De vis als leerschool voor de spionageduikboot


Foto: Bathynome

Duikboten gebruiken sonar en camera’s om de omgeving te verkennen, maar beide typen instrumenten hebben hun nadelen. Camera’s zijn blind in troebel of donker water. De passieve sonar, die geluiden alleen detecteert, is doof in het gebied achter de onderzeeër. Daar overstemt het lawaai van de schroeven, het kielzog en de machinekamer de zachte geluiden van buitenaf.

Tijdens de Koude Oorlog manoeuvreerden Amerikanen heel geniepig hun kleine duikboten precies in het dove gebied van Russische onderzeeërs. Als de Sovjets een achtervolger vermoedden, maakten ze plotseling een harde wending om als het ware achter hun ‘kont’ te luisteren. Deze gevaarlijke beweging kreeg de naam Crazy Ivan.

Lampen maken natuurlijk het beeld van camera’s beter. Ook kan de sonar actief waarnemen door een signaal uit te zenden en de echo te beluisteren. Maar in beide gevallen schreeuwt de duikboot feitelijk: “Joehoe, hier ben ik!” Bij spionage is dat niet bijster handig.

Eigenlijk zou een duikboot een extra zintuig moeten hebben dat deze nadelen niet heeft. En dat heeft de natuur al uitvonden: de zijlijn, of laterale lijn, van vissen. Hiermee nemen vissen stroming en drukveranderingen in het water waar. Doordat ieder object de stroming van het water verandert, voelen vissen als het ware op afstand dat er een voorwerp is. Hiermee kunnen ze prooien of roofdieren detecteren en stilstaande objecten zoals stenen waarnemen. Voor vissen die in scholen leven, is de zijlijn van levensbelang om onderlinge botsingen tussen de dicht opeengepakte vissen te voorkomen.

De zijlijn bestaat uit neuromasten, die minieme veranderingen in de snelheid en druk van het water waarnemen. Er zijn twee soorten neuromasten, en beide bestaan uit een flexibel geleiachtig koepeltje, met daarin kleine haartjes.

Oppervlakteneuromasten zitten op de huid en liggen verspreid over het hele lichaam. De koepel doet denken aan een hoge puist en buigt in de stroming, waardoor de haartjes vervormen. Dat geeft informatie over de stroomsterkte van het water en veranderingen daarin.

De kanaalneuromasten hebben een koepeltje in de vorm van een halve bol en liggen onder de huid in een met vloeistof gevuld kanaal. Dit kanaal is bij sommige vissen duidelijk als een lijn te zien. Deze neuromasten bewegen onder drukverandering heen en weer in het kanaal, waardoor de haartjes vervormen. Dat geeft informatie over de richting van de stroming.

De signalen van alle neuromasten in het zijlijnorgaan komen in de hersenen tezamen en geven de vis een heel gedetailleerd ‘hydrodynamisch beeld’ van zijn nabije omgeving.

Verscheidene onderzoekers ontwikkelen kunstmatige zijlijnen. Een voorbeeld van een kunstmatige neuromast is een haar van kunststof die verbonden is met een plaatje. Als de haar door waterstroming wordt verplaatst, buigt het plaatje en loopt er een elektrisch stroompje (piëzoelektrisch effect). Door net als bij een vis meerdere kunstmatige neuromasten te gebruiken, kan de omgeving gedetailleerd in kaart worden gebracht. In een proef bleek de kunstmatige zijlijn vrij nauwkeurig een levende kreeft te detecteren en lokaliseren, hoewel het systeem nog niet zo gevoelig is als het biologische voorbeeld.

Een kunstmatige zijlijn is niet alleen voor spionerende onderzeeërs een waardevolle toevoeging, maar voor alle onderwatervoertuigen, omdat het extra sensorsysteem de veiligheid vergroot. Ook kan een groep onderwaterrobots dankzij het kunstmatige zintuig net als een school vissen bewegen en communiceren.

Uiteindelijk zal de kunstmatige zijlijn zelfs allerlei onderwaterobjecten, zoals vissen, duikboten en kreeften, kunnen herkennen aan hun hydrodynamische ‘vingerafdruk’. Maar daarvoor moet het systeem nog wel een beter ‘fingerspitzengefühl’ ontwikkelen.


Foto: Trouw L&F

Gepubliceerd in dagblad Trouw op 14 oktober 2016

Ylva Poelman alias De Bionische Vrouw
E: info@bionicacentrum.nl
T: 06 - 22 79 71 84