Væddere og pindsvin inspirerer til superstærk kofanger

Fremtidens biler kan blive mere sikre takket være pindsvin og væddere.

Pindsvinets pigge og vædderens hoved er nemlig ekstremt stødabsorberende, og ved at efterligne dyrenes anatomi kan kofangere på biler blive meget stærkere.

Det har ingeniør og forsker Torben Lenau og hans gruppe fundet ud af, efter at de har været på jagt i naturen efter idéer til, hvordan man kan mindske konsekvenserne af sammenstød i trafikken.

Inspirationsjagten foretog han sammen med ph.d.-studerende fra Technische Universität München i Tyskland og fra Danmarks Tekniske Universitet, hvor Torben Lenau selv er lektor på instituttet DTU Management.

Gik systematisk til værks

På DTU underviser han i produktudvikling, og han forsker især i at forstå og efterligne naturen - det, der på fagsprog hedder bionik og biomimetik. Det er en hel videnskab for sig, og som videnskabsfolk nu engang har for vane, gik Torben Lenau og de studerende systematisk til værks helt fra begyndelsen af deres søgen.

De fulgte en omhyggelig, tværvidenskabelig metode, hvor første skridt var at definere, præcis hvilke egenskaber de var på udkig efter i naturen.

»Vi spurgte os selv: 'Hvad er problemet egentlig? Vi vil ikke komme til skade, når vi kører ind i noget'. Det var den specifikke formulering af det,« Torben Lenau.

»Men nu er der ikke så mange dyr eller planter, der kører rundt, så det måtte generaliseres til at være noget med kollision, energioptagelse og pludselig opbremsning – nogle af de ting, som man kunne forestille sig, at dyr og planter også er udsat for,« siger han.

Brainstorm, biolog og bibliotek

Næste skridt var at brainstorme på nøgleordene for at finde ud af, hvilke dyr der er karakteriseret ved dem. De første dyr, der poppede op i deres hoveder, var spætten og vædderen.

»Hvordan kan det være, at spætten ikke får hjernerystelse, når den sidder og banker hovedet ind i et træ? Eller hvad med væddere, tyre, hjorte og andet? Der er godt nok tryk på, når de tørner hovederne sammen. Hvordan kan de holde til det? De gør det jo igen og igen,« tænkte Torben Lenau.

For at lære mere om spætten, vædderen og andre dyr, der er skabt til at klare hårde sammenstød, kontaktede de Lisbeth Børgesen, der er uddannet biolog og arbejder som bibliotekar på Det Kongelige Bibliotek. Hun hjalp dem med at finde relevant, videnskabelig litteratur ud fra søgeord som kollision og 'impact' (kraftpåvirkning).

Det ledte til forskningsartikler, der afslørede hvordan vædderen formår at brage ind i rivaler med hovedet først uden at lide overlast. Spændte muskler, bruskskiver, leddele og et eftergiveligt kranie skaber tilsammen et stødabsorberende system fordelt henover rygsøjlen og hovedet, og det fik Torben Lenaus gruppe til at overveje, om nogle af mekanismerne kunne overføres til biler.

»Det var måden, hvorpå vædderen havde en kombination af brusk imellem benpladerne, som vi tænkte, at vi kunne bruge til at bygge kofangeren og forpartiet op på bilen,« siger Torben Lenau.

De blev til gengæld skuffede, da de læste nærmere om spætten. Det viste sig nemlig, at spættens tricks til at modstå hårde slag kun virkede i lille skala, og derfor kunne de ikke udnyttes i noget så stort som en kofanger.

Kofanger designet som en børste

Bibliotekaren Lisbeth Børgesen formåede dog hurtigt at få dem til at smile igen, da hendes søgen bragte overraskende viden om pindsvinets pigge på banen.

»Umiddelbart havde jeg ikke forbundet pindsvin med kollision. Det er jo et dyr, som rovdyr ikke vil stikke snuden ned i, fordi dets pigge stikker. Men piggene har faktisk en dobbeltfunktion. De virker også som støddæmpere, så hvis et pindsvin falder ned fra en højde, så får det et lille opspring, når det lander. Der er altså en fjeder- og opbremsningseffekt i den måde, som piggene er konstrueret på,« siger Torben Lenau.

Han mener, at pindsvinets faldteknik affødte det mest lovende forslag til en ny type kofanger.

»Det med piggene gav umiddelbart nogle idéer til, hvordan kunne lave noget, der lignede en børste, der rettede sig fremad, så det var en masse enkelte stødabsorberende pinde, som alle tog fra samtidig i stedet for en enkelt stiv skal,« siger Torben Lenau.

Kofangeren er stadig på tegnebrættet

Den børsteformede kofanger er stadig på tegnebrættet, og selvom den måske aldrig bliver til mere end et koncept, så har arbejdet med den været et godt eksempel på, hvordan man effektivt og systematisk kan søge efter inspiration i naturen, mener Torben Lenau.

»Ved at tænke den her vej får man bredt et meget større løsningsrum ud. Man ville måske slet ikke have tænkt det som andet end en stiv pind foran bilen, men med det her åbner man op for alternative løsninger. Det kan så være godt eller skidt, men det ved man først, når man ser det,« siger han.

Naturen gav idéer til proteser og cykellåse

Den anvendte metode, hvor man begynder med et praktisk problem, som man derefter søger efter løsninger på i naturen, kaldes ’top down’-bionik.

Den samme fremgangsmåde har to studerende på DTU anvendt i deres afgangsprojekt, der gik ud på at udvikle formtilpassende proteser til folk, der har fået amputeret et ben.

Udfordringen var, at den tilbageværende benstump ændrer størrelse en lille smule i løbet af dagen, og derfor er der brug for proteser, der løbende kan tilpasse sig benets form og dermed sidde fast uden at gnave.

De to nåede i deres research at studere bevægelige hår på en kødædende plante og insekters knoppede skind, men deres endelige løsning er hemmelig, fordi de arbejder sammen med den islandske protese-producent Össur om at bruge idéen i et kommercielt produkt.

På samme måde har andre studerende også forsøgt at udvikle en ubrydelig cykellås, der var en efterligning af en krabbeklo. En krabbeklo inspirerede sammen med insektvinger og tuliplanblade også et helt tredje hold studerende til at udvikle en ny slags ambulancebåre.

Billes skjold gav idé til unik overflade

Bionik er dog langt fra kun ’top down’. Man kan også få en idé ved at snuble over en spektakulær egenskab i naturen og undersøge, hvordan den kan efterlignes og udnyttes i produkter. Den fremgangsmåde kaldes ’bottom up’-bionik.

Den benyttede Torben Lenau selv for nogle år siden, da han så et billede af en metalfarvet bille i bladet National Geographic.

»Så kommer jeg jo som maskiningeniør og siger: Jamen, billen har ikke noget metal i sig, så hvordan det være, at den er metallisk? Kan man ikke lave det kunstigt?« fortæller han.

Siden dengang har han studeret forskellige billers skjold sammen med biologer, polymer-kemikere og optikere. De har fundet ud af, at det metalliske udseende skyldes, at billernes skjold består af en masse tynde lag, der hver især reflekterer forskellige bølgelængder i lyset, og det princip vil Torben Lenau efterligne i overflader og materialer af plastik.

Mobiltelefoner kan få bille-overflade

En plastikoverflade, der er stærkt farvet og reflekterende som metal, er eftertragtet, fordi den vil se flot og skinnende ud på f.eks. en mobiltelefon.

Dertil kommer et par positive bivirkninger: Da plastik ikke leder elektricitet, vil man kunne udnytte materialet i elektriske apparater, så de ikke kan give stød, samtidig med at de bevarer metaludseendet. Den klare metalliske farve er desuden meget holdbar, og løsningen er miljøvenlig, fordi den plastikbaserede overflade kan genbruges og skaber mindre affald end traditionelle metalbelagte overflader, pointerer Torben Lenau.

Billeprojektet – og meget andet relateret til bionik – fortæller han og en række andre danske forskere mere om mandag den 28. november i Tåstrup, hvor de afholder et seminar om, hvordan de bruger naturen som inspiration til at skabe højteknologiske produkter.