Software brengt biologische oppervlakken in kaart

Een internationaal team van ingenieurs en biologen ontwikkelde een software om biologische oppervlakten te kunnen meten. De oppervlakten van levende wezens hebben driedimensionale kenmerken, wat zorgt voor unieke eigenschappen. Toch blijft het voor wetenschappers moeilijk om deze oppervlakken nauwkeurig te kunnen kwantificeren. De QuSTo software kan deze problematiek verhelpen.  

Het oppervlak van een levend wezen, of het nu een dier of een plant is, heeft driedimensionale kenmerken. Deze kunnen zorgen voor speciale eigenschappen: denk aan lotusbladeren die water afstoten, gekko’s die over verticale oppervlakken lopen, of slangen die probleemloos over bepaalde ondergronden glijden. Er zijn vandaag de dag verschillende technologieën beschikbaar om deze driedimensionale structuren in beeld te brengen, maar niet zozeer om de vorm van deze structuren te kwantificeren.

Veelbelovende software

Een team van internationale en interdisciplinaire ingenieurs en biologen boog zich over het probleem en ontwikkelde innovatieve software. Mede onder leiding van Simon Baeckens, post-doc navorser op UAntwerpen, kwam de software tot stand. Die kreeg de naam QuSTo (Quantification of Surface Topography) mee.

“De software is gratis, gebruiksvriendelijk, en gemakkelijk aanpasbaar aan specifieke vereisten. Dat maakt tal van toepassingen mogelijk voor verder onderzoek op het gebied van anatomie, ecologie en evolutie, maar ook biologisch geïnspireerde ontwerpen en technieken”, klinkt het bij Simon Baeckens. “De studie van biologische oppervlakken zou kunnen leiden tot nieuwe materialen die de eigenschappen hiervan nabootsen. Denk bijvoorbeeld aan het absorberen of reflecteren van licht, of het afstoten of vasthouden van vocht. Maar ook materiaal met een hoge wrijvingscoëfficiënt in de ene richting maar niet in de andere kan een interessante toepassing zijn.”

Onderzoek op slangenhuiden

Om de software te testen, besloot Alejandro Martínez (UCDavis) om slangenhuiden onder de loep te nemen. Deze verschillen sterk van elkaar, afhankelijk van de habitat waarin ze leefden. De huiden van 32 slangensoorten, uit het Museum of Vertebrate Zoology van UC Berkeley, werden bestudeerd met een gestructureerde witlichtscanner, waarna de resulterende 3D-gegevens geanalyseerd werden met de QuSTo software.

Zo konden de wetenschappers een grote variatie in oppervlaktekenmerken kwantificeren. Die variatie bleek deels afhankelijk van de plaats waar de slangen het grootste deel van hun leven hadden doorgebracht. Zo bleken de schubben aan de onderzijde van boomklimmende slangen de grootste reliëfverschillen te vertonen, terwijl slangen die zich ondergronds ingraven veel gladder waren.

Op verschillende niveaus

Daarnaast toont het onderzoek aan dat de QuSTo software ook gebruikt kan worden voor verschillende beeldvormingstechnologieën, waaronder laserscanners, röntgen-CT en fotogrammetrie. Omdat de software niet beperkt is qua schaal, kan ze ingezet worden op tal van niveaus: van de atomaire schaal in de materiaalkunde tot de studie van hele landschappen in de aardwetenschappen.

Het onderzoek verschijnt in het vakblad en kwam tot stand met de steun van de National Science Foundation (NSF) en het Fonds Wetenschappelijk Onderzoek (FWO).