26/07/2022
Door Ad Spijkers
Een nieuwe studie wijst er op, dat de spieren niet de enige manier zijn waarop een olifant zijn slurf uitrekt. Zijn gevouwen huid speelt ook een rol.
Het onderzoek is uitgevoerd door onderzoekers van het Georgia Instute of Technology in Atlanta in samenwerking met Zoo Atlanta. De bevindingen zouden de robotica kunnen verbeteren, die tegenwoordig meestal is gebouwd voor grote kracht óf flexibiliteit. In tegenstelling tot de slurf van een olifant zijn machines niet beide. De combinatie van spieren en huid geeft een olifant de veelzijdigheid om vegetatie en voedsel te grijpen en boomstammen uit elkaar te scheuren.
Slurf
Uit het onderzoek blijkt dat de huid van een olifant niet gelijkmatig uitrekt. De bovenkant van de slurf is flexibeler dan de onderkant en de twee delen beginnen uit elkaar te lopen wanneer een olifant meer dan 10% reikt. Bij het strekken naar voedsel of voorwerpen schuift het dorsale deel van de romp verder naar voren.
Als voorbeeld wijzen de onderzoekers naar zachte robotica. Hun met vloeistof gevulde holtes laten flexibele bewegingen toe, maar kunnen gemakkelijk breken wanneer er krachten op worden uitgeoefend. De onderzoekers zeggen dat de bevindingen van olifanten suggereren dat het inpakken van zachte robotica met een huidachtige structuur machines bescherming en kracht zou kunnen geven, terwijl ze toch flexibel blijven.
Als mensen hun tong uitsteken, een met spieren gevuld botloos weefsel dat qua samenstelling lijkt op de slurf van een olifant, rekt het uniform uit. De onderzoekers filmden twee Afrikaanse savanneolifanten in Zoo Atlanta die naar zemelenblokjes en appels reikten. Maar toen ze naar beelden van hun hogesnelheidscamera keken en de bewegingen van de slurf in kaart brachten, bleken de boven- en onderkant niet hetzelfde.
Verschil in flexibiliteit
Na deze ontdekking rekten ze het weefsel van een ontlede olifant uit om de elasticiteit van de huid beter te begrijpen. De gevouwen bovenkant van de huid is 15% flexibeler dan de gerimpelde onderkant. De onderzoekers realiseerden zich dat ze niet alleen spierbewegingen op de video zagen: ze volgden ook een dik vel huid. De flexibele huidplooien maken het de olifant gemakkelijker om naar beneden te reiken, de meest voorkomende grijpstijl bij het oppakken van voorwerpen.
In plaats van gelijkmatig uit te strekken, strekt een olifant zijn slurf telescopisch uit als een paraplu, en wordt hij geleidelijk in golven langer. Het dier verlengt eerst het gedeelte dat de punt van zijn slurf omvat, dan het aangrenzende gedeelte enzovoort, en werkt geleidelijk terug naar zijn lichaam.
Volgens de onderzoekers is de progressieve beweging naar de basis opzettelijk. Het gedeelte aan het einde van de romp is één liter spier. Het gedeelte dat zich het dichtst bij zijn mond bevindt, is elf tot vijftien liter spieren. Een olifant zal eerst het uiteinde van zijn slurf strekken en dan het aangrenzende gedeelte, omdat deze gemakkelijker te verplaatsen zijn. Als een olifant niet heel hard hoeft te werken om iets te bereiken, dan doet hij dat ook niet.
Van olifant naar robot
Wetenschappers en ingenieurs hebben de afgelopen eeuw niet veel onderzoek gedaan naar de biomechanica van olifanten. De onderzoekers verwachten dat een beter begrip van de dieren zal leiden tot betere beschermingsinspanningen, maar ook tot toepassingen in robotica.
Zachte robotica gemaakt met een biologisch geïnspireerd ontwerp is altijd gebaseerd op spierbewegingen. Als ze waren omwikkeld met een beschermende huid, zoals de met spieren gevulde slurf van een olifant, zouden zachte robots grotere krachten kunnen uitoefenen.
Foto: Adam K. Thompson, Zoo Atlanta
https://www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.2122563119