Onderzoeksgroep

Expertise

Als onderzoeker aan het laboratorium voor Functionele Morfologie bestudeer ik hoe de anatomie en mechanische eigenschappen van het lichaam van dieren is aangepast aan de functies die het moet vervullen. Mijn focus ligt daarbij vooral op het verkrijgen van fundamenteel inzicht in de biomechanische werking, en hoe variatie in de anatomische componenten deze werking beinvloedt. Het merendeel van mijn onderzoek spits zich toe op de werking van de kop van gewervelde dieren tijdens de voedselopname.

Nature4Nature: Bio-geïnspireerd innoveren en filtreren voor natuurvriendelijke toepassingen 01/03/2023 - 28/02/2027

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)

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

De mechanische basis van evolutionaire divergentie bij darwinvinken. 01/01/2023 - 31/12/2026

Abstract

De evolutie van darwinvinken is één van de overtuigendste wetenschappelijke voorbeelden van hoe natuurlijke selectie veranderingen in anatomie kan aandrijven. Het onvermogen van soorten die harde zaden kunnen kraken om de snelle bewegingen van de bek uit te voeren die nodig zijn voor het snel hanteren van kleine zaden en voor het zingen van complexe liederen, heeft een grote invloed op de paringsdynamiek binnen soorten, de waarschijnlijkheid van hybridisatie, en uiteindelijk het proces van soortvorming door divergentie bij deze zangvogels. Maar waarom zijn sommige soorten in staat om extreem snelle open-sluit-acties van de bek doen, maar andere soorten niet? De mechanische principes achter dit uiterst belangrijke fenomeen zijn momenteel onbekend. Door de integratie van biomechanische en morfologische analyses met behulp van state-of-the-art technieken, zowel in laboratorium- als veldopstellingen, zal dit project eindelijk deze onderliggende oorzaak blootleggen, en zo ons begrip van het belangrijke evolutionaire modelsysteem van darwinvinken aanzienlijk bevorderen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Biomechanische analyse van het manoeuvreren bij koffervissen, een model voor biogeïnspireerd ontwerp van autonome onderwatervoertuigen. 01/10/2022 - 30/09/2026

Abstract

Autonome onderwatervoertuigen (AUVs) zijn van groot belang voor toekomstige ontwikkelingen door hun veelzijdige toepasbaarheid in aquatische taken. Het halen van voldoende hoge hydrodynamische prestaties blijkt echter een uitdaging te zijn. Aangezien biologische systemen veel beter presteren dan AUV's op het vlak van manoeuvreerbaarheid, is er een sterke basis voor biogeïnspireerde ontwerpen. Koffervissen (Ostraciidae en Aracanidae) worden nu al beschouwd als uitstekende kandidaten om inspiratie op te doen voor een nieuwe generatie AUV's die aan lage snelheid kunnen manoeuvreren. Hun lichaam bestaat uit een stijf, benig omhulsel, de carapax, die wordt bewogen door hun vijf vinnen. Er zijn reeds verschillende prototypes ontwikkeld, maar het gebrek aan fundamentele biomechanische kennis over de manier waarop koffervissen hun manoeuvres uitvoeren, belemmert de vooruitgang. De voorgestelde studie zal eerst de variabiliteit in hydrodynamische prestaties (d.w.z. weerstandskracht, statische en dynamische rotatiestabiliteit) analyseren van de grote diversiteit tussen soorten in de vorm van de carapax van koffervissen. Vervolgens zal een diepgaande analyse van de manoeuvreerdynamiek bij Ostracion cubicus uitgevoerd worden door (1) het kwantificeren van 3D-kinematica van een uitgebreide set manoeuvres, (2) het bepalen van de volledige set traagheids- en hydrodynamische eigenschappen van het lichaam, (3) het bepalen van de ogenblikkelijke krachtgrootte en vectororiëntatie van de individuele vinnen gebruik makend van state-of-the-art technieken in computationele hydrodynamische modellering, en (4) het combineren van alle bovenvermelde kennis om een koffervis te simuleren tijdens het manoeuvreren via voorwaartse dynamica. Dit nieuwe onderzoek zal een solide basis leggen voor toekomstig werk door ontwerpbeslissingen te sturen tijdens de transitie naar efficiëntere AUV prototypes.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Centrum voor 4D kwantitatieve X-stralenbeeldvorming en –analyse (DynXlab). 01/01/2022 - 31/12/2026

Abstract

Deze kernfaciliteit integreert infrastructuur van topkwaliteit en unieke expertise op gebied van X-stralenbeeldvorming met het oog op de reconstructie, verwerking en analyse van dynamische 3D-scènes. Zij maakt gebruik van complementaire platformen voor 4D Xstralenbeeldvorming, waaronder een ultra-flexibel en multi-modaal X-stralen CT systeem (FleXCT) en een stereoscopisch hogesnelheids-X-stralenvideografie-systeem (3D2YMOX). De faciliteit biedt dienstverlening op maat voor beeldacquisitie –reconstructie en -analyse voor zowel industriële als (invivo) biologische studies.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

De craniale musculoskeletale mechanica van granivore zangvogels. 01/11/2020 - 31/10/2024

Abstract

Bij granivore zangvogels is de voedingsprestatie een belangrijke drijvende kracht achter de evolutie van bekmorfologie. Dit wordt geïllustreerd in verschillende klassieke werken die bekvorm relateren aan voedingsecologie (b.v. bij Darwinvinken). Met enkel de vorm van de bek lukt het echter niet om de compromissen tussen specifieke aspecten van de voedselopnameprestatie te verklaren, in het bijzonder degene die te maken hebben met de bewegingen van de bek bij het omgaan met zaden. Gegevens over hoe de gecontroleerde 3D-bewegingen van boven- en onderbek gegenereerd worden tijdens het verwerken van zaden, ontbreken volledig. Om een beter begrip te krijgen van de mechanica van granivorie zal ik de musculoskeletale mechanica van de kop onderzoeken tijdens het grijpen, positioneren en pellen van zaden bij drie soorten granivore zangvogels die variëren in bekvorm en bijtkracht. Zowel experimentele als rekenkundige aanpakken zullen gebruikt worden, met inbegrip van hogesnelheids- en biplanaire x-stralenvideografie, mechanische testen van spier- en ligamenteigenschappen, en musculoskeletale multi-lichaamsmodellering. Deze studie zal ons een ongeëvenaard inzicht leveren in de kinematica en dynamica van het craniale systeem. Mijn bevindingen zullen helpen om de leemtes in onze fundamentele kennis over het functioneren van de kop van vogels te vullen, en ook de biomechanische basis leveren om de relatie tussen bekbewegingsprestatie en evolutie van zangvogels beter te begrijpen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Functionele morfologie. 01/10/2020 - 30/09/2025

Abstract

Dit fonds zal gebruikt worden voor het starten, ontwikkelen, en ondersteunen van verschillende onderzoekslijnen over craniale biomechanica en prestatiecompromissen bij gewervelde dieren, zoals gespecificeerd in mijn tenure track ZAPBOF-aanvraagdossier.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Individuele variatie in voedselopnamegedrag en –mechanica bij zangvogels. 01/10/2020 - 30/09/2024

Abstract

Opeenvolgingen van precies gecontroleerde en snelle driedimensionale bewegingen van de bovenbek en onderbek worden gebruikt door zangvogels om zaden op te nemen, te transporteren, te herpositioneren, te kraken, en te pellen. De eigenschappen van deze bewegingen en de betrokken technieken zijn momenteel echter onbekend. Het doel van dit project is om de voedselopnamekinematica en detail te kwantificeren en de variabiliteit in de nabije (mechanische) oorzaken van succesvolle en snelle verwerking van zaden, te linken aan levensgeschiedeniskenmerken zoals leeftijd, geslacht, verwantschap, en zaadtypevoorkeur. Om dit doel te bereiken zal de voedselopnamekinematica in een groot aantal individuen uit een laboratoriumpopulatie van kanaries, Serinus canaria, gemeten worden. Dit zal ons het fundamenteel inzicht opleveren dat belangrijk is om morfologische en mechanische aanpassingen aan zaadeetprestatie te identificeren.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Optimalisatie en integratie van experimentele en modelmatige aanpakken in de studie van de driedimensionale dynamica van de bek in zangvogels. 01/12/2019 - 30/11/2025

Abstract

De werking van de bek is van centraal belang in de evolutie van vogels, inclusief de schoolvoorbeelden van adaptieve radiaties bij vinken. Om deze adaptatieprocessen ten volle te begrijpen, is een beter inzicht nodige in de (bio)mechanica van bekbewegingen. Dit project beoogt de ontwikkeling, optimalisatie en integratie van experimentele en modelmatige aanpakken om de dynamica van het craniaal musculoskeletaal systeem, dat aan de basis ligt van de 3D-bewegingen van de boven- en onderbek, te bestuderen in een select aantal zangvogelsoorten waarbij er hoofdzakelijk toegespitst wordt op de rol van de bek tijdens het voeden. Experimentele aanpakken omvatten bewegingsanalyses op basis van gesynchroniseerde hogesnelheidsvideo's uit verschillende aanzichten en stereoscopische X-stralenvideografie, en in vitro kwantificatie van spier- en peescontractie-eigenschappen. Modelmatige aanpakken omvatten het opstellen en valideren van wiskundige modellen van spiercontractie en van rekenkundige simulaties van het bewegende kopskelet. Deze technieken zullen geoptimaliseerd worden voor hun toepassingen op het craniaal systeem van kleine vogels, en gebruikt worden om een gedetailleerd inzicht te krijgen in de bekbewegingsmechanica bij vogels. Dit onderzoek zal de fundamentele kennis en analysemethodes leveren die essentieel zullen zijn in toekomstig vergelijkend onderzoek naar de evolutie van vorm en functie bij zangvogels.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Bevordering van driedimensionaal biomechanisch onderzoek door het combineren van biplanaire X-stralenvideo's met multiview lichtvideo's. 01/01/2019 - 31/12/2021

Abstract

Het kwantificeren van bewegingen van dieren is een essentiële eerste stap in studies die tot doel hebben om de vorm, functie, en evolutie van spier-botsystemen te begrijpen. Gedurende het voorbije decennium is gebleken dat x-stralenvideo's opgenomen aan hoge snelheid (> 500 beelden per seconde) met twee x-stralenbronnen en detectoren een krachtig middel is om snelle, driedimensionale bewegingen accuraat te analyseren. Een nieuw biplanair hogesnelheids-x-stralenvideosysteem werd recent in gebruik genomen aan de Universiteit Antwerpen, wat het functioneel-morfogisch en biomechanisch onderzoek in Vlaanderen sterk zal bevorderen. Soms is er echter belangrijke informatie te halen uit de beweging van uitwendige oppervlakken van de dieren of hun omgevende vloeistoffen of gassen, en kan die niet informatie niet achterhaald worden met enkel x-stralenvideo's. Het voorgestelde onderzoek beoogt een integratie van traditionele hogesnelheidsvideografie (i.e. gevoelig voor zichtbaar licht en nabije infrarood) uit twee aanzichten in de driedimensionale analyse van kinematica met het bestaande biplanaire x-stralenvideosysteem. Dit zal in belangrijke mate bijdragen aan twee lopende projecten: kinematica en hydrodynamica van voedselopname bij vissen, en de vroege ontwikkeling van de voortbeweging bij biggen. Bovendien zal de integratie van x-stralen en lichtvideo's in belangrijke mate bijdragen aan het succes van verschillende geplande samenwerkingsprojecten die gebruik maken van x-stralenvideografie.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Ondersteuning voorbereiding ERC-aanvraag. 05/11/2018 - 05/11/2019

Abstract

Dit onderzoek heeft tot doel een bestaand onderzoeksvoorstel over de mechanica van bekbewegingen bij vogels te verbeteren, en zo voor te bereiden op herindiening in een volgende ronde van beursaanvragen bij de European Research Council.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Geïntegreerde compromis tussen prestaties in de kop bij prachtbaarzen: voedselopname versus muilbroeden. 01/01/2011 - 31/12/2014

Abstract

Dit project betreft fundamenteel kennisgrensverleggend onderzoek gefinancierd door het Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek-Vlaanderen. Het project werd betoelaagd na selectie door het bevoegde FWO-expertpanel.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Functioneel morfologische analyse van de terrestrische voedselopname bij amfibische vissen 01/07/2010 - 31/12/2014

Abstract

Er is opvallend weinig geweten over de evolutie van een terrestrisch voedselopnameapparaat in de eerste terrestrische Tetrapoda. Het doel van het voorgestelde onderzoek is functioneel morfologisch inzicht te krijgen in de werking van het muskuloskeletaal systeem tijdens de terrestrische voedselopname bij hedendaagse amfibische vissen. Dit inzicht zal de basis vormen om eventuele preadaptaties aan terrestrische voedselopname te identificeren in fossiele gegevens.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Onderzoek naar de mechanica en hydrodynamica van de aquatische voedselopname. 22/02/2010 - 31/12/2012

Abstract

Dit onderzoeksproject spitst zich toe op de biomechanica van het voedingsapparaat bij vissen. De grote diversiteit in morfologie van het craniaal systeem in deze diergroep is bijzonder intrigerend. De meest algemene strategie van vissen om prooien te grijpen is door een zuigstroom op te wekken. Dit doen ze door het volume van hun mondholte zeer snel te expanderen, waardoor ze water en de prooi naar de mond toe zuigen. Hoewel veel vissoorten deze prooivangststrategie delen, heeft de evolutie ervoor gezorgd dat er een enorme variatie bestaat in grootte, vorm en mechanische eigenschappen van de individuele elementen van de complexe kop van zuigvoedende vissen. Het overkoepelende doel van dit onderzoeksproject is te begrijpen waarom we zulke grote morfologische diversiteit vinden in het voedingsapparaat van zuigvoeders, ondanks dat ze allen onderworpen zijn aan dezelfde fysische wetten.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Stroming rond de carapax van zwemmende koffervissen (Ostraciidae en Aracanidae): interspecifieke variatie en evolutie in hydrodynamische eigenschappen 01/01/2010 - 31/12/2011

Abstract

Voorgaand onderzoek toonde aan dat de carapax van koffervissen uitzonderlijke hydrodynamische eigenschappen heeft tijdens het zwemmen (lage weerstand, hoge potentiële stijgkracht, stabiliserende capaciteit). Het voorgestelde project heeft tot doel het effect van interspecifieke morfologische variatie in de carapax op hydrodynamische prestatie te onderzoeken via numerieke vloeistofdynamica, en de evolutiegeschiedenis hiervan te reconstrueren.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Hydrodynamische analyse van verschillende prooivangsttechnieken bij aquatische gewervelde dieren via numerieke vloeistofdynamica (CFD). 01/10/2009 - 30/09/2012

Abstract

Het doel van het voorgestelde onderzoek is de hydrodynamica van elk van de bovenvermelde prooivangststrategieën te bestuderen via numerieke vloeistofdynamica of CFD (Computational Fluid Dynamics). CFD is een modelleringtechniek die simulatie van stroming van vloeistoffen en gassen toelaat door numerieke oplossing van de bewegingsvergelijkingen van een fluïdum (Navier-Stokes vergelijkingen en continuïteitsvergelijking) voor een volume (stromingsdomein) opgedeeld in infinitesimaal kleine deelvolumetjes.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Hydrodynamische analyse van zuigvoeding bij vissen door middel van computationele vloeistofdynamica (CFD). 01/01/2008 - 31/12/2010

Abstract

Door middel van computationele vloeistofdynamica (CFD) willen we functioneel inzicht krijgen in de werking van het zuigvoedingsapparaat bij vissen, meer bepaald wat het effect is van variatie in kopmorfologie en variatie in eigenschappen van de schedelexpansie tijdens het zuigen voor de opgewekte stroming. De eigenschappen van deze opgewekte stroming bepaalt namelijk het vermogen prooien te vangen, en is dus van cruciaal belang voor de overleving van het dier. Vissen zijn namelijk één van de meest diverse groepen binnen de gewervelde dieren, en de kopmorfologie wijkt bij talrijke soorten dan ook sterk af van wat beschouwd wordt als een "typische" kopvorm.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Hydrodynamische analyse van de zuigvoeding bij vissen door middel van computationele vloeistofdynamica (CFD). 01/01/2007 - 31/12/2008

Abstract

Onze huidige kennis over de hydrodynamica van de zuigvoeding bij vissen beperkt zich tot dieren met een eenvoudige, rotatiesymmetrische kopvorm. Computationele vloeistofdynamica (CFD), een techniek waarmee numerieke oplossingen bekomen worden voor de 3D bewegingsvergelijkingen van infinitisimaal kleine vloeistofvolumes, biedt de mogelijkheid om het zuigvoedingsproces voor meer natuurgetrouwe kopvormen en volumeveranderingen van de mondholte te onderzoeken.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Project type(s)

  • Onderzoeksproject

Biomechanische en hydrodynamische consequenties van variatie in kopmorfologie voor de zuigvoeding bij vissen. 01/10/2006 - 30/09/2009

Abstract

Vissen zijn ongetwijfeld één van de meest diverse groepen binnen de gewervelde dieren, en de kopmorfologie wijkt bij talrijke soorten dan ook sterk af van het gegeneraliseerde "vis-bouwplan". Een treffend voorbeeld hiervan zijn de zeenaalden en zeepaarden (familie Syngnathidae), een groep van sterk gespecialiseerde zuigvoeders met een kleine mondopening aan het einde van een buisvormige snuit. Voor vissen met zulke afwijkende morfologie voldoen de bestaande biofysische modellen niet langer. De vraag naar nieuwe analysetechnieken dringt zich dan ook op. Deze diergroep vormt aldus een uiterst geschikte modelgroep om de functie en limitaties van extreem gespecialiseerde zuigvoedingsapparaten te bestuderen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Project type(s)

  • Onderzoeksproject