Op een koude winterdag, Moneesh Upmanyu maakte een wandeling met zijn zoon in de buurt van hun huis buiten Boston. Ze kwamen langs een rododendronstruik, zijn dikke groene bladeren krulden zich op in dunne buisjes die slap aan hun stengels bungelden. Het zag er dood uit, of sterven.

Maar toen Upmanyu, een professor in werktuigbouwkunde en industriële techniek aan Northeastern, liep een paar dagen later langs de plek, op een warmere dag, de plant leek te zijn nieuw leven ingeblazen. De bladeren werden plat uitgespreid en naar de zon getild. Zijn zoon had één vraag:waarom?

"Ik had geen antwoord, " Zegt Upmanyu. Maar hij besloot het uit te zoeken.

Upmanyu bestudeert de structurele eigenschappen van verschillende materialen en hoe ze reageren op prikkels, voor gebruik in zaken als micro-elektronica of robotsystemen. In een recent artikel op de omslag van deze maand Tijdschrift van de Royal Society Interface , Upmanyu en zijn collega's onderzochten de mechanische aspecten van hoe rododendrons krullen en hangen.

"Bij robotica micro-elektronische apparaten, je wilt schakelaars ontwerpen die contact kunnen maken en loskoppelen, alleen op basis van een stimulus, zoals temperatuur, licht, of zelfs aanraken, " zegt Upmanyu. "Dit soort begrip is heel belangrijk voor het ontwerpen van slimme, actieve structuren."

In dit specifieke geval, het komt neer op de beweging van water, zegt Upmanyu. Als de temperatuur daalt, water beweegt van de stengel in het blad, waardoor de stengel gaat hangen. Het water wordt ongelijkmatig door het blad verdeeld, en als het vriest, het zorgt ervoor dat de bovenkant van het blad uitzet en de onderkant samentrekt. Hierdoor begint het blad te krullen.

Als dat het einde was, Hoewel, het blad zou gelijkmatig naar beneden krullen, wat resulteert in een omgekeerde bekervorm. Wat ervoor zorgt dat de bladeren in een strakke sigaar rollen, zijn hun stijve stekels, of hoofdnerf, die door het midden van het blad lopen, zegt Hailong Wang, hoofdauteur van de studie en een professor aan de Universiteit van Wetenschap en Technologie in China.

"Het blad kan niet buigen in een koepelvormige halfronde structuur - het hoeft maar in één richting te buigen, die de stijve hoofdnerf plukt, " zegt Wang, die in 2010 promoveerde aan Northeastern. "De kromming ontwikkelt zich slechts in één richting, maar het is versterkt."

Toen de onderzoekers reepjes sneden van rododendronbladeren, ze scheiden van de hoofdnerf, ze krulden en kronkelden losjes in alle richtingen. Maar met curling beperkt door de hoofdnerf, die krachten worden omgeleid in slechts één richting, waardoor een veel strakkere krul ontstaat.

"Dat was een verrassing voor mij, " zegt Erik Nilsen, een ecoloog bij Virginia Tech die aan het onderzoek meewerkte. "Ik dacht dat de motorkracht om te bewegen horizontaal op het blad lag, omdat het blad vanaf de randen naar beneden krult."

De biologische reden voor deze curling, Nilsen zegt, is om deze planten te helpen overleven in de winter.

Rododendrons behouden hun groene bladeren de hele winter, ondanks het groeien in taaie, alpiene omstandigheden. Terwijl de loofbomen om hen heen hun bladeren verliezen, extra zonlicht bereikt de rododendrons. Maar in het koudste weer kunnen ze het niet gebruiken - hun metabolisme wordt uitgeschakeld.

"Dus ze nemen straling op en ze hebben niet de biochemische mechanismen om die straling in fotosynthese te brengen, " zegt Nilsen. "Ze hebben veel energie die in het blad komt en heeft er niets mee te maken."

Die straling kan de bladeren beschadigen. Door te krullen en te hangen, rododendronbladeren verminderen drastisch de hoeveelheid zonlicht die hen raakt wanneer ze het niet kunnen gebruiken.

Dit kan ook helpen om langzamer te ontdooien na een nachtvorst, zegt Upmanyu. Als de bladeren te snel ontdooien en ontkrullen, vorstnaalden kunnen het bladoppervlak doorboren en beschadigen.

Begrijpen hoe deze mechanismen werken in rododendrons kan wetenschappers mogelijk helpen bij het ontwikkelen van gewassen die beter bestand zijn tegen koud weer. Maar Upmanyu is ook geïnteresseerd in hoe dezelfde principes kunnen worden toegepast op engineering.

"Ik ben geïnteresseerd in hoe platen van vorm veranderen en hoe we slimme structuren kunnen programmeren, en de natuur biedt vaak robuuste strategieën die wachten om te worden uitgebuit, " zegt Upmanyu. "Dit was een mooi voorbeeld van een omkeerbare vormverandering, waar waterbeweging gedreven door temperatuur een stimulans was.