Ontwerpers kunnen nog veel leren van de natuur. Met het imiteren van spinnen, gifslangen en Redwood-bossen kunnen kosten bespaard worden en bedrijfsprocessen verbeterd. En het is nog milieuvriendelijk ook.
Wat heeft een groepje topingenieurs te zoeken op een boot in een tropisch vakantieoord, onder begeleiding van een bioloog? Toen medewerkers van het Amerikaanse bedrijf Carollo door de directie op een snorkel- en duikreis naar de Galapagos-eilanden werden gestuurd, reageerden ze maar matig enthousiast. Een van de grootste uitdagingen waar Carollo, dat waterzuiveringinstallaties bouwt, zich mee geconfronteerd ziet, is het bouwen van filters die voldoen aan steeds strengere milieueisen van Amerikaanse gemeentes. En daar hadden ze het al druk genoeg mee.
De brainstormtrip werd georganiseerd door Janine Benyus, de biologe die bekendheid verwierf met het boek Biomimicry. “Je zag aan hun hele lichaamshouding dat ze uiterst wantrouwig waren,” zegt Benyus. “We hebben onze handen vol aan technische problemen die we op moeten lossen.” Benyus trok zich van de negatieve instelling van haar reisgezelschap niets aan, en begon snorkels en duikbrillen uit te delen.
“Ga maar eens onder water kijken, en vertel me wat je ziet”. Na een aantal duikbeurten begon het enthousiasme van de ingenieurs langzaam toe te nemen.
“Op de bodem van de oceaan troffen ze allerlei organismes aan die precies hetzelfde deden als zij. Ze begonnen in te zien dat anemonen hele gecompliceerde waterfilters zijn, geproduceerd door de natuur.” Na een paar dagen trof Benyus een van de ontwerpers stomverbaasd aan bij de wortels van een mangroveboom. “Weet je hoeveel energie het ons kost om zout uit water te halen?” vroeg hij. “Deze boom doet met zijn wortels en wat zonlicht wat ons ik weet niet wat kost”
Het reisje naar de Galapagos-eilanden werd zo een spoedcursus biomimicry, een nieuwe discipline die management, technologie, ontwerp en biologie in zich verenigt, legt Benyus uit. Simpel gezegd komt de filosofie hier op neer: het is tijd om de natuur te betrekken bij het ontwerpproces. Bedrijven die biomimicry gebruiken in hun research & development laten zich inspireren door de natuur. “Je vraagt je af:
'Wat is het probleem?' en dan ga je kijken hoe die problemen worden opgelost in de natuur,” zegt Benyus. Ze neemt de tenten die worden gebruikt in vluchtelingenkampen als bijvoorbeeld. Veel van die kampen worden opgericht in de woestijn, waar water schaars is. De ontwerpers van de tenten lieten zich daarom inspireren door de Namibische kever, die op zijn rug een aantal sensoren heeft waarmee hij water uit de lucht kan halen. Dat principe hebben de ontwerpers vervolgens toegepast op de tentstof. Als ze tijdens een lezing voor ontwerpers plaatjes laat zien van kale woestijnen en dichtbegroeide regenwouden, spoort ze hen aan die gebieden eens van een andere kant te bekijken: “In de natuur worden huizen gebouwd, water wordt gezuiverd. Dit zijn industriële zones. De natuur heeft er honderden miljoenen jaren over gedaan om oplossingen te bedenken voor tal van problemen.” Vier miljard jaar evolutie, dat is pas een research & development-afdeling.
Revolutie
Natuurlijk, zoals iedere zichzelf respecterende managementconsultant predikt Benyus niet alleen een nieuwe manier van kijken, maar gelijk de Totale Revolutie. Haar boek staat vol met een uitspraken die doen denken aan de hoogtijdagen van de internetgekte. “We staan aan het begin van een revolutie in materiaalgebruik, die gewaagd is aan de IJzertijd, of de Industriële Revolutie.” Dat doet overdreven aan, maar dat neemt niet weg dat biomimicry of biomimetics, zoals het ook wel wordt genoemd, inmiddels de aandacht heeft van een aantal serieuze en gerenommeerde partijen. Het was de Amerikaanse luchtmacht die de term tien jaar geleden introduceerde in haar eigen ontwerpproces. Benyus werkt als consultant onder meer voor Nike, voor Interface, een van 's werelds grootste tapijtfabrikanten, voor computernetwerken-bouwer Novell, voor Johnson & Johnson en voor talloze architectenbureaus. Een aantal Amerikaanse en Engelse universiteiten heeft de afgelopen jaren interdisciplinaire onderzoeksinstituten biomimicry opgezet, waarin zoölogen, chemici, ingenieurs, en natuurkundigen samenwerken. Ook op een aantal Nederlandse universiteiten zoals Delft, Enschede, en Maastricht komt biomimicry voor in het curriculum, met name op de biomedische faculteiten. Of je nu gymschoenen, straaljagers, computernetwerken, kunstheupen of boenwas maakt, de natuur kan een goede leermeester zijn.
Er zijn drie belangrijke redenen voor bedrijven om over te schakelen op biomimicry. Ten eerste kan de natuur helpen om efficiënte, inventieve en kostenbesparende oplossingen voor bestaande problemen te vinden. Wie een efficiëntere zonnecel wil ontwerpen, kan kijken naar bladeren van bomen, en zich door het natuurlijke proces van fotosynthese laten inspireren. Wie onderzeeërs, vliegtuigen of zwembroeken voor Olympische wedstrijdzwemmers ontwerpt, doet er goed aan de huid van haaien of dolfijnen te bestuderen om te kijken hoe die de waterweerstand geleiden. Makers van kunstbotten bestuderen de manier waarop kleine schaal- en schelpdieren erin slagen om op lage temperaturen keiharde keramische stoffen te produceren. En ingenieurs van waterzuiveringsinstallaties kunnen hun licht opsteken op de koraalriffen van de Galapagos-eilanden.
Tweede belangrijke reden waarom bedrijven een biomimic inhuren, is om bedrijfsprocessen te verbeteren, of het zoeken van inspiratie, van nieuwe invalshoeken buiten het gebruikelijke veelal door technologen en managers opgezette stramien om. Hierbij gaat het niet zozeer om het kopiëren van een product dat in de natuur of efficiënte wijze wordt gemaakt, maar om het – vaak in een geheel andere context – nabootsen van een natuurlijk proces. Dit kan tot onvermoede combinaties leiden. Wie had bijvoorbeeld gedacht dat ontwerpers van geavanceerde elektronica in het laboratorium van AT&T in de weer zouden gaan met gifslangen? Van de gifslang keek de telecomgigant het principe af van chemicals-on-demand. Slangen maken hun dodelijke gif pas aan op het moment dat ze hun tanden in de prooi zetten. Op eenzelfde manier gebruikt AT&T een elektrolyseapparaat in haar eigen fabriek om uit het minder gevaarlijke arsenicum het giftige gas arseenwaterstof te produceren. Zo bespaart het bedrijf het kostbare transport en de opslag van giftige grondstoffen. Dat vergroot bovendien ook de veiligheid. Tapijtenfabrikant Interface liet zich door workshops in het bos inspireren tot het maken van een nieuw soort tegeltapijt, dat anders dan bestaande tegeltapijten op allerlei manieren aan elkaar gelegd kan worden.
Het werd gelijk de best verkopende tapijtenlijn van het bedrijf.
Het afkijken van producten en processen uit de natuur is niets nieuws, geeft Benyus toe. Duizenden jaren geleden bestudeerden oude Eskimo-stammen al het jachtpatroon van ijsberen om, zoals een consultant nu zou zeggen, de gevonden tactieken en best practices te implementeren om het eigen jachtprotocol te optimaliseren. Leonardo da Vinci liet zich al door de vogels inspireren bij zijn tekeningen van vliegmachines. Alleen, meent Benyus, zijn bedrijven het de laatste decennia verleerd. Better living through chemistry was na de Tweede Wereldoorlog de leus van het bedrijfsleven. Voor elk probleem zou de techniek of chemie een oplossing brengen. Langzaam beginnen bedrijven daar van terug te komen. Grondstoffen worden schaarser, de concurrentie om zo efficiënt mogelijk te zijn neemt toe en al die chemische processen zijn bovendien vaak bijzonder milieuonvriendelijk.
Het milieumotief is dan ook de derde reden waarom bedrijven overschakelen op biomimicry. Dit doen ze hetzij uit eigen overtuiging, hetzij omdat ze daar door de markt toe worden gedwongen. De reden dat waterzuiveringsbedrijf Carollo zich liet overhalen om een bioloog in te huren, was omdat in Amerika een groeiend aantal gemeentes de afgelopen jaren milieuvriendelijke visies op de toekomst hebben geformuleerd. Wanneer het dan tijd is om de waterzuiveringsinstallatie te vervangen, schrijven deze gemeentes vaak een schoonheidswedstrijd uit. Niet per se het goedkoopste bedrijf krijgt vervolgens de opdracht, maar het bedrijf dat ook het milieuvriendelijkste plan heeft om het water te zuiveren.
Insectenpoten
Tot nog toe gebruiken we het procédé van heat, beat en treat om materialen te maken, zegt Benyus. We behandelen materialen door ze te verhitten, onder hoge druk te zetten of onder te dompelen in chemicaliën. Als voorbeeld geeft ze Kevlar. Dat is een razend sterk materiaal. Maar om het te maken, moet je het eerst enorm verhitten, vervolgens wordt het onder hoge druk gezet en worden er allerlei chemische stoffen toegevoegd. Dat is weinig efficiënt en slecht voor het milieu. Een bedrijf met een biomimic in dienst zou op zoek gaan naar alternatieven. De manier waarop spinnen hun draden produceren en weven, heeft bijvoorbeeld de interesse van ingenieurs van gigantische hangbruggen. Hoe kan zo'n klein beestje zo'n sterke stof produceren, zonder hitte, hoge druk of chemicaliën?
Bedrijven die biomimics in willen zetten, lopen vaak tegen een groot probleem op, zegt Benyus. Informatie over biologische processen en producten uit de natuur is er voldoende. Maar die is vooral te vinden in wetenschappelijke biologische tijdschriften, niet echt de lievelingslectuur van ontwerpers of managers. Hoe krijg je de afdeling Research & Development zo- ver dat ze die informatie ook gaan gebruiken? Of, in de woorden van Benyus: hoe krijg je de suits (de mannen in pakken van het management en de ontwerpers) en de birkenstocks (de biologen, gesymboliseerd door een type gezondheidssandaal dat bij hen populair is) bij elkaar aan tafel. “Ingenieurs en biologen zijn twee compleet verschillende beroepsgroepen, die maar weinig met elkaar te maken hebben,” zegt Benyus. “Ze zitten niet bij elkaar aan de lunchtafel, staan niet bij elkaar in de lift, en hebben nauwelijks weet van elkaar.” Een van de oplossingen kan zijn om niet alleen ingenieurs en ontwerpers aan te nemen op de ontwerpafdeling, maar om ook een aantal biologen in te huren.
“Biomimicry is een nieuwe manier van vragen stellen, van kijken naar problemen en oplossingen. Technologen moeten problemen vanuit biologische invalshoek leren bekijken. Stel dat een bedrijf een nieuw type textiel wil ontwerpen met gevoelige sensoren erin. Dan moeten de ontwerpers op het idee komen om eens een bioloog uit te nodigen die ze vragen kunnen stellen over sensoren op insectenpoten.” Ook klassieke biologen moeten op een andere manier gaan denken, meent Benyus. “Veel biologen zijn vooral geïnteresseerd in evolutionaire processen. Zij vragen zich af: “Hoe zijn die sensoren op die insectenpoten terechtgekomen, welke soorten sensoren zijn er precies?” Voor een biomimic is dat minder interessant. Nu gaat het om de vraag: hoe werkt het, en wat voor praktische toepassing kan het hebben?”
Onkruid
Het consequente gebruik van biomimicry kan uiteindelijk zelfs tot nieuwe vormen van samenwerking tussen bedrijven leiden. Biomimics bestuderen niet alleen schelpen, spinnen en gifslangen, maar ook complete ecosystemen als bossen of prairies. Hoe werken verschillende organismes in de natuur met elkaar samen, en wat kunnen bedrijven daarvan leren? “De manier waarop bedrijven nu werken lijkt nog te veel op de manier waarop onkruid groeit,” zegt Benyus. “Onkruid vestigt zich snel op verder onbegroeid land. Alle energie wordt gestopt in het maken van zaden om zich voort te planten, wortels maken doen ze nauwelijks. Als de grond is uitgeput, of als andere gewassen beginnen te groeien, verplaatst het onkruid zich gewoon naar een volgend stuk braakliggend land.” Liever zou Benyus zien dat bedrijven samenwerken zoals de verschillende organismes in een Redwood-bos. Daar vormen bomen, dieren, planten, paddenstoelen en schimmels samen een ecosysteem dat de grond niet uitput, maar dat lange tijd in onderlinge harmonie kan voortbestaan. Uit onderzoek blijkt bijvoorbeeld dat moleculen die zijn ontstaan in een boom die veel licht ontvangt, uiteindelijk terecht kunnen komen in bomen die op donkere plekken staan, en zelf dus minder fotosynthetische capaciteit hebben. Moleculen worden uitgewisseld via netwerken van schimmeldraden of paddestoelen onder de grond die met beide bomen in verbinding staan.
Een soortgelijke proces ziet zij in het 'ecopark' bij de Deense stad Kalundborg. Daar staat een elektriciteitscentrale naast een farmaceutische fabriek. De overtollige stoom die ontstaat bij het opwekken van elektriciteit wordt door de tweede fabriek gebruikt om vaten op te warmen waarin insuline en enzymen worden geproduceerd. De rest van de overtollige warmte wordt gebruikt om 3500 huizen in een nabijgelegen woonwijk te verwarmen. En als het koelwater eenmaal lauwwarm is, stroomt het door naar een nabijgelegen viskwekerij waar forel en tarbot worden gekweekt.
Een andere toepassing waarvan Benyus veel verwacht is het combineren van re-searchafdelingen. “Managers zijn nu nog te veel op competitie tussen bedrijven gericht,” vindt ze. “Maar veel onderzoek is voor een enkel bedrijf simpelweg te duur.” Neem de zoektocht naar een alternatief voor pvc. Als die wordt gevonden, is dat voor zowel tapijtenmakers, gymschoenfabrikanten, buizenbedrijven, en verpakkers interessant. In de auto-industrie gebeurt dit al. Chrysler, Ford en General Motors hebben hun concurrentiestrijd opzij gezet en de Vehicle Recycling Partnership opgericht, waardoor ze onderdelen van elkaars oude auto's kunnen hergebruiken. De economie, zo haalt Benyus een Japanse biomimic aan, bestaat nu vooral nog uit slagaders: kanalen om producten van het hart van de producenten naar het lichaam van de economie te pompen. “Maar in de toekomst hebben we ook aderen nodig. Kanalen om producten en afvalstoffen weer terug te halen, zodat de materialen kunnen worden gereinigd en hergebruikt.”
