Snorharen zeehonden staaltje van perfecte techniek

Ajay Kottapalli ontwikkelt geavanceerde sensors die zijn gebaseerd op dierlijke zintuigen – bijvoorbeeld de snorharen van zeehonden. ‘Die zijn werkelijk perféct geëvolueerd. Dat hebben we doorgerekend.’ Altijd is hij op zoek naar mogelijke toepassingen in de techniek van biologische fenomenen. Samen met collega’s begon hij in Groningen een startup: Sencilia.

_{Tekst Nienke Beintema, Foto Reyer Boxem}

Klittenband naar het voorbeeld van zaden, drones die vliegen als libellen, naalden die prikken als een muggensnuit. Het zijn allemaal voorbeelden van biomimicry, ook wel bio-inspired design: techniek en ontwerp geïnspireerd op de natuur.

Supergevoelige zintuigen

De Indiase fysicus Ajay Kottapalli brengt dat concept naar een hoger plan: hij ontwerpt micro-elektromechanische systemen (MEMS) gebaseerd op zintuigen van dieren. En dan niet zomaar zintuigen. Hij onderzoekt extreem geavanceerde, supergevoelige zintuigen die wij mensen niet hebben. Bijvoorbeeld de piepkleine haartjes, of ciliën, waarmee blinde vissen hun weg vinden in onderaardse grotten. Dankzij die ciliën kunnen de vissen heel subtiele waterstromingen waarnemen, en zo voedsel vinden en obstakels vermijden. Een ander voorbeeld zijn de snorharen van zeehonden. Daarmee kunnen zeehonden zelfs in het troebelste water feilloos vissen volgen.

Die opmerkelijke zintuigen gebruikt Kottapalli als inspiratie voor high-tech sensoren. ‘Er zijn nog véél meer van dergelijke zintuigen in de natuur waar wij veel van kunnen leren’, vertelt hij op het Zernikecomplex. Zijn hele werkkamer bij Technische Natuurkunde is bio-inspired: overal staan reusachtige groene planten – en overal liggen gekke gadgets, zoals een handschoen met elektronica erin verwerkt waarmee je een oppervlak kunt ‘voelen’.    

Wat kunnen mensen met die bijzondere zintuigen?
‘Oh, ik kan eindeloos veel toepassingen bedenken. Stel je eens een onderwaterrobot voor die is uitgerust met zulke ciliën en snorharen. Die zou in de diepzee zijn weg kunnen vinden, bijvoorbeeld voor exploratie of voor onderzoek. Een zwerm ervan zou autonoom in formatie kunnen varen, samen optimaal gestroomlijnd. Het leuke is: er zijn vast allerlei toepassingen waar we nu nog geen idee van hebben, maar die gaandeweg komen bovendrijven.’

Vertel eens iets meer over die snorharen? Hoe weten we bijvoorbeeld zo precies wat zeehonden daarmee kunnen?
‘Ja, dat is een fascinerend verhaal’, zegt Kottapalli, terwijl hij op zijn computerscherm een YouTube video tevoorschijn tovert. ‘Duitse onderzoekers hebben een zeehond getraind om achter een vis-achtige robot aan te zwemmen, geblinddoekt én met een koptelefoon op. Ongelooflijk, toch? Het kost alleen al jarenlange training voordat een zeehond zich laat blinddoeken.’

We zien Henry the Seal die geblinddoekt onder water feilloos de kromme baan van de ‘vis’ volgt, een minuut nadat die is gepasseerd. Kottapalli: ‘Hij kan een vis vanaf grote afstand lokaliseren, ook als die de hoek om is gezwommen.’

Hoe doet die zeehond dat dan?
‘Met zijn snorharen. Daarmee voelt hij de wervelingen die de vis achterlaat in het water. Het spoor van wervelingen kan hij volgen. Wij hebben die snorharen heel nauwkeurig onderzocht. Die krijgen we van Pieterburen, het Dolfinarium en Wildlands Emmen. En wat blijkt? De snorharen zijn, vanuit het oogpunt van vloeistofdynamica, perféct geëvolueerd. Dat hebben we doorgerekend met computermodellen en 3D-geprinte sensoren. De snorharen zijn elliptisch in doorsnede en over de hele lengte hebben ze kleine golfjes. Hun kromming voldoet precies aan bepaalde wiskundige principes. Dankzij die vorm vibreren ze niet als de zeehond zwemt. Ze vibreren alleen door de wervelingen die de vis heeft veroorzaakt.’

Dat principe willen jullie gaan nabootsen; is dat waar je een bedrijf voor bent begonnen?
‘In brede zin wel, ja, maar we richten ons meer op medische toepassingen. Mijn groep is gespecialiseerd in geminiaturiseerde sensoren die heel nauwkeurig piepkleine vloeistofstromingen kunnen meten. Samen met mijn voormalige postdoc Amar Kamat, die nu de CEO is van onze startup Sencilia, wilde ik die kennis graag naar de markt brengen. Het medische veld trok ons aan omdat je daarin met dit soort technologie veel verschil kunt maken. We wonnen een zogeheten Takeoff-1 Grant van NWO, waarmee we de technische en commerciële haalbaarheid van onze ideeën konden testen. Na allerlei overleggen met artsen van het UMCG bedachten we dat onze sensoren de toediening van medicijnen via een infuus veel nauwkeuriger en veiliger kunnen maken. We kregen hulp van RUG Ventures en Triade, de ondernemersinitiatieven van RUG en UMCG, en konden daardoor in 2021 de startup Sencilia beginnen.’

En, werkt jullie techniek in een infuus?
‘Jazeker! We behalen veelbelovende resultaten in het lab, en binnenkort starten we met een pilotproject in het Erasmus MC in Rotterdam. De grote bedrijven in de infuus-industrie hebben al belangstelling getoond, wat wel aangeeft dat hier echt veel potentieel ligt. Ik ben er ook heel trots op dat we hiermee de Academic Startup Competition 2024 van Techleap.nl hebben gewonnen.’

Hoe kwam je eigenlijk in Groningen terecht?
‘Mijn postdoconderzoek in de VS liep ten einde. Toen ben ik wereldwijd gaan solliciteren naar vaste aanstellingen. Er kwam er een vrij bij ENTEG, het Engineering and Technology Institute Groningen. Een relatief nieuw techniekinstituut, maar met grote ambities en ook met grote namen. Ik kijk liever naar de mensen dan naar de instituten. En ENTEG zit in de lift. Er zijn verregaande plannen om toe te treden tot 4TU: de samenwerking tussen de universiteiten van Delft, Twente, Eindhoven en Wageningen. Ik vind dat superleuk: deel worden van iets wat nog volop in ontwikkeling is. Daar zelf aan kunnen bijdragen.’

Lukt dat tot nu toe zoals je hoopte?
‘Ja, ik vind het hier geweldig. Het interdisciplinaire, dus de samenwerking met andere afdelingen binnen de RUG… Het is hier heel gemakkelijk om contacten te leggen. Ik kan bijvoorbeeld zomaar een e-mail sturen aan een hoogleraar in het UMCG en zeggen: ik heb een ideetje, mag ik eens komen praten? Dan krijg ik meteen antwoord terug. In andere landen is er veel meer hiërarchie. Hier lijkt het wel alsof de mogelijkheden onbegrensd zijn. Dat is natuurlijk niet zo – tijd en geld zijn natuurlijk beperkend, en ook de manier waarop de zakenwereld werkt. Maar in elk geval kan ik hier onbegrensd ideeën verkennen. Ja, wat dat betreft ben ik ook wel echt een wetenschapper. Ik word extreem blij van het verkennen van de zintuigen in de natuur, zonder meteen aan toepassingen te denken.’  

Dit artikel is onlangs gepubliceerd in het online alumnimagazine Broerstraat 5.

Over Kottapalli

Ajay Kottapalli (India, 1985) is associate professor/universitair hoofddocent aan de RUG. Hij studeerde zowel natuurkunde als vastestoftechnologie in India. Hij behaalde een PhD in mechanical engineering aan de Nanyang Technological University (NTU) in Singapore. Daarna werkte hij als postdoc bij het Massachusetts Institute of Technology (MIT) in de VS, via de Singapore-MIT Alliance for Research and Technology (SMART). In 2018 kwam hij naar de RUG om zijn eigen groep te beginnen. Hij is ook nog verbonden aan MIT. Daarnaast is hij mede-oprichter en wetenschappelijk adviseur van Sencilia BV.