Zeehonden kunnen prooien volgen die honderden meters verderop zwemmen – zonder ze te zien. Onderzoekers proberen dat zintuig nu na te bouwen voor robots.
Snuffel snuffel. Honden en katten hebben een goede neus en goede oren. Ook hun ogen werken prima. Maar ze hebben nog iets handigs aan hun snuit hangen: snorharen. Ook muizen en ratten hebben een nogal uit de hand gelopen snor. Die komt goed van pas.
Wanneer onze huisdieren een voorwerp aftasten met hun neus, vertellen de gevoelige snorharen ze hoe groot het voorwerp is en hoe ruw. Maar dieren kunnen ook bewegende lucht aftasten. Ratten en muizen steken hun snuit in de lucht, niet alleen om te ruiken maar ook om te voelen of er gevaar dreigt. Want alles wat beweegt verstoort de lucht.
Groningse wetenschappers proberen die snorharen na te maken om robots en onderwaterdrones te verbeteren. Daarvoor keken ze specifiek naar zeehondensnorharen.
Zigzagspoor van een vis
De snorharen van zeehonden zijn nog gevoeliger dan van onze huisdieren, vertelt Ajay Kottapalli. Hij is hoogleraar bio-geïnspireerde micro-mechanische systemen aan de Rijksuniversiteit Groningen. In de troebele Waddenzee hebben de dieren weinig aan hun ogen, vertelt Kottapalli. Ook hun oren en neus zijn tijdens de jacht niet zo belangrijk. Hun volgende vismaaltijd vinden ze met hun snor. “Ze kunnen hun prooi waarnemen terwijl die 180 meter verderop zwemt.”
Onder water zijn snorharen nog handiger dan op het land, legt Kottapalli uit. “Dat komt doordat water een grotere dichtheid heeft dan lucht.” Elke beweging die een vis maakt, verstoort het water. Snorharen pikken die verstoring op. Schiet een vis zigzaggend door het water, dan kan een jagende zeehond dankzij zijn snor precies het zigzagspoor van de vis volgen, vertelt de hoogleraar. Aan land is dat een stuk lastiger omdat verstoringen van de lucht al snel uitdoven. In water blijven ze langer hangen.
Het succes van de zeehondensnor is deels te danken aan de vorm van de haren, legt Chinmay Gupta uit. Hij doet promotieonderzoek aan snorharen onder begeleiding van Kottapalli. In een van zijn studies vergeleek hij de snorharen van zeeleeuwen met die van zeehonden. Zeeleeuwen hebben gladde snorharen, de haren van zeehonden zijn gebobbeld. “Snorharen van zeehonden zijn veel gevoeliger.”
Snorharen filteren beweging
Tijdens het zwemmen zet het water de snorren van zeehonden en zeeleeuwen in beweging. Maar door hun gebobbelde vorm strepen de snorharen van zeehonden deze beweging effectief weg, zag Gupta in een experiment. Er is minder ruis zodat er meer aandacht overblijft voor het waarnemen van vissen.
Er is nog iets opvallends. De snor van een zeehond staat niet altijd aan. “In relaxte toestand liggen de snorharen langs hun snuit”, vertelt Kottapalli. Pas wanneer een zeehond doorheeft dat er vis in de buurt is, spreidt het dier zijn tastharen uit. Dat kost energie, dus is het handig om niet de hele tijd rond te zwemmen met geactiveerde snorharen. Wel zijn snorharen in de spreidstand veel gevoeliger, toonde het Groningse onderzoek aan.
Gedoneerde zeehondenharen
Van Zeehondencentrum Pieterburen kregen de wetenschappers echte snorharen. “Het is een opvanglocatie en helaas redden niet alle dieren het”, legt Gupta uit. Zo zijn de snorharen van de overleden dieren nog nuttig gebruikt. Met de gedoneerde haren slaagden de wetenschappers er in om het zeehondenzintuig na te maken.
De onderzoekers zetten de haren in een slim mechaniek dat de werking van de snorharen nabootst. Aan de basis van elke snorhaar zit een spier en vele zenuwuiteinden. “Hoe meer zenuwen, hoe gevoeliger de snorhaar.” Ze konden het spierweefsel namaken zodat ze de haren konden activeren. Sensoren zorgen voor de gevoeligheid. En ze maakten een zeehondensnuit na met aan elke kant dertig haren en kunstspieren.
Ziet de nucleaire onderzeeboot van de toekomst eruit als een lange sigaar met snorharen? “Onderzeeërs gebruiken sonar”, vertelt Kottapalli. “Dat werkt prima. Het werkt ook vooral goed voor lange afstanden. Snorharen zijn juist geschikt voor korte afstanden.” Sonar zal dus niet snel vervangen worden door een snor. Al zou het voor zeedieren wel fijn zijn. “Sonar verstoort hun communicatie.” Gupta: “Snorharen zenden geen signalen uit en werken dus niet verstorend.”
Zwermen met snorren
Onderwaterrobots en drones kunnen wel uitgerust worden met snorharen, vervolgt Kottapalli. In een eerdere studie keek hij naar vissen. Ook die dieren nemen rimpelingen in het water waar. “Zo weten ze waar andere vissen zijn en dat hebben ze nodig om samen te kunnen scholen.” In een school zijn vissen veiliger, maar het kost ook minder energie om in een school te zwemmen. Zoals vissen rondzwemmen in enorme scholen, zo zouden onderwaterdrones ook kunnen zwermen, als ze dankzij hun snorharen precies weten waar de andere drones rondvaren.
Robots zouden ook wervelingen in het water kunnen oppikken om zo, net als een zeehond, de veroorzaker van de waterverplaatsing op te sporen. Ook aan land kunnen robots snorharen krijgen. In nauwe donkere ruimtes zouden ze bijvoorbeeld kunnen voelen waar er obstakels liggen. De komende jaren werken de onderzoekers aan robots die dit zintuig echt kunnen gebruiken. Daarmee komt een techniek dichterbij die niet kijkt of luistert, maar voelt – net als een zeehond onder water.
Goed afgekeken
Van haaienhuid tot vlindervleugels en van kiezelalgen tot sluipwespen: miljoenen jaren evolutie blijken een rijke inspiratiebron. Wat kunnen wij leren van dieren, planten en micro-organismen om de wereld slimmer, duurzamer en beter te ontwerpen?
