Technologie imitující přírodu

Hledáme-li řešení konkrétního technického problému, bývá užitečné porozhlédnout se po přírodě. Někdy počátkem let 40. minulého století se jistý pan de Mistral, Švýcar, vydal na procházku se svým psem. Cestou si povšimnul, jak se ostnaté kuličky semen lopuchu pevně drží na jeho kalhotách a na psím kožichu. Nelenil a kuličku si prohlídl pod mikroskopem. Uviděl systém háčků a smyček, které zabezpečovaly pevné přichycení na kolemjdoucí zvířata, a tím i rozšíření semen lopuchu do vzdálených míst. Uvědomil si, že podobný přístup může zabezpečit i připevnění jiných předmětů. Tak vznikl systém Velcro (u nás známý jako suchý zip), testovaný a vylepšovaný přírodou skoro mld. let. Kopírovat přírodu lze v mnoha oborech, od robotiky po materiálové inženýrství, a poslední leta se konstruktéři inspirují přírodou stále častěji. Bylo by bláznovství ignorovat něco, co vydrželo test času. Pořád ale ještě jde o nesystematický přístup k tomuto bohatství. Vznikají už ale pracoviště, která se inspirací přírodou, biomimetikou, zabývají důkladně, např. britská univerzita v Bathu založila Centrum biomimetiky a přírodních technologií. Jejich cílem je umožnit technikům přímý přístup k přírodním řešením, aniž by se museli obracet na pomoc k biologům. Postupně vytvářejí databázi „biologických patentů“, v níž by kdokoliv mohl prohledat širokou škálu biologických mechanismů a vlastností, hledá-li přírodní řešení svého technologického problému. Může skutečně slepá příroda, se svým procesem vývoje, postaveném na pokusu a omylu, nabídnout lepší řešení, než kvalifikovaný lidský mozek? Zdá se že ano. Vývoj trval miliardy let, a v jeho průběhu se rozvinula ta nejrůznější řešení složitých problémů reálného světa. Tak třeba vezměte obtížný úkol řízení pohybu ponořených těles. Použijeme-li k tomu lodní šrouby, je nesmírně obtížné dosáhnout jemné manévrovací schopnosti. A tak firma Nekton Research ze Severní Karolíny vyvinula robotickou rybku, pohybující se pomocí ploutví. Stalo se již, že technici vynalezli a po desítky let vylepšovali novou technologii, aby nakonec zjistili, že příroda je už dávno předběhla. Těla jistého druhu mořských hvězdic mají oko složeno z několika tisícovek drobných čoček o velikosti zhruba 50 mikronů. Ty jsou vzájemně propojeny sítí kanálků naplněných tekutinou obsahující světlo pohlcující pigment. Tak mohou měnit kontrast čoček řízením této kapaliny, v závislosti na osvětlení, a tím lépe vidět v rozdílných podmínkách a uniknout dravcům. Firma Lucent Technology z Bellových laboratoří v New Jersey pracuje na vývoji mikrooptického systému s podobnými vlastnostmi. Jinou ukázku možností biomimetiky přináší gekon, druh ještěrky. Jeho schopnost lézt po svislých stěnách a po stropě vzbudila zájem vědců na univerzitě v Manchesteru a na univerzitě v Berkeley. Ti nezávisle na sobě dokázali tuto schopnost okopírovat. Gekonova lezecká schopnost je způsobena tím, že má nohy pokryty nepatrnými chloupky, které díky neuvěřitelně slabým silám přitažlivosti mezi molekulami, tzv. van der Waalsovým silám, působícím mezi libovolnými přilehlými objekty, a díky ohromnému množství chloupků na nohách gekona, podobných lopatkám, jsou schopny unést jeho tělo. Oba výzkumné týmy prokázaly, že takové mikroskopické chloupky lze vyrobit s použitím syntetických materiálů. Technologie je ještě řadu let vzdálena od praktického využití. A lze očekávat, že místo rukavic a nohavic pro horolezce bude spíše využita ve zdravotnictví, kde nelze použít chemická lepidla. Jsou oblasti, v nichž inspirace přírodou nemusí vést tak krkolomnými cestičkami. Jednou z nich je robotika. NASA vyvíjí vozítka pro výzkum vesmírných objektů, které nebudou používat kola, ale nohy. To proto, že nohy se dostanou na místa, kam kola nemohou. Kola jsou vhodná pro ploché povrchy, ale na nerovném terénu způsobují problémy. Výzkumníci Ames Research Centre v Kalifornii pracují na osminohém chodícím robotu, inspirovaném škorpionem. Armádní výzkumná agentura Spojených států DARPA vyvíjí čtyřnohého robotnického psa pro použití na bojištích. Vybavit robot nohami je ovšem jen polovina problému. Otázkou je, jak je účelně řídit, říká Joseph Ayers, biolog a neurofyziolog na Northeastern University v Massachusetts. Ten strávil poslední leta vývojem biomimetického robotického raka, který jako rak nevypadá, ale ve skutečnosti simuluje části jeho nervového systému, řídicí jeho chůzi. Řídicí systém tohoto robotu vyvíjejí v NASA v součinnosti s univerzitou v Brémách, a je rovněž inspirován poznatky z biologie. Mezitím vyvinula finská firma Plustech šestinohý traktor pro použití při lesnických pracích. Překračování poražených stromů a slézání strmých strání je s využitím kol nemožné. Ještě pár příkladů z biomimetiky. Autotype, firma zabývající se novými materiály, vyvinula plastický film založený na mikrostruktuře objevené v očích můr, které jsou uspořádány tak, aby využily co nejvíce světla, aniž by je odrážely. Když se takový film použije v mobilních telefonech, snižuje reflexy a zlepšuje čitelnost displeje, a tím, že potřebuje jeho nižší osvětlení, šetří životnost baterie. Výzkumníci z Univerzity Florida navrhli nátěr inspirovaný hrubou, srstnatou kůží žraloka. Je výhodné jej použít na trupy lodí a na povrch ponorek, aby se předešlo usazování řas a vodních živočichů. Na Pennově státní univerzitě vyvinuli inženýři křídlo letadla, u kterého lze měnit v různých fázích letu jeho tvar, podobně jako to činí ptáci. A dr. Vincent vyrobil chytrou tkaninu, která se, podobně jako borová šiška, otvírá či zavírá v závislosti na vlhkosti vzduchu. l Dálnice u Českých Budějovic více začleněná do terénu Dálnice D3 kolem Českých Budějovic bude místo trasy po vysokých náspech a mostech více začleněná do terénu. Ministerstvo dopravy uznalo argumenty města a okolních obcí, podle nichž by měla být silnice šetrnější k životnímu prostředí a obyvatelům. Úsek, který bude zároveň obchvatem města, by se mohl začít budovat v roce 2010. Úpravy prodraží projekt o zhruba 1 mld. korun. D3 na jihu Čech by se měla vybudovat s pomocí soukromého kapitálu. Devět měst a obcí, jichž se stavba týká, sepsalo memorandum o společném postupu. Snaží se o urychlení stavby, která je podle nich přínosná, měla by ale co nejméně ovlivnit osídlení v okolí. Celá plánovaná trasa dálnice z Prahy až na hranice s Rakouskem měří 171,4 km a náklady na její vybudování se odhadují na 80 mld. korun. l Praha udělala další krok pro výstavbu metra k letišti Magistrát metropole postoupil o další krok k prodloužení trasy A metra z Dejvické směrem k letišti. Zastupitelé schválili koncept změny územního plánu. Samotná výstavba by mohla podle odhadů začít na přelomu let 2009 a 2010. Na ruzyňské letiště by lidé měli mít možnost jet metrem o 8 let později. Cílem změny územního plánu je celkové zlepšení kvality dopravní obsluhy severozápadní části Prahy, zpřístupnění ruzyňského letiště a zároveň motolské nemocnice. Územní plán by měl být upraven do roka, pracuje se na dokumentaci pro schvalovací řízení. První etapa podzemní dráhy povede na Petřiny, nebo do Motola, a to ze stavebních i finančních důvodů. Na Dlouhé Míli pak vznikne autobusový terminál a záchytné parkoviště pro automobily. Prodloužení linky A bude stát odhadem 40 mld. korun. l Archeologický průzkum komplikuje stavbu centra Zahájení výstavby komerčního centra s obchody a službami na chomutovském Žižkově náměstí se nejméně o rok zpozdí. Nejdříve by se mohlo začít stavět začátkem příštího roku. Důvodem je nařízení archeologického průzkumu. Památkáři jej zahájili první listopadový týden. Potrvá nejméně tři měsíce, záleží na tom, co pod náměstím najdou. Památkáři předpokládají, že pod náměstím naleznou artefakty z nejstarší historie města. Patří k nim například zbytky nejstarší městské gotické brány ze 12. až 13. století či pozůstatky původních hradeb. Nevylučují ani nález důkazů pravěkého osídlení. Průzkum hradí ze zákona investor, stavba se tak navíc o asi 8,5 milionu korun prodraží. Náklady na vybudování komerčněobchodního centra, kde budou prostory pro 34 obchodních jednotek, restauraci, rychlé občerstvení a také 26 bytů a 80 parkovacích míst, měly původně dosáhnout 250 milionů korun. Stavba centra měla začít letos v březnu, termín otevření byl jaro 2008. Uvažovalo se o tom, že místo původního záměru stavět na pilotech se centrum postaví na betonové desce. Tím by archeologický průzkum odpadl. Statik však tuto variantu vzhledem k nestabilitě podloží vyloučil. l Karlovy Vary mají po 20 letech průtah V Karlových Varech byla otevřena po více než 20 letech celá trasa zhruba 10 km dlouhého silničního průtahu, jenž odvede z města tranzitní dopravu. První část se stavěla v letech 1986 až 1992, druhá od roku 2004 do letošního října a stála 4,5 mld. Kč. Průtah je jedna z nejdůležitějších staveb v novodobé historii města. Celý byl otevřen rok poté co začali řidiči využívat v omezeném rozsahu jeho první polovinu. Na západní části průtahu dlouhé přibližně šest kilometru je 12 mostů, z toho dva železniční, a dvě estakády v celkové délce jeden kilometr. Patrně nejsložitější částí celé stavby je segmentová estakáda dlouhá 640 m vedoucí nad hypermarketem Tesco. Její cena byla přes 300 milionů korun. Východní část průtahu, která byla dokončena v roce 1992, vyřešila dopravní komplikace v lázeňském městě jen částečně. Zahájení stavby západní části v roce 2004 komplikovala řada faktorů. Byl to třeba výkup pozemků, financování stavby nebo debaty o tom, kudy trasu vést. l Jedna z nejstarších přehrad ve střední Evropě Přehrada u obce Jevišovice na Znojemsku svojí rozlohou necelých 13 ha patří k menším vodním dílům; její význam z hlediska historie českého vodohospodářství je však značný. Jedná se totiž o nejstarší zděnou přehradu na Moravě a jednu z nejstarších ve střední Evropě. Od jejího dokončení uplynulo již 110 let. Důvodem pro výstavbu přehrady bylo ochránit obce ležící podél břehů říčky Jevišovky před opakujícími se záplavami. Jejich následky původně omezovala soustava rybníků, které však byly v průběhu 19. století postupně rušeny. V 80. letech předminulého století proto vznikl plán na vybudování soustavy vodních děl na Jevišovce a jejích přítocích. Zatímco dnes je výstavba přehrad z převážné většiny dílem bagrů, jeřábů a jiných technických mechanismů, při stavbě Jevišovické hráze byl materiál dovážen na místo v kolečcích po rampách, případně s pomocí potahů tažených koňmi. Vzhledem k tomu, že základy hráze spočívají na skále v hloubce více než jedenácti metrů pod úrovní terénu, šlo o úctyhodný výkon. Aby byla zajištěna kvalita a bezpečnost díla, najímali se na stavbu i zkušení italští dělníci. Hráz, jejíž výstavba přišla na 394 000 rakouských korun, byla slavnostně dokončena v září roku 1897. Zděná hráz Jevišovické přehrady dnes ční do výšky 13,8 m nade dnem a je vyzděna do oblouku o poloměru 240 m. Od základů po vrchol je vysoká 25 m. Koruna hráze dosahuje šířky 3 m a je 122 metrů dlouhá. Při výšce hladiny jeden a půl metru pod korunou hráze by přehrada měla zadržovat přibližně 600 000 m3 vody. Metrostav chce stavět metro v S ofii Společnost Metrostav se uchází o zakázku na výstavbu metra v bulharské metropoli. Pokud společnost v Sofii uspěje, chce tam zřídit dceřinou společnost. O projekty v infrastruktuře je velký zájem. Kdo se na Balkáně jednou chytí, má otevřeny dveře k dalším stavbám. Výhodou Metrostavu by ale mohlo být to, že na rozdíl od západních firem ví, co společnost v Bulharsku čeká. Založení dceřiné společnost je výhodné. Zjednoduší se zaměstnávání lidí i účetnictví. Podobně Metrostav založil dceřinou společnost Metrostav SK na Slovensku. V současnosti je tam na osmém místě z hlediska objemu stavebních prací. Metrostav má zakázky také v dalších evropských zemích. Staví na Islandu nebo v Chorvatsku a své aktivity v zahraničí chce rozšiřovat. l /čej/ Pokračování ze str. 9 Z ní se dá vyrobit oblek, který se automaticky nastavuje podle měnící se teploty těla a v případě potřeby je ochlazuje. Přes všechny tyto úspěchy závisí stále biomimetika spíše na schopnosti tvořivě využít inspiraci přírody, než na systematickém vyhledávání možných řešení. Doktor Vincent odhaduje, že je pouze 10 % překrývání přírodních a technologických řešení. Jinak řečeno, je zde ještě stále obrovská zásobárna dosud nevyužitých užitečných mechanismů. Problém tkví v tom, že se technici musí opírat o spolupráci s biology, kteří taková řešení už znají, a jedni i druzí se pohybují po jiných cestičkách a hovoří jinou řečí. Přírodní mechanismus či vlastnost musí být nejprve objeven biology a popsán technologickými termíny, a poté osvojen inženýrem, který rozpoznal jeho možnosti. Doktor Vincent říká: „Biomimetika, má-li být účinná, musí přinášet příklady biologických technologií vhodných pro řešení konkrétních technických problémů.“ Proto se svými kolegy, s finanční podporou Britské výzkumné rady pro strojírenství a fyzikální vědy, strávil minulé tři roky sestavováním databáze biologických triků, v nichž by mohli technikové nalézt přírodní řešení svých vývojových problémů. Například na stránce www.bath. ac.uk/-ensab/TRIZ/ s klíčovým slovem „propulsion“ naleznete škálu pohonných mechanismů používaných medúzami, žábami a korýši. Databázi lze rovněž zkoumat pomocí techniky TRIZ, vyvinuté v Rusku. Jde v zásadě o soubor pravidel, podle nichž se problém rozloží na menší celky a ty na konkrétní funkce, které je zapotřebí vykonat jednotlivými součástmi řešení. Obvykle se tyto součásti porovnávají s databází patentů, ale Vincent vytvořil se svými kolegy databázi „biologických patentů“. Samozřejmě nejde o patenty v konvenčním sova smyslu, protože tato informace je k dispozici komukoliv. Pojmem „biologický patent“ se zdůrazňuje, že ve skutečnosti je majitelem patentů Matka Příroda. Systém se pak dá využívat tak, že se technický problém charakterizuje ve formě seznamu požadovaných vlastností, které by mělo řešení mít, a jiným seznamem nežádoucích vlastností, kterým by se mělo vyhnout. Pak se prohledá databáze biologických patentů, jež těmto kritériím vyhovují. Tak například hledáme-li prostředky, které by čelily gravitaci, mohli bychom získat možná řešení, převzatá od různých létajících stvoření, ale popsaná technickým jazykem. „Chcete-li vzlétnout, nekopírujete ptáky, ale použití křídel o vhodném nosném profilu,“ říká dr. Vincent. Doufá, že databáze bude uchovávat více než jen náčrty biologických mechanismů, které mohou být zopakovány v technickém řešení. Biomimetika může napomoci jak se softwarem, tak i s hardwarem, což ukazuje robotický rak postavený dr. Ayersem. Jeho fyzické řešení i systém řízení jsou obojí inspirovány biologií. Naproti tomu, většina stávajících robotů je programována deterministicky. Stavíme-li robot, musíme předpokládat každou možnost jeho prostředí a říci, jak má v každém případě reagovat. Naproti tomu zvířecí modely poskytují škálu odzkoušených řešení situací reálného světa, které lze využít při všech možných aplikacích. „Soubor behaviorálních úkonů, kterými rak prochází, hledá-li potravu, je přesně to, co chceme, aby robot dělal při vyhledávání podmořských min,“ říká dr. Ayers. I když databáze Vincenta nebude schopná nabídnout tak specifická řešení jako jsou řídicí algoritmy, mohla by pomoci nalézt přírodní systémy a postupy, které by mohly být užitečné technikům. Dnes je ale ještě brzy. V současnosti databáze obsahuje kolem 2500 patentů. Vincent se domnívá, že má-li být opravdu prospěšná, musí obsahovat 10krát více údajů, a k jejímu naplnění hodlá využít spolupráci světové komunity výzkumníků. TV Sony s obrazovkou tenkou téměř jako list papíru Společnost Sony dala koncem listopadu do japonské obchodní sítě jako první na světě televizní přijímače s organickou elektroluminiscenční obrazovkou o tloušťce 3 mm, která spotřebuje podstatně méně elektrické energie než LCD monitory a má jasnější a ostřejší obraz. Ukončení vývoje organické LED obrazovky oznámila Sony v květnu. Měsíční produkce TV přijímačů s takovou obrazovkou zatím o velikosti uhlopříčky 28 cm bude 2000 kusů a první série podle objednávek internetem je již vyprodána, i když televizor s tak malou obrazovkou není právě nejlevnější – stojí 1800 US dolarů, tedy 33 000 korun. l Největší elektrárna na biomasu Ve Velké Británii postaví u průmyslového města Port Talbot na jižním pobřeží Walesu elektrárnu o výkonu 350 MW spalující biomasu. Stane se největší elektrárnou na světě spalující dřevitý odpad dovážený z USA a Kanady, jehož zpracuje při nepřetržitém provozu kolem 3 mil. tun ročně. Stavba přijde na 830 mil. dolarů a po uvedení do provozu zajistí zásobování elektrickou energií polovinu domů ve Walesu a vytvoří 250 nových pracovních míst. l Skener Mini Magman kontroluje i sv ary Firma Phoenix Inspection System vyvinula malý ultrazvukový skener Mini Magman, vhodný pro veškerou kontrolu od plochých plechů až po trubky nebo kolen o průměru menším než 76 mm. Velmi se osvědčí i při zjišťování kvality svarů a hodí se pro hledání vad materiálu především tam, kde v souladu s normou ASME pro parní a tlakové nádoby může ultrazvuk nahradit prozařování. l Kombinují přednost i plast ů a kovů DuPont Engineering Polymers, dvě kanadské společnosti - Morph Technologies Inc. a Integran Technologies Inc. americká PowerMetalTechnologies vytvořili alianci pro vývoj a komerční využití hybridů z nanokrystalických kovů a syntetických hmot. Tyto hybridy spojují vysokou pevnost a tuhost kovů s výhodami plastů – velkou tvárnost a nízkou hmotnost. Uplatní se při výrobě vysoce pevných, tuhých a současně velmi lehkých konstrukční součástí pro automobily, elektroniku a pro sportovní potřeby. /tej/