Naar de haaien

De huid van een haai is opgebouwd uit taaie schubben die het uiterlijk van een tand van hebben. De schubben blijken de weerstand te verminderen. Goed nieuws voor bijvoorbeeld drones, vliegtuigen, en windturbines.

Een team evolutionair biologen en ingenieurs van d Universiteit van Harvard heeft in samenwerking met collega's van de Universiteit van South Carolina onderzoek aan de haaienschubben verricht. Het resultaat van het onderzoek is een nieuwe biologisch geïnspireerde structuur die het aerodynamisch gedrag kan verbeteren van vliegtuigen, windturbines, drones en auto's. De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in het Journal of the Royal Society Interface.

400 miljoen jaar voorsprong

Haaien en vliegtuigen verschillen eigenlijk niet zoveel van elkaar. Beide zijn ontworpen om zo efficiënt mogelijk door een medium te bewegen - water en lucht. De vorm van hun ‘lichaam' creëert ‘lift'' en vermindert de weerstand. Met dit verschil dat haaien een voorsprong hebben van 400 miljoen jaar als je naar het ontwerpproces kijkt. De huid van een haai is bijvoorbeeld bedekt met duizenden kleine tandachtige schubben die zowel in vorm als in grootte variëren afhankelijk van de plek op het lichaam. De structuur is al langere tijd bekend, maar de exacte functie van de huidtandjes was onderwerp van discussie. Veel onderzoek heeft zich gericht op de weerstandverminderende eigenschappen van de schubben. Maar deze onderzoekers vroegen zich af of het zo kon zijn dat het in plaats van het verminderen van de weerstand de vorm eigenlijk niet beter geschikt was om de ‘lift' te verbeteren.

Snelste haai

Om hun hypothese te testen zijn de onderzoekers naar de kortvin-makreelhaai - kortweg mako - gaan kijken. De mako is de snelste haai in de wereld en de huidtanden van dit dier hebben drie verhoogde ‘kammen', een beetje zoals een drietand. Met behulp van micro-CT scanning zijn de huidtanden in 3D gemodelleerd en ge3Dprint op een ‘airfoil', een aerodynamisch gevormd profiel en een primaire component van alle vliegende toestellen.

325% beter

Uiteindelijk zijn 20 verschillende configuraties - grootte van de huidtanden, de rijen en de plaats van de rijen - op een airfoil getest in een proeftank met water. Gebleken is dat behalve het verlagen van de weerstand de structuren een aanzienlijke bijdrage aan de ‘lift' leveren. De huidtanden fungeren hierbij als wervelgeneratoren die een tot 325% hogere lift/weerstand-verhouding opleveren in vergelijking met een airfoil zonder wervelgeneratoren.
Bovendien zijn deze huidtanden in potentie veel effectiever dan de huidige wervelgeneratoren, aldus de onderzoekers. Het is niet moeilijk voor te stellend dat bijvoorbeeld zou kunnen leiden tot efficiëntere windturbinebladen en drone-rotoren. Het Harvard Office of Technology Development heeft daarom het intellectueel eigendom dat gerelateerd is aan het project al beschermd en kijken naar commerciële mogelijkheden.