Geen ontwerper is zo slim als moeder natuur; ontwerpers laten zich dan ook graag inspireren door bijzondere dieren. Zo blijkt de staart van het zeepaardje dermate vernuftig in elkaar te zitten dat onderzoekers van Clemson University het ontwerp willen gebruiken voor robots.

Het zeepaardje
Dit zeepaardje is de Hippocampus abdominalis voor biologen en een muze voor robotonderzoekers. Foto: Dominique Adriaens/UGent

De staart van het zeepaardje is stevig en toch flexibel. Dat komt doordat de staart het fragiele ruggenmerg dat er doorheen loopt beschermt en tegelijk dienst doet als grijparm. Het zeepaardje is namelijk een slechte zwemmer en gebruikt zijn staart om zich vast te grijpen aan koralen en waterplanten zodat hij niet met de stroming meedrijft.

Door de stijgende zeespiegel komen steden als Rio en Jakarta tegen 2100 onder water te staan – wat kunnen we doen?
LEES OOK
Door de stijgende zeespiegel komen steden als Rio en Jakarta tegen 2100 onder water te staan – wat kunnen we doen?

In tegenstelling tot andere dieren heeft het zeepaardje geen ronde maar een vierkante staart. Om erachter te komen welke voordelen dat heeft, 3D-printte een team onderzoekers een model van de staart zowel in vierkante als in ronde vorm. Beide modellen werden op stevigheid getest door ze te draaien, buigen en er met hamers op te slaan. De resultaten van deze tests werden gepubliceerd in Science.

Flexibele gewrichten

LEESTIP Zolang je robot maar van je houdt Hoe en waarom onze wereld verandert door de onstuitbare opkomst van de robots, Marcel Heerink, € 12,50 Bestel in onze webshop

Het zeepaardstaartje bestaat uit op elkaar aansluitende botachtige ringen. Elke ring bestaat uit vier botplaatjes in een hoek van negentig graden, die samen een vierkant vormen. Alle plaatjes zijn aan elkaar verbonden met flexibele gewrichten.

Uit de tests bleek dat de vierkante staart veel beter druk weerstaat dan de ronde staart. Het drukpunt waarop de botplaatjes breken, ligt veel hoger. Dat niet alleen, na draaien en buigen neemt de vierkante staart ook makkelijker naar zijn oorspronkelijke vorm weer aan.

Slimme vierkantjes

Op deze foto is goed te zien hoe de botachtige ring het ruggenmerg blijft beschermen als hij ingedrukt wordt. Foto: McKittrick Research Group/Jacobs School of Engineering, UC San Diego
Op deze modellen is goed te zien hoe de botachtige ring het ruggenmerg blijft beschermen als hij ingedrukt wordt. Foto: McKittrick Research Group/Jacobs School of Engineering, UC San Diego

De vierkante vorm bleek uitermate geschikt om druk op de staart te weerstaan. De botplaatjes schuiven over elkaar heen als er bijvoorbeeld een vis in de staart bijt. ‘Het vierkante systeem heeft een verticaal en een horizontaal vlak. De losse elementen bewegen daardoor langs elkaar’, zegt de Belgische evolutionair bioloog Dominique Adriaens, die meewerkte aan de studie. Onder druk schuiven de ringen heel slim naar een compactere rechthoek. Zo komen de botplaatjes niet onder spanning te staan.

De ronde teststaart kon veel minder goed tegen druk. ‘Het ronde systeem heeft schuine plaatjes, waarbij je ziet dat de plaatjes gaan kantelen als ze onder druk komen te staan’, zegt Adriaens. Door die drukverdeling wordt de ronde staart platgedrukt tot een ovaal, waarbij de spanning op de buitenste botplaatjes ze kan doen breken.

Een ander voordeel van de vierkante staart is dat die een groter contactoppervlak heeft als het zich ergens omheen wikkelt. En dat biedt extra veel houvast voor het zeepaardje, wat het kleine diertje wel kan gebruiken om stevig op zijn plaats te blijven in de zeestroming.

Robot-inspiratie

De twee testmodellen van de zeepaardstaart lijken al haast op robotarmen. Foto: Michael M. Porter
De twee testmodellen van de zeepaardstaart lijken al haast op robotarmen. Foto: Michael M. Porter

‘Er zijn al robotsystemen op basis van octopusarmen of olifantenslurfen. Maar overal zit wel ergens een functioneel verschil in’, zegt Adriaens. ‘Hierbij is de vorm natuurlijk uniek, maar ook dat er een in- en uitwendig systeem van harde elementen in zit. Het is een heel stevig systeem.’

En dat kan goed van pas komen, bijvoorbeeld bij slangachtige robots die het puin doorzoeken na een aardbeving of instorting.

Altijd op de hoogte blijven van het laatste wetenschapsnieuws? Meld je nu aan voor de New Scientist nieuwsbrief. 

Lees ook: