Documantaire Claus Mattheck in Noorderlicht (2004)

Geplaatst op donderdag 16 september 2004, door Boomadviseur. Bron: Noorderlicht / VPRO

Waarom gaat alles op den duur toch altijd stuk? Schroeven slijten, schepen vergaan en metaal wordt moe. Een boom kan echter onthoofd worden of takken kwijtraken, en toch groeit hij door. Zijn machineonderdelen sterker te maken door goed naar bouw van een boom te kijken?

Bomen, dat zijn nog eens stoere wezens. Ze kunnen extreem oud worden en daardoor uitgroeien tot reusachtige houten monsters. Steile hellingen of onstuimig weer zijn ze meestal de baas. Net als allerlei beschadigingen, zoals een snoeibeurt of een naam die in hun stam wordt gekerfd. Het is de boom allemaal te doen om evenwicht. Een boom doet er alles aan om de krachten in en op de stam zo eerlijk mogelijk te verdelen. Staat bijvoorbeeld aan een kant veel wind, dan maakt de boom zichzelf daar extra stevig door meer hout af te zetten. Maar ook als zijn takken worden afgezaagd of als er een scheur ontstaat, zal een boom alle zeilen bijzetten om de krachtenbalans weer te herstellen. Omdat zwakke plekken worden versterkt zijn bomen dikker op de delen veel die te verduren hebben of verzwakt zijn. Het is te vergelijken met een verstuikte enkel, die wordt verstevigd met verbandgaas.

De excentrieke natuurkundige Claus Mattheck kwam daarachter. De aanleiding voor zijn ontdekking was een vreemdgevormde boom die de Duitser op vakantie bij zijn tentje zag staan. De boom had al twee keer zijn kruin verloren, waarna een zijtak de rol van de stam had overgenomen. Bomen spreken hiermee een soort lichaamstaal, denkt Mattheck. Aan kronkels, verdikkingen, en andere uiterlijke kenmerken is te zien hoe de boom zijn krachtenbalans in stand houdt.

Die gelijkmatige verdeling van krachten hield Mattheck al langer bezig. Jaren geleden kreeg de onderzoeker genoeg tijd om er eens flink over na te denken. De Duitser brak zijn been bij een ernstig ongeluk, en vroeg zich af of de schroeven en platen die hij in zijn been kreeg het wel zouden houden. Hij kende al de zwakke plekken van het materiaal, omdat hij lang voor de Duitse hereniging als schade-expert in Oost-Duitsland werkte.

De schroeven hielden het gelukkig, maar was het eigenlijk wel nodig om ze zo groot te maken? En was de schroef eigenlijk wel overal evenveel belast? Om dat te onderzoeken besloot Mattheck eerst de krachtenverdeling in het skelet onder de loep te nemen. Na lang onderzoek resulteerde dat uiteindelijk in een nieuw ontwerp voor botschroeven. Deze waren veel steviger en toch kleiner dan gebruikelijke botschroeven. Steviger omdat de delen die onder zware druk stonden extra dik waren gemaakt. En kleiner omdat Mattheck de gedeelten die het minder zwaar te verduren hebben had ingekrompen.

Dat laatste trucje had Mattheck afgekeken van botten. Ons skelet maakt voor zichzelf ook een soort krachtenbalans om zijn eigen structuur zo efficiënt mogelijk te maken. Geen grammetje teveel is het motto van botten. Als een deel van het skelet weinig wordt belast worden er cellen aangemaakt die het botweefsel voorzichtig wegknabbelen en uithollen.

Het resultaat is botweefsel dat hol is en ietwat lijkt op beschuit: superlicht en vol gaatjes. Natuurlijk is het ook relatief breekbaar als er ineens andere krachten op komen te staan, maar dat risico is de gewichtsbesparing waard. Materialen kunnen ook zo’n uitgekiende krachtenbalans hebben, denkt Mattheck. Door de minder zwaar belaste onderdelen in te krimpen, zijn materialen veel lichter te maken. Mattheck bedacht hiervoor een computerprogramma dat de krachtenverdeling van materialen in kaart brengt. Door de afmetingen van metalen voorwerpen op deze manier virtueel aan te passen, is enorm veel gewicht uit te sparen. De auto-industrie heeft daar wel oren naar, en werkt intussen samen met Mattheck aan een ontwerp voor lichtere, maar toch robuustere auto’s.