Zacht mini-robotje kijkt kunst af van vleesetende plant

De venusvliegenvanger is een opmerkelijke verschijning in het plantenrijk. Een meerkoppig monster(tje) met grijpgrage vallen vol scherpe tanden. Vliegen doen er verstandig aan om niet te spotten met deze vleeseter, ook al zijn de lokstoffen in zijn opengesperde vallen nog zo aantrekkelijk. De venusvliegenvanger weet namelijk feilloos wanneer er een lekker maaltje binnen bereik is. Dankzij heel gevoelige haartjes die snelle bewegingen registreren, merkt de plant dat er een levende prooi is geland. De twee helften van de val klappen dicht en de vlieg is de sigaar.

De manier waarop de venusvliegenvanger te werk gaat is een bron van inspiratie voor wetenschappers. Deze plant is in staat om een signaal van buiten om te zetten in een mechanische respons; het dichtklappen van de val. Bovendien gebeurt dat met grote precisie. Regendruppels, ingewaaide stofdeeltjes of een windvlaag laten de plant ongemoeid. Die bewegen te langzaam om een reactie op te roepen. De plant kan dus ook onderscheid maken tussen signalen. Eigenlijk kan de venusvliegenvanger alles wat je zou willen van een klein, efficiënt grijprobotje. Maar dan gemaakt van zachte, biologische materialen zonder de noodzaak van geavanceerde software en externe stroombronnen. Het plantje opereert volledig zelfstandig.

Zachte robots

Voor Arri Priimagi en collega’s van de Technische Universiteit van Tampere (Finland) is de venusvliegenvanger een voorbeeld voor het ontwikkelen van soft robotics. Deze biogeïnspireerde ‘zachte robots’ staan sterk in de belangstelling, omdat ze naar verwachting veiliger en prettiger zijn voor het contact met mensen dan hun harde, metalen soortgenoten. Doordat ze van zachte, flexibele materialen zijn gemaakt, kunnen ze bovendien hun vorm aanpassen aan de omgeving en zich verplaatsen door beperkte, moeilijk te navigeren ruimtes. Zachte robots kunnen dus nieuwe terreinen verkennen, waar de klassieke metalen robot niet kan komen.

In het tijdschrift Nature Communications presenteren Priimagi en zijn team hun zachte mini-grijper, geïnspireerd op de venusvliegenvanger. De ‘stengel’ is een optische vezel die een continue lichtbundel doorgeeft. Aan het uiteinde van de vezel zit de ‘val’. Dit is een rechthoekige, dunne laag met daarin netjes geordende vloeibare kristallen. In het midden van de laag zit een transparante opening, waar de optische vezel aan vastzit. De lichtbundel schijnt dus niet direct op de laag vloeibare kristallen.

Zodra een object in de lichtbundel komt, wordt een deel van het uitgestuurde licht weerkaatst op de laag vloeibare kristallen. In die laag zit een lichtgevoelig molecuul dat als schakelaar fungeert. Het teruggekaatste licht activeert de schakelaar en die verandert van vorm. Het gevolg is dat de vloeibare kristallen zich opnieuw moeten rangschikken. Dat levert spanning, waardoor de laag gaat buigen: de twee helften klappen naar elkaar toe en pakken het object vast.

Communicatie

“Het leuke aan dit systeem vind ik dat het echt reageert op de omgeving en niet op een gecontroleerd signaal”, zegt Nathalie Katsonis, adjunct-hoogleraar Biogeïnspireerde en slimme materialen aan de Universiteit Twente. “De materialen en concepten die de onderzoekers gebruiken zijn bekend, daar zit niets nieuws bij. Maar ze maken er een systeem van dat veranderingen in z’n omgeving opmerkt en daarop reageert op een functionele manier. Er is sprake van een soort communicatie met de omgeving. Dat is interessant omdat kunnen reageren op de omgeving in mijn ogen een essentieel kenmerk is van leven.” Ze ziet parallellen met de natuur, waar een mechanische reactie nodig is om te kunnen bewegen. “Denk aan bacteriën die onder invloed van licht van vorm veranderen, een mechanische respons, zodat ze naar het licht kunnen bewegen.”