De dieren zouden kunnen inspireren tot het creëren van sterke, maar lichtgewicht nieuwe materialen
Het bekijken van “knollen” van het zee-egelskelet (een getoond) met behulp van een scanning-elektronenmicroscoop laat zien dat ze een gemeenschappelijk geometrisch patroon volgen.
Zee-egelskeletten kunnen een deel van hun kracht te danken hebben aan een gemeenschappelijk geometrisch ontwerp.
Onderdelen van de skeletten van gewone zee-egels (Paracentrotus lividus) volg een soortgelijk patroon als dat gevonden in honingraten en libellenvleugels, rapporteren onderzoekers in de augustus Tijdschrift van de Royal Society Interface. Het bestuderen van deze terugkerende natuurlijke orde zou de creatie van sterke maar lichtgewicht nieuwe materialen kunnen inspireren.
Skeletten van egels vertonen “een ongelooflijke diversiteit aan structuren op microschaal, variërend van volledig geordend tot volledig chaotisch”, zegt marien bioloog en biomimetisch adviseur Valentina Perricone. Deze structuren kunnen de dieren helpen hun vorm te behouden wanneer ze worden geconfronteerd met aanvallen van roofdieren en omgevingsstress.
Terwijl hij een scanning-elektronenmicroscoop gebruikte om skelettuberculen van egels te bestuderen – plaatsen waar de stekels zich hechten die sterke mechanische krachten weerstaan - zag Perricone “een merkwaardige regelmaat”. Tuberculen lijken een soort gemeenschappelijke natuurlijke orde te volgen, een Voronoi-patroon genaamd, vonden zij en haar collega’s.
Met behulp van wiskunde wordt een Voronoi-patroon gecreëerd door een proces dat een gebied verdeelt in polygoonvormige cellen die zijn gebouwd rond punten erin die zaden worden genoemd (SN: 23-09-18). De cellen volgen de regel van de naaste buur: elke plek in een cel is dichter bij het zaad van die cel dan bij enig ander zaad. Ook is de grens die twee cellen scheidt op gelijke afstand van beide zaden.
Een computergegenereerd Voronoi-patroon kwam voor 82 procent overeen met het patroon in zee-egelskeletten. Deze opstelling, vermoedt het team, levert een sterke maar lichtgewicht skeletstructuur op. Het patroon “kan worden geïnterpreteerd als een evolutionaire oplossing” die “het skelet optimaliseert”, zegt Perricone, van de Universiteit van Campania “Luigi Vanvitelli” in Aversa, Italië.
Egels, libellen en bijen zijn niet de enige begunstigden van Voronoi-architectuur. “We ontwikkelen een bibliotheek van bio-geïnspireerde, op Voronoi gebaseerde structuren” die “kunnen dienen als lichtgewicht en resistente oplossingen” voor materiaalontwerp, zegt Perricone. Ze hoopt dat deze nieuwe ontwikkelingen op het gebied van materiaalkunde, lucht- en ruimtevaart, architectuur en constructie kunnen inspireren.
