Zelfslijpende messen voor de industrie, met dank aan het gebit van de bruine rat


Foto: Reg Mckenna

Messen, scharen en andere snijwerktuigen zijn zowel in het huishouden als in de industrie belangrijke gereedschappen. Ze worden gebruikt voor het verwerken van plastic, textiel, hout, papier, beton en zelfs glas. Niet alleen bij productieprocessen, maar ook bij het recyclen van objecten zijn ze onmisbaar.

Bot snijgerei is daarom niet alleen een grote ergernis, maar in de industrie ook een grote kostenpost. Een mes snijdt alleen effici├źnt als het vlijmscherp is. Zodra het lemmet iets afstompt is meer energie nodig om het gewenste snijresultaat te bereiken. Bovendien moeten botte messen vervangen of geslepen worden en gedurende die tijd staat de machine stil.

Bij het slijpen van een mes wordt overigens niet echt geslepen. Botheid ontstaat doordat de snijrand zo dun is als een haar en delen daarvan gemakkelijk ombuigen. Dit zijn de zogenaamde bramen. Bij het ‘slijpen’ wordt geen materiaal verwijderd, maar worden de bramen weer recht gebogen.

Inspiratie uit de natuur om het probleem van de botte messen aan te pakken komt in dit geval van de rat. Dat dier mag bij de meeste mensen weinig geliefd zijn, en gezien worden als een eng beest dat kwalijke ziekten verspreidt – toch is de rat een succesvol dier, mede dankzij zijn tanden.

Zelfslijpend
Net als alle andere knaagdieren hebben ratten vier grote snijtanden, twee in de bovenkaak en twee in de onderkaak. Met dit gebit zijn ze in staat om te leven van hard voedsel zoals knollen, zaden, granen en noten. Ook met hout, metaal en beton maakt de rat korte metten, wat ze ook niet bepaald populair maakt. Aangezien sommige rattensoorten tientallen jaren oud kunnen worden is het belangrijk dat de tanden lang meegaan en altijd scherp zijn. ‘Downtime’ zoals bij onze machines zou immers leiden tot verhongering. Om dat te voorkomen zijn ratten uitgerust met zelfslijpende tanden.

De snijtanden bestaan aan de voorkant uit hard tand-email – tandglazuur – en aan de achterkant uit zachter dentine ofwel tandbeen. Doordat beide materialen een andere hardheid hebben, slijten ze verschillend. Tijdens het knagen slijt het zachtere dentine sneller, waardoor telkens stukjes van het hardere tandemail bloot komen te liggen, dat zo een scherpe snijrand vormt. Doordat de snijtanden altijd doorgroeien – 2 tot 3 millimeter per week – raken ze nooit ‘op’. Zo hebben ratten hun hele leven messcherpe snijtanden.

Shredder
Deze truc komt meer voor in het dierenrijk, bijvoorbeeld bij konijnen, die niet onder de knaagdieren vallen omdat ze een iets ander gebit hebben. Ook dieren die rots of ander hard materiaal afschrapen op zoek naar voedsel hebben zelfslijpende structuren, zoals de zee-egel en de keverslak.

Duitse ingenieurs maakten op basis van de snijtanden van ratten een zelf-slijpende shredder voor de industrie. Als vervanging van het zachtere dentine koos men voor een bros metaalmengsel van wolfraam, carbide en kobalt. Het harde keramische materiaal titanium nitride doet dienst als tandglazuur. De shredder bestaat uit drie van deze messen waarbij de keramische voorkant minder snel afslijt dan de zachtere achterkant en daardoor continu een scherpe voorrand heeft. Ook zijn de messen enigszins gekromd, net als de snijtanden van ratten.

Een verschil met de inspiratiebron is dat de snijtanden van ratten continu doorgroeien. De bio-geïnspireerde messen slijten niet snel en zijn altijd scherp, maar als ze uiteindelijk versleten zijn moeten ze alsnog worden vervangen. Daar is de natuur ons duidelijk nog steeds de baas.


Foto: Rodentics

Gepubliceerd in dagblad Trouw op 27 mei 2016

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