Een zelfborend robotje werkt zaden de grond in

Als een kurkentrekker draait het houten robotje zichzelf de grond in, zodat het zaadje dat hij onderin meedraagt daar veilig wortel kan schieten. Hij beweegt dankzij drie in elkaar gerolde houten strengen, die uitrollen als het nat is en inrollen als het droog is. Hij is ontworpen door onderzoekers van Carnegie Mellon University in de Verenigde Staten, die er half februari over publiceerden in Nature. Het robotje kan ingezet worden om moeilijk bereikbare gebieden te beplanten en voor bodemverbetering.

Het zelfingravende mechanisme van de zaden van Erodium cicutarium, reigersbek, stond model voor het ontwerp. Deze geraniumachtige plant pakt zaden in een opgerolde stengel in. De stengel rolt ook uit als het nat is en in als het droog is en brengt zo de zaden onder het oppervlak. Een slimme zogenoemde hygromorfe strategie om barre weersomstandigheden en hongerige vogels te weerstaan.

Ook hout zet uit door vocht, daarom kozen de onderzoekers voor strengen houtfineer van de witte eik van 0,5 millimeter dik. De strengen zijn chemisch bewerkt in een bad van natriumhydroxide en natriumsulfaat, waarmee een deel van de lignine uit het hout is gehaald om het minder stijf te maken. Daarna zijn ze nat in een mal gedaan. Na opdrogen bleken de cellen aan de binnenkant van de drie ‘armen’ van het robotje sterker gekrompen dan die aan de buitenkant. De cellen aan de binnenkant zwellen ook sterker op als ze nat worden, wat zorgt voor de draaiende beweging van de nu spiraalvormige armen.

De drie armen zijn een opvallend verschil met Erodium, die maar één gedraaide stengel heeft. De hoek van de punt van het robotje ten opzichte van de bodem is daardoor 25 of 30 graden, groter dan die van Erodium. Dat vergroot de kans om de bodem in te komen.

De onderzoekers hebben in het lab getest met verschillende ‘ladingen’, waaronder radijszaad en schimmels. Ook is een lading nematoden getest, aaltjes die de bodemgezondheid bevorderen. De aaltjes moeten dieper de bodem in dan zaden om hun werk te doen, dus kreeg die robotvariant een dubbele winding per arm mee, de kracht waarmee hij zich in de bodem draait neemt daarmee toe en het robotje komt dieper. Ze fabriceerden ook een grotere variant om daarmee de grote zaden te verspreiden van Pinus albicaulis, de grijze den.

‘Elegant en innovatief’

In veldtests zijn 136 zaaddragers onderzocht, verspreid over twee locaties en twee lentes. De zaaddragers werden uit een drone in het veld gegooid. Van de zaden is 66 procent in de grond gedraaid, en 39 procent is daadwerkelijk ontkiemd. Het weer is een belangrijke factor. „Bij de eerste boortest raakte maar liefst 95 procent goed verankerd, dankzij af en toe lichte regen op de eerste dag”, schrijven de onderzoekers. „Maar de dag erna was er een flinke hoosbui, waardoor 56 procent van de eerder verankerde zaaddragers weer losraakte.”

„Dit is een heel elegant en innovatief systeem”, zegt Leónie Bentsink, hoogleraar seed science aan de Wageningen Universiteit. „De kans dat zaden vestigen is hiermee groter dan wanneer zaden zomaar worden uitgestrooid. Dat wordt bijvoorbeeld na bosbranden gedaan, met grote aantallen zaden tegelijk vanuit een helikopter. Maar zaden zijn licht, ze dwarrelen. Veel zaden ontkiemen alleen onder de grond en als er genoeg water is. In contact komen met de grond is dus heel belangrijk, daar helpt deze seed carrier bij.”

„Maar het is een bewerkelijke manier”, zegt Bentsink. „Voor het verspreiden van grote hoeveelheden zaden ligt deze aanpak niet voor de hand. Het kan wel de moeite waard zijn voor zaden die moeilijk kiemen, voor zeldzame soorten of voor zaden van bomen.”