Waterflessen die niet klotsen, geïnspireerd op de veren van de zandhoen

Biologie De extreme capaciteit van de borstveren van de zandhoen om water vast te houden, inspireert materiaalkundigen.

Doorsnede van een watervasthoudende veer van de Namaqua zandhoen.
Doorsnede van een watervasthoudende veer van de Namaqua zandhoen. Foto Johns Hopkins University

De Namaqua zandhoen (Pterocles namaqua) is een woestijnvogel die op de grond nesten bouwt. Ter bescherming tegen roofdieren, kiezen paartjes vaak een plek op grote afstand van waterpoelen. Om de jongen van water te voorzien heeft de mannelijke zandhoen een opmerkelijke verenstructuur op de buik waarmee hij water vervoert. Hij kan vijftien procent van zijn lichaamsgewicht aan water meenemen, 25 milliliter, bij een vliegsnelheid van 60 kilometer per uur. Bij het nest drinken de jongen het water direct uit de borstveren.

Onderzoekers van de Johns Hopkins University en MIT, allebei in de VS, wilden weten hoe de verenstructuur werkt om op basis daarvan nieuwe absorberende materialen te kunnen ontwerpen. Met behulp van onder meer rasterelektronenmicroscopie en micro-CT hebben ze de structuur van de veren in droge en natte toestand en tijdens het nat worden tot in detail in kaart gebracht.

Spiraalvormige structuur

Doorgaans hebben vogelveren een schacht in het midden, met daaraan de zogenaamde baard. Aan de baard zitten weer kleinere aftakkingen die met weerhaken kruislings in elkaar grijpen. De buikveren van de zandhoen hebben een afwijkende structuur, en ook de stijfheid van de onderdelen verschilt. Het deel van de baard dicht bij de schacht van de buikveer is anders gevormd dan het buitenste deel. In de binnenzone hebben de kleine aftakkingen een spiraalvormige opgerolde structuur dicht bij de basis en daarna nog een recht stukje. In de buitenzone is die spiraalvormige structuur er niet. In beide zones zijn er ook geen weerhaakjes die in elkaar grijpen.

Borstveer van de Namaqua zandhoen.
Foto Harvard University

Wanneer de veren nat woorden vervormen de onderdelen. De opgerolde delen draaien uit elkaar en komen loodrecht op de baard te staan – die zelf juist relatief stijf is ten opzichte van andere veren. Er ontstaat dan een dicht woud van vezels, waar het water door capillaire werking in wordt vastgehouden. Tegelijkertijd krullen de baardjes in de buitenste zone van de veer naar binnen en wikkelen dicht om de binnenste zone om het water steviger vast te houden.

De onderzoekers zijn geen biologen maar materiaalkundigen. Ze willen nieuwe absorberende materialen maken, waarmee ook makkelijke afgifte van vloeistoffen mogelijk is. Ze denken onder meer aan netten voor het opvangen en vasthouden van water uit mist en dauw in woestijngebieden of aan medische wattenstaafjes om monsters mee te nemen. Commerciële toepassing zien ze in waterflessen die niet klotsen – handig voor hardlopers.