Naar de content

Hoe een klein wezentje bijdraagt aan een beter bouwwerk

Flickr.com, ZEISS Microscopy via CC BY-NC-ND 2.0

Ontwerpers kijken jaloers naar het stevige lichtgewicht exoskelet van de kiezelalg. Dit skelet biedt namelijk inspiratie voor efficiëntere designs van bouwstructuren, waar sterk en licht een gewilde combinatie is.

29 april 2022

Ze zijn verantwoordelijk voor zeventig procent van de zuurstofproductie op aarde, staan helemaal onderaan de voedselketen en halen voedingsstoffen uit walvissenpoep. Plankton is een verzamelnaam voor bacteriën, algen, krill en andere waterorganismen die zich met de stroom mee verplaatsen. Ze kunnen zichzelf niet voortbewegen (het oorspronkelijke Griekse woord ‘plankton’ betekent zwerver of dwaler). Een interessante groep hierbinnen zijn de kiezelalgen, ofwel diatomeeën. Hun bijzondere exoskeletten bieden ontwerpers en ingenieurs inspiratie voor nieuwe bouwwerken.

Wat zijn kiezelalgen?

Kiezelalgen zijn eencellige algen die in elk soort water voorkomen. Net als planten maken ze hun voedsel in een proces genaamd fotosynthese, waarbij ze door middel van zonlicht voedingsstoffen omzetten in suiker. Tijdens dit proces komt zuurstof vrij. De kiezelalgen zijn verantwoordelijk voor wel twintig tot vijfentwintig procent van de zuurstofproductie van alle plankton. Dat maakt kiezelalgen tot een succesvolle soort, zou je zeggen. Maar dit ging niet zonder slag of stoot.

Om succesvol te leven als een kiezelalg zijn een aantal zaken vereist. Voor fotosynthese is zonlicht nodig, dus is het van levensbelang voor deze algjes om niet naar de bodem te zakken. Daarvoor moeten ze enorm licht van gewicht zijn. Maar licht van gewicht betekent vaak zwak, en dat is geen optie. Kreeften lusten wel een hapje kiezelalg, dus de kiezelalgen moeten zichzelf kunnen verdedigen, wat lastig is als je niet kan bewegen.
De oplossing is een beschermende laag om de cel heen. Die laag moet dus hard zijn maar ook licht van gewicht, en doorzichtig om fotosynthese mogelijk te maken. Kortom, een echt ontwerpprobleem waar evolutionaire krachten zich op los hebben gelaten.
Voilà, nu bezit elke kiezelalg een hard exoskelet, gemaakt van dezelfde bouwstenen als glas.

De kiezelalgen tonen enorme diversiteit in structuur.

 Flickr.com, ZEISS Microscopy via CC BY-NC-ND 2.0

Dit exoskelet is zo hard dat alleen de sterkste kreeften er doorheen kunnen breken, maar ook licht genoeg dat de kiezelalgen blijven drijven.

Ontwerp als een kiezelalg

Deze exoskeletten trekken de aandacht van designers. Elk ontwerp is gebaat bij een stevige doch lichtgewichte structuur, dus designers kunnen veel leren van de structuren die kiezelalgen tentoonstellen. Het bracht de Duitse wetenschapper Christian Hamm op het idee een tool te creëren om ontwerpers een handje te helpen. Evolutionary Light Structure Engineering, ofwel ELiSE, bevat een database van honderdduizend kiezelalgen en hun precieze bouw. Zo kunnen ontwerpers een structuur vinden die goed past bij de bouwplannen.

In Duitsland is ELiSE bijvoorbeeld gebruikt tijdens het maken van funderingen voor windmolens in zee.

Letterlijke biomimicry: de structuren van kiezelalgen inspireren deze nieuwe funderingen van windmolens.

 M. Maier & C.Hamm, Researchgate

Dankzij kiezelalgen wisten designers een ontwerp te maken dat wel vierhonderd ton lichter was, terwijl het dezelfde last kon dragen. Dit is een mooi voorbeeld van biomimicry: ontwerpers maken gebruik van de evolutionaire strijd van de kiezelalg door de exoskeletten na te bootsen in efficiëntere ontwerpen.

Bronnen
ReactiesReageer
Serie: Goed afgekeken
Huidige publicatie