Gepubliceerd op 01-12-2020

terugkoppeling

betekenis & definitie

(feed back), mechanisme in een proces dat maakt dat de toestand van het proces correctiesignalen genereert die de loop van het proces wijzigen. Een voorbeeld van terugkoppeling is de volgende regeling van het niveau in een vat met vloeistof.

Een niveaumeter wordt daartoe bij het vat gemonteerd en deze geeft zijn meetwaarden (‘signaal’) langs de elektrische of pneumatische weg door aan een niveauregelaar, die de gemeten waarde vergelijkt met een instelbare gewenste waarde en de geconstateerde afwijking vervolgens omvormt tot een stuursignaal voor een regelklep in de afvoerleiding van het vat. De doorlaatopening van deze klep wordt vergroot en verkleind naarmate het niveau boven of onder de gewenste waarde ligt totdat de gewenste toestand bereikt is. Een toepassing van dit voorbeeld is het automatisch vollopen van de stortbak van een toilet. De acties van de regelaar worden dus teruggemeld of teruggekoppeld via niveau en meetinstrument naar de regelaar. Remmen de correctiesignalen, dan spreekt men van negatieve terugkoppeling of tegenkoppeling; versterken zij: dan van positieve koppeling of meekoppeling. Dit laatste kan resulteren in steeds grotere outputwaarden (b.v. het rondzingen van een omroepinstallatie door akoestische terugkoppeling van luidspreker via microfoon naar de versterker).In de natuur vindt men vaak dat terugkoppelingsprocessen een rol spelen, o.a. bij aantalsregulatie. Meekoppeling vindt men b.v. bij een populatie die in groei is. Het aantal nakomelingen dat zich voortplant, is groter dan het aantal individuen in de ouderpopulatie. Hierdoor neemt de populatie steeds meer in omvang toe. Dit effect is een van de factoren die een rol speelden bij de bevolkingsexplosie na de Tweede Wereldoorlog. Tegenkoppeling vindt men wanneer de populatie zo groot wordt dat er gebrek gaat optreden aan levensbehoeften of er grote druk wordt uitgeoefend door parasieten of predatoren. Als hierdoor het aantal nakomelingen in de jongste generatie kleiner is dan in de voorgaande generatie is er tegenkoppeling waardoor de populatie in een neerwaartse spiraal kan geraken (een dergelijk mechanisme kan een rol spelen bij → overbevissing).

Populatiebiologen hebben ontdekt dat er zgn. predator-prooirelaties bestaan. Zeer goed onderzocht zijn deze o.a. bij de lynxen in Canada en hun prooidieren konijnen. De populatie van lynxen vertoont over een aantal jaren grote schommelingen, net als de populatie konijnen. De grootste aantallen konijnen komen echter niet op hetzelfde moment voor als de grootste aantallen lynxen. Er blijkt een terugkoppeling te bestaan tussen de aantallen lynxen en het aantal konijnen. Als er weinig konijnen zijn, verhongeren er een aantal lynxen, zodat hun aantal afneemt.

Maar dit houdt in dat de predatiedruk op de konijnen afneemt. Deze hebben als gevolg daarvan een grotere overlevingskans en kunnen zich opnieuw vermenigvuldigen. Na enige tijd is de konijnenpopulatie zover gegroeid dat zij veel meer lynxen tot voedsel kan dienen. Geleidelijk zal ook het aantal lynxen dus weer gaan groeien. Naarmate er meer lynxen komen, wordt de predatiedruk weer groter en de konijnenpopulatie bereikt op een gegeven ogenblik haar maximum en zal daarna gaan afnemen omdat er nog steeds meer lynxen bijkomen. Op het moment dat de lynxenpopulatie haar top bereikt, is de konijnenpopulatie al weer sterk aan het afnemen, met als gevolg honger onder de lynxen. Waarna een nieuwe cyclus begint.

Een voorbeeld van een terugkoppeling die over wat meer schijven verloopt, is dat van de beïnvloeding van de bezettingsgraad van het openbaar vervoer door het aantal automobilisten in b.v. een stad. Als een deel van de personen die van het openbaar vervoer gebruik maakten voortaan gebruik gaat maken van de eigen auto, dan krijgt het openbaar vervoer daardoor minder inkomen van de kaartverkoop. Dit kan het nodig maken het aantal ritten te verminderen, dus de tijd tussen twee ritten te vergroten. De daarmee gepaard gaande langere wachttijden maken het gebruik van het openbaar vervoer weer minder aantrekkelijk, zodat er weer meer mensen naar de eigen auto zullen overstappen.

Terugkoppelingsmechanismen spelen in de milieuproblematiek een grote rol, die overigens pas in de belangstelling kwam door het werk van J.W.Forrester en het verschijnen van het eerste Rapport van de Club van Rome. Sindsdien is de studie van terugkoppelingsmechanismen en andere regelsystemen, de zgn. systeemdynamica, tot een belangrijke onderwerp van studie uitgegroeid.

Met het begrip van terugkoppelingsprocessen begint ook het inzicht te komen dat vele milieuproblemen niet te beschrijven zijn in een rechte lijn van oorzaken en gevolgen, maar dat er vele cirkelvormige terugkoppelingsprocessen in meespelen. Dit inzicht heeft een wezenlijke invloed op de te nemen maatregelen. In het voorbeeld van de lynxen in Canada heeft het b.v. weinig zin op het moment dat er te veel lynxen zijn op grote schaal lynxen te gaan afschieten, omdat dat alleen maar een konijnenplaag enkele jaren later tot gevolg zal hebben, waarna de lynxenstand zich vanzelf ook weer zal herstellen. Het is van belang dat er instrumenten ontwikkeld worden om de capaciteit van zelfregeleride milieusystemen en de menselijke invloed daarop te meten, dit om o.a. overbelasting en vernietiging van die systemen te voorkomen. Want een zelfregelend systeem kan ver belast worden zonder dat dat gevolgen heeft, maar als het te zwaar belast wordt, zal het gehele systeem ineenstorten. B.v. de hoeveelheden zuurstof en kooldioxide in de atmosfeer worden door de groene planten min of meer op een constant niveau gehouden.

Als er b.v. door de verbranding van fossiele brandstoffen een toename van de hoeveelheid kooldioxide optreedt, dan stelt dat de planten in staat om hun fotosynthese op te voeren waardoor zij meer zuurstof kunnen vormen. Op zich hoeft de verbranding van fossiele brandstoffen dus geen problemen te geven. Pas wanneer er ingegrepen wordt in de fotosynthesecapaciteit van de groene planten, b.v. door het op grote schaal kappen van het oerwoud, dan dreigt de zuurstof/kooldioxidebalans in gevaar te komen (→ broeikaseffect).