How a starfish inspires robotic design

In een prestatie van biomimicry die naadloos biologie met fysica verbindt, hebben tests uitgevoerd aan de University of Southern California’s Viterbi School of Engineering fascinerende ontdekkingen gedaan over een ogenschijnlijk onopvallend wezen dat zijn naam draagt — de zeester. Met biomimicry als de kunst van het nabootsen van de natuur om de technologische uitvindingen van de mens te verbeteren, kan het ontwerp van onderwaterrobots leren van de structuur van de zeester om te voorkomen dat deze wordt weggespoeld. Nieuw onderzoek toont aan dat het nabootsen van de structuur van de zeester de oplossing kan zijn die kan helpen dit probleem aan te pakken. 

Zeesterren (of zeesterren) worden vaak dicht bij het water aan de zeekust gevonden. Tot nu toe werd algemeen aangenomen dat een reeks zuignappen aan de onderkant van hun voeten hen hielp op hun plaats te blijven. Maar wetenschappers van de USC ontdekten dat de vorm van hun lichaam ook een belangrijke rol speelt. Een eenvoudig organisme, de zeester, wordt gekenmerkt door een gedecentraliseerd zenuwstelsel dat het lichaam van de zeester in staat stelt te vervormen als een manier om zich aan te passen aan de krachten die worden gecreëerd door de continue en onvoorspelbare stroming van water. 

Aangeduid als "neerwaartse kracht", zorgt de vormbare vorm van de zeester ervoor dat water naar beneden drukt op het oppervlak waaraan ze vastgezogen zijn, in plaats van de gebruikelijke opwaartse beweging door de kracht te creëren. Door een eenvoudige toepassing van de Derde Wet van Newton duwt de zeester de stroming weg, en als een gelijke en tegengestelde reactie duwt de stroming van het water dit aanpasbare zeedier naar beneden. 

Dit werd verder geverifieerd door tests waarbij 3D-geprinte zeester-vormige modellen op de bodem van watertanks werden geplaatst, die werden blootgesteld aan golfslag. De driehoekige wigvorm in het midden van de zeester fungeerde als een helling, waardoor water dat van de zijkanten binnenstroomde naar boven werd geleid. Een dergelijk ‘hellingseffect’ wordt niet gecreëerd door een kegel of een bol, waardoor er geen “neerwaartse kracht” ontstaat.

Het is belangrijk om te benadrukken dat niet alleen de stervorm van de zeester, maar ook zijn zeer aanpasbare en intuïtieve eigenschap ervoor zorgt dat zijn lichaam uniek is. Bij hoge golfactiviteit of kracht worden de zeesterren slanker en nemen ze een lager profiel aan. In een meer beschutte omgeving daarentegen worden hun doorsneden groter. Het is deze aanpasbaarheid van het lichaam samen met de structuur, die het tot een zeer nuttig ontwerp maken voor onderwaterrobots. 

De volgende stap in deze ontdekking is het bestuderen van een zachte structuur die in realtime kan veranderen. Het kernidee van het ontwerp is responsief te zijn, waardoor de zachte robots het vermogen krijgen zich aan te passen, net zoals de zeester dat doet. De hoofdonderzoeker, Dr. Mitul Luhar, is erop gebrand te leren van wat ons omringt in plaats van het te bestrijden. Hij zei: “Als we gebruik kunnen maken van de omringende omgeving in plaats van ertegen te vechten, kunnen we efficiëntie- en prestatiewinst behalen.” Met een oceaan vol organismen die dagelijks overleven in de sterke stromingen, zullen de onderzoekers zeker geen gebrek hebben aan inspiratie voor verbetering!