U heeft ongetwijfeld wel eens een mug platgeslagen. Wat u waarschijnlijk niet weet is dat u daarmee een uitermate gevoelige, efficiënte en energiezuinige CO2 detector naar de andere wereld heeft geholpen.
Hoe de natuur inspiratie kan bieden voor technische en andere uitdagingen is wellicht nergens zo duidelijk als op het gebied van de sensorentechnologie. Sensoren hebben een duidelijke biologische evenknie, namelijk zintuigen.
Een zintuig is een gespecialiseerd orgaan dat net als een sensor reageert op een specifiek omgevingssignaal. De vijf klassieke zintuigen van mensen zijn ogen (gezichtsvermogen) die reageren op licht; oren (gehoor) zijn gevoelig voor trillingen ofwel drukverschillen; neus (reukzin) en tong (smaakzin) zijn beide sensitief voor chemische stoffen; de huid, tot slot, regeert als ze wordt vervormd (tastzin).
Daarnaast zijn mensen gevoelig voor warmte en kou (thermoreceptie), pijn (nociceptie), eigen bewegingen (proprioceptie) en hebben we een gevoel voor evenwicht (evenwichtszin) en tijd (chronoceptie). Er zijn vele organismen die vergelijkbare zintuigen hebben, maar daarmee andere zaken waarnemen. Denk aan ogen die gevoelig zijn voor ultraviolet of gepolariseerd licht, en oren geschikt voor infra- of ultrageluid. Bovendien zijn er dieren met zintuigen die mensen niet hebben, zoals receptoren voor elektriciteit (sidderaal), warmtestraling (groefkopadder) of magnetisme (duif).
De natuur heeft kortom voor ongeveer alles wat zinvol gemeten kan worden een zintuig ontwikkeld. En met succes, want sommige zintuigen zijn extreem sensitief. Sommige haaien ruiken een druppel bloed in een klein zwembad. Mannelijke maanvlinders nemen de aanlokkelijke geur van een vrouwtje waar op elf kilometer afstand. Ook zijn vlinders in staat om in water opgelost suiker te detecteren tot concentraties zo laag als 0,003 procent. Kakkerlakken zijn erg gevoelig voor vibraties en kunnen trillingen met een uitslag van 0,2 nanometer waarnemen, ongeveer de diameter van twee waterstofatomen. En blinde grotkevers zijn in staat om minuscule temperatuurverschillen van duizendsten graden Celsius te detecteren.
Sommige zintuigen zijn zo gevoelig dat ze tegen de grenzen aanzitten van wat natuurkundig gezien nog betekenisvol waarneembaar is. Verantwoordelijk daarvoor is de strijd om het bestaan. De evolutionaire ‘wapenwedloop’ tussen roofdieren en prooidieren jaagt de ontwikkeling van betere receptoren aan. Met verbeterde zintuigen kan een dier zowel zijn voedsel als belagers beter waarnemen. Daarnaast vindt een organisme met scherpere zintuigen gemakkelijker een partner en kan zo sensitieve nakomelingen produceren. Ook de ontwikkeling van communicatie is een drijfveer. Zintuigen zijn immers essentieel voor het waarnemen van geluiden, geuren of gebaren.
Inspiratiebron
Zintuigen staan niet op zichzelf. Iets waarnemen is pas functioneel als een organisme wat met de waargenomen signalen kan doen. Zo is het zien, ruiken of horen van een roofdier nuttig om een verdedigingsmechanisme in stelling te brengen, zoals hard wegrennen of in een boom klimmen. Hierbij gebruiken organismen meestal niet slechts een type zintuig, maar meerdere. De mogelijkheid om op omgevingssignalen te reageren is een van de kenmerken die de niet-levende natuur (stenen, water, lucht) van de levende (biologische) natuur onderscheidt.
Vanuit een technisch oogpunt zijn organismen geïntegreerde multi-sensor meet- en regelsystemen, die onze eigen sensortechnologie vooralsnog in de schaduw zetten. Daarom wordt regelmatig gespiekt bij de natuur. In de zoektocht naar kleine, gevoelige en energiezuinige sensoren zijn vooral insecten een waardevolle inspiratiebron. Ze zijn immers klein en hun zintuigen zijn nog kleiner. Energiezuinigheid is een grote kracht van biologische techniek en dat geldt ook voor zintuigen. En omdat insecten veel vijanden hebben en al heel lang bestaan, hebben ze veel stimulans en tijd gehad om hun super-sensitieve zintuigen te ontwikkelen. Dat geeft toch een wat ander beeld van muggen.
Gepubliceerd in dagblad Trouw op 8 januari 2019
Overzicht van alle columns