Onderzoek Chris Broeckhoven

Abstract

De natuur biedt een bijna onuitputtelijke bron van inspiratie voor innovatieve ontwerpen die kunnen helpen om veel van de huidige sociale, economische en milieu-uitdagingen in de wereld aan te pakken. In overeenstemming hiermee is het potentieel van bioinspiratie (met inbegrip van biomimetica en biomimicry) algemeen erkend in de academische wereld en de industrie. De belangrijkste hinderpaal om bio-inspiratie toe te passen zijn de verschillen in taal, tools, activiteiten en denken van de betrokken disciplines, waardoor de verdere ontwikkeling naar succesvolle producten vaak wordt belemmerd. Nature4Nature brengt door een unieke gezamenlijke inspanning van biologen, ingenieurs, ontwerpers en fabrikanten een leeromgeving aan jonge doctorale onderzoekers (DCs) om de inspiratie-, integratie- en implementatieaspecten van biogeïnspireerd ontwerp volledig te bevatten en zo de conceptuele, methodologische en praktische uitdagingen aan te pakken. Het zal de DCs (a) een mentaliteit en knowhow verschaffen om biodiversiteit in te zetten bij het ontwerpen; (b) de theoretische achtergrond en praktische vaardigheden verschaffen om biologische modelsystemen om te zetten in technische ontwerpen en toepassingen; en (c) een houding en competentie verschaffen om biogeïnspireerde ideeën op een expliciet duurzame manier te implementeren. Nature4Nature richt haar onderzoeksactiviteiten op één modelsysteem: hoe vaste deeltjes efficiënt van vloeistoffen te scheiden. Biologische filtratiesystemen zijn in de loop van de levende geschiedenis van de aarde herhaaldelijk geëvolueerd. Nature4Nature zal de DCs leren optimaal gebruik te maken van dit rijke erfgoed, door het te gebruiken als inspiratiebron voor het ontwerpen en vervaardigen van doeltreffende, verstoppingsbestendige filtersystemen die kunnen bijdragen tot het behoud en herstel van de aquatische habitats in de wereld. Door een nieuwe generatie onderzoekers aan te moedigen die actief zijn op het raakvlak tussen wetenschappelijke disciplines, sectoren en maatschappelijke actoren, wil Nature4Nature innovatie ondersteunen en helpen de belemmeringen voor de toepassing van bio-inspiratie in het ontwerpproces te overwinnen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Du Bois Els
• Co-promotor: Aerts Peter
• Co-promotor: Broeckhoven Chris
• Co-promotor: Van Damme Raoul
• Co-promotor: Van Wassenbergh Sam
• Co-promotor: Watts Regan
• Mandaathouder: Hageneder Lukas
• Mandaathouder: Krsteska Katerina

Onderzoeksgroep(en)

• Productontwikkeling

Project website

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Sommige slangen vertonen horenachtige structuren op de tip van hun snuit, of boven de ogen. Opmerkelijk genoeg zijn dergelijke uitsteeksels, met name in de familie van de adders (Viperidae), herhaaldelijk geëvolueerd, en dit onafhankelijk in verschillende clades. Vroege herpetologen hebben wild gespeculeerd over de mogelijke functie van de horens, maar niemand heeft ze echt grondig bestudeerd. In dit project zal ik een aantal mogelijke functies van rostrale en supra-oculaire uitsteeksels testen, aan de hand van een combinatie van gedragswaarnemingen, visuele modelering, vibrometrie, thermografie, (elektronen-)microscopie, histologie, µ-CT scanning en 3D reconstructie op specimens van verschillende soorten adders. In het laatste luik van dit onderzoek zal ik de informatie uit de functionele analysen combineren met gegevens over de distributie, ecologie en natuurlijke historie van Viperidae (beschikbaar in de literatuur en online databanken) om ideeën te testen over de ecologische factoren die de evolutie van horens bij slangen beïnvloed hebben.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Van Damme Raoul
• Co-promotor: Broeckhoven Chris
• Co-promotor: Vanlanduit Steve
• Mandaathouder: Banfi Federico

Onderzoeksgroep(en)

• Functionele morfologie

Project website

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Gedurende miljoenen jaren evolutie heeft de natuur een grote diversiteit aan natuurlijke bepantersering ontwikkeld. Natuurlijke bepantsering bij dieren dient al sinds de oudheid als inspiratiebron voor kunstmatige bepantsering en blijft de focus van een groeiend aantal biomimetische studies die de beschermende eigenschappen ervan onderzoeken. Helaas veronderstellen de meeste van deze studies dat de morfologische diversiteit aan natuurlijke bepantsering het gevolg is van een evolutionaire wapenwedloop tussen prooi en predator. Hoewel een beschermende rol makkelijk voorspelbaar is, suggereren recente studies dat natuurlijke bepantsering niet is geoptimaliseerd om enkel een beschermende functie uit te voeren, maar dat het eerder een multifunctionele structuur is, gevormd door compromissen tussen functionaliteiten. Het voorgestelde onderzoek gaat dieper in op de multifunctionele aard van natuurlijke bepantserging door als eerste de fysiologische rol ervan (d.w.z. de rol tijdens thermoregulatie en ter voorkoming van waterverlies) experimenteel te onderzoeken. Om dit doel te verwezenlijken zullen twee veelbelovende modelsystemen worden gebruikt: gordelhagedissen en hoornkikkers. Thermische beeldvormingstechnologie en evaporimetrie zullen worden gebruikt om de fysiologische eigenschappen van natuurlijke bepantsering te meten en zullen worden aangevuld met cutting-edge microangio-CT om het onderliggende vasculaire mechanisme te karakteriseren. Het onderzoek combineert de vorm en functie van natuurlijke bepantsering en profiteert van de modernste technologie om uiteindelijk te dienen als een bron van bio-inspiratie voor kunstmatige multifunctionele beschermende materialen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Broeckhoven Chris

Onderzoeksgroep(en)

• Functionele morfologie

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Osteodermen, botplaten gelegen in de huid van verscheidene uitgestorven en hedendaagse dieren, vormen een belangrijk onderdeel van het integumentair systeem bij viervoeters. Het resultaat hiervan is dat er een overvloed aan onderzoek is uitgevoerd om de functionele betekenis van deze raadselachtige structuren te onderzoeken. Hoewel algemeen wordt aangenomen dat osteodermen deel uitmaken van bepantsering en voornamelijk dienen om prooidieren te beschermen tegen aanvallen van roofdieren, zijn er praktisch geen experimentele studies uitgevoerd om deze hypothese te ondersteunen. In plaats daarvan suggereren recente studies dat andere selectiedrukken de evolutie van osteodermen mogelijk hebben beïnvloed. Deze studie beoogt de huidige discrepantie te verminderen door de fysiologische rol van osteodermen te onderzoeken. Meer specifiek onderzoekt deze studie de rol van osteodermen bij thermoregulatie en bij het voorkomen van waterverlies door de huid. Door deze fysiologische kenmerken te onderzoeken in een diversiteit van diergroepen, zijnde kikkers, gekkos en krokodilachtigen, is het uiteindelijke doel van het onderzoeksproject om meer inzicht te verschaffen in de evolutie van osteodermen en de omstandigheden waaronder deze raadselachtige structuren zich hebben kunnen ontwikkelen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Broeckhoven Chris

Onderzoeksgroep(en)

• Functionele morfologie

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

In de loop van miljoenen jaren van evolutie, hebben dieren een grote diversiteit aan defensieve pantsers ontwikkeld. De eigenschppen van deze verdedigingsstructuren hebben de interesse gewekt van onderzoekers in het domein van de biomimetica, omdat zij kunnen dienen als inspiratiebron voor de productie van beschermende materialen. Evenwel, de meeste biomimetische studies gaan ervan uit dat natuurlijke structuren per definitie een optimaal ontwerp hebben. In werkelijkheid is de respons van kenmerken op natuurlijke selectie afhankelijk van allerlei beperkingen, waaronder functionele trade-offs. De hedendaagse biomimetische benadering kan daardoor tekort schieten en zo de optimale design van artificiële pantsers verhinderen. Dit project bestudeert de evolutie van pantsers binnen een ecologisch en evolutionair kader en beschouwt expliciet de rol van potentiële trade-offs. Hagedissen van de familie Cordylidae vormen daartoe een voortreffelijk studiesysteem, omdat ze in tegenstelling tot andere gewervelde dieren een grote variatie vertonen in de mate waarin osteodermen (dit zijn benige platen ingebed in de huid) tot expressie gebracht worden. De studie brengt de evolutionaire biologie en de functionele morfologie samen met de biomechanica en maakt gebruik van state-of-the-art technologie zoals high-resolution micro-computed tomography scanning, 3D bioprinting en nieuwe simulatie software. Zo test het hedendaagse assumpties van de biomimetica.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Van Damme Raoul
• Co-promotor: Aerts Peter
• Co-promotor: Dirckx Joris
• Mandaathouder: Broeckhoven Chris

Onderzoeksgroep(en)

• Functionele morfologie

Project website

Project type(s)

• Onderzoeksproject