maar Festo heeft dus die Van der Waalskrachten toegepast in een techniek waarmee je vlakke voorwerpen met kwetsbare oppervlakken makkelijk kunt optillen. Een smartphone of een spiegel.”

Is dit een voor de gekko uniek of zijn er meer wezens die Van der Waalskrachten gebruiken?
“Nee, er zijn ook insecten die het gebruiken. Die zijn ook lichter, dus daar werkt het makkelijker voor, maar het is het zelfde principe, dat toegepast wordt door hele kleine haartjes. Van der Waalskrachten werken alleen op hele kleine afstand, dus je moet die haartjes wel heel dicht op het oppervlak kunnen drukken.”

Als gekko’s en insecten beide deze manier gebruiken, dan zijn dat waarschijnlijk volkomen los van elkaar geëvolueerde oplossingen. Dat komt in het boek ook regelmatig naar voren dat de natuur vergelijkbare oplossingen soms helemaal los van elkaar uitvindt.
“Dat noemt men convergente evolutie. Maar er zijn ook andere oplossingen in de natuur: wel met haakjes, zuignappen, slijm of andere. Dus het mooie is dat als je naar de natuur kijkt, je vaak niet één oplossing, maar meerdere krijgt. In de praktische vertaling kun je dan kijken naar welke het beste voor jouw probleem werkt, het meest prijsgunstig is, het snelst werkt of wat voor criteria je er dan ook op wilt toepassen.”

Je schrijft dat tussen de oplossingen die wij mensen bedenken met onze techniek en de natuur maar 12% overlap heeft.
“Dat moet je wel met een korrel zout nemen, maar het is een klein percentage. Dat komt grotendeels omdat de natuur altijd onder omgevingstemperatuur en omgevingsdruk werkt, terwijl wij hoge temperatuur en hoge druk toepassen. Wij mensen hebben altijd heel veel haast en bij hoge druk en temperatuur gaat het snel. De natuur heeft geen haast. Dat wil niet zeggen dat het in de natuur niet af en toe ook heel snel gaat, zoals bijvoorbeeld met enzymen, katalysatoren die processen versnellen. Een andere reden is dat de natuur gewoon heel anders werkt. De natuur heeft als enige productiemethode de structuur: het van klein naar groot opbouwen met precies dezelfde ingrediënten. Wij gebruiken voor elk proces een ander materiaal en een andere oplossing .
De bionica zegt niet dat per definitie alles in de natuur beter is, maar de natuur heeft al zoveel ervaring, bijna vier miljard jaar en het systeem doet het nog steeds, dat het verstandig is om daar naar te kijken, zeker qua duurzaamheid. En het is ook: beter goed gejat dan slecht verzonnen.
Als wij precies het zelfde probleem op moeten lossen als de natuur, dan komen we ondanks dat we met precies dezelfde natuurwetten te maken hebben, toch tot andere uitkomsten. De natuur gebruikt altijd structuur, terwijl wij snel van alles bij elkaar smijten, heel gechargeerd, en daarmee een oplossing forceren. De natuur gebruikt ook weinig basiselementen om alle verschillende organismen te bouwen, waardoor alles ook makkelijk te recyclen is. Daardoor bestaat de natuur ook al zo lang.”

Gaat bionica de aankomende jaren een grote opkomst doormaken? Is dit dé tijd voor bionica?
“We kunnen de natuur deels nu pas snappen, zoals de Van der Waalskrachten van de gekko. Die konden we eerder gewoonweg niet waarnemen, waardoor we het ook niet als inspiratie konden gebruiken. Daarom is het wel nu de tijd voor bionica.
Daarnaast is het ook wel een beetje noodzaak – ik wil geen onheilsprofeet zijn – om dingen anders aan te pakken. Het leven gaat waarschijnlijk wel door, maar of dat met ons is, dat is best wel iets om je zorgen over te maken. De natuur heeft wel de neiging om als iets gigantisch uit de hand loopt, dat het dan uiteindelijk spaak loopt. Bijvoorbeeld omdat er te weinig voedsel of water komt, of we elkaar af gaan maken.
Bedrijven zijn al met bionica bezig en gaan dat ook meer doen. Sommige uit ideële motieven, anderen ook uit commerciële, want het werkt goed. Als ik mijn product 50% energie-efficiënter kan maken, kan ik het product goedkoper verkopen en toch winst maken en concurrentievoordeel boeken en een mooi verhaal vertellen hoe groen ik werk. Bionica is ook gewoon handel.
In Amerika wordt bionica gezien als een veld van de toekomst. Iedere maakindustrie zou dan een bionicus in dienst kunnen nemen, die zich bezig gaat houden met innovatie binnen het bedrijf.”

Welk proces uit de natuur zouden we nu direct moeten overnemen?
“Je kunt dat heel concreet benaderen. Zoals bijvoorbeeld het ontzilten van water, maar dat is dan weer zo klein. Dus ik zou het beter vinden om het breder te trekken. Dus: hoe kunnen we meer in het algemeen met structuur werken, waardoor je minder hoge druk en temperatuur nodig hebt. Als je naar meer duurzaamheid en recycling toe wilt, kun je met dat beperkte aantal basismaterialen meer verschillende structuren bouwen, met uiteenlopende eigenschappen. Dat proces, die werkmethode zou goed zijn om in te voeren. Dus minder basisingrediënten gebruiken, minder schaarse elementen, die je moet winnen, waardoor je heel veel milieuschade toebrengt. Veel meer makkelijk toegankelijke materialen gebruiken, die niet milieubelastend zijn. Dat is niet een twee drie gepiept. Dus wat kun je leren van de natuur en dat invoeren in onze eigen techniek, daarvan zeg ik: ga daar liefst nog gisteren aan de gang.”

Wat is je favoriete voorbeeld uit het boek?
“De gekko is wel een van mijn favorieten, daarom hebben we het logo daar ook op gebaseerd. Wat ik ook een mooi voorbeeld vindt is de bijna onuitspreekbare bidsprinkhaankreeft. De prooien van de bidsprinkhaankreeft hebben een exoskelet. Heel veel van die prooidieren worden al als inspiratie gebruikt in de bionica voor impactbestendige materialen. Voor helmen of kogelvrije vesten of vliegtuigmaterialen, die licht moeten zijn, maar ook heel stevig. De prooidieren hebben zich allerlei bescherming aangemeten, om de evolutie van hun vijanden te weerstaan. Maar de bidsprinkhaankreeft is in staat die prooien te kraken met zijn knotsen van poten. De grote vraag was dus: die beesten zijn heel erg impactbestendig en hier hebben we een ander beest, die ze kapot weet te maken, dus die knotsen moeten nog beter zijn: want de schelp gaat wel kapot en zijn poot niet. Uiteraard bleek de oplossing ook weer in de structuur te zitten. Met mensenmateriaal hebben ze die oplossing nagemaakt en dat materiaal liep alleen een deuk op bij een test, terwijl normale impactbestendige materialen doorboord werden. De structuur geeft dus de kracht, niet zozeer het materiaal. Het zijn allemaal vezellaagjes, die ten opzichte van elkaar gedraaid zijn, waardoor kracht in verschillende richtingen afgevoerd worden. Hardheid, stevigheid, stijfheid, taaiheidzijn allemaal belangrijke eigenschappen van materialen. In de natuur werkt een structuur op meerdere vlakken, wij gebruiken meestal een composiet. Door het kiezen van bepaalde structuren kunnen we dan het principe nog verder verbeteren.

Kijk voor nog veel meer voorbeelden uit de bionica op de website bij het boek: denatuuralsuitvinder.nl . Ook kun je een virtueel bezoek brengen aan het Bionica Innovatie en Expertise Centrum. De columns die Ylva Poelman schrijft voor Trouw zijn te lezen op haar site De Bionische Vrouw. De recensie van het boek volgt binnenkort op Hebban.