Jedním ze základních principů „Průmyslu 4.0“ a továrny budoucnosti je vzájemné prolínání reálných a virtuálních světů. Krásnou ilustrací toho, jak mohou tyto dva dříve oddělené světy spolu srůstat a jakou roli hrají v tomto procesu decentralizované systémy inteligence, jsou bionické systémy, které jsou každoročně ozdobou světově známého hannoverského veletrhu. Ale nejen to: letos jsme měli možnost dokonce vidět, jak mohou jednotlivé systémy využívat vzájemnou komunikaci a spojit se do společného inteligentního systému.
Ultralehká konstrukce
Ústav Alfreda Wegenera se věnuje výzkumu přírodních struktur více než 20 let. Tento zájem podnítily schránky mořských mikroorganismů, které se během milionů let vyvinuly ve vysoce efektivní, složité a multifunkční struktury s nízkou hmotností. Badatele tyto dokonalé struktury zaujaly natolik, že se rozhodli vystavět na funkcionalitách, užitkovosti a estetice těchto přírodních 
systémů nové výrobní techniky – výrobu lehkých konstrukcí s názvem „Evolutionary Light Structure Engineering“ (ELiSE). V letošním roce prezentoval tým z Ústavu Alfreda Wegenera na prestižním veletrhu Hannover Messe 2015 bionické kolo, které bylo vyrobeno technikou aditivní výroby.
Aditivní výroba přináší bezkonkurenční svobodu v tvarování. Současně nabízí možnost vyrábět duté struktury a cíleně tak posilovat více zatěžovaná místa výztuhami apod. V ELiSE jsou speciálně pro tento účel zavedeny vyspělé algoritmy. Prezentované bionické kolo se tedy vyznačuje právě vysoce zpevněnou konstrukcí nejvíce zatěžované spodní části rámu.
ELiSE již dokázala snížit hmotnost o více než 50 % v řadě dokončených projektů a spoluprací v nejrůznějších průmyslových odvětvích od automotive přes architekturu až třeba po spotřební zboží. Portfolio služeb pokrývá celý výrobní řetězec, včetně návrhu, vývoje a optimalizace nových řešení lehkých konstrukcí.
Skupinová spolupráce
Společnost Festo, která se již stala synonymem bionického výzkumu, přiváží každoročně do Hannoveru nové exponáty, které jsou vždy obrovskou diváckou atrakcí. Po slavných umělých medúzách, které se impozantně vznášely v obrovských akváriích, jsme zde už měli možnost zažít například let umělého racka nebo dlouhé skoky robotického klokana. Letos se Festo soustředilo na týmovou spolupráci mezi živočichy, jejichž principů by šlo dobře využít v továrnách budoucnosti. 
Jednou z těchto nových bionických technologií, kterou jsme měli možnost vidět letos v Hannoveru, je technologie BionicANTs („bioničtí mravenci“), která využívá kooperativní chování mravenců jako modelu. Výzkumníkům z Festa se podařilo převést chování tohoto hmyzu do složitých algoritmů, podle kterých fungují bioničtí mravenci velmi podobně jako přírodní modely – spolupracují podle jasně stanovených pravidel. Díky tomu mohou bioničtí mravenci autonomně reagovat na různé situace jako individuální jednotky, své chování vzájemně koordinovat a fungovat jako jediný celkový zasíťovaný systém. Dokážou například koordinovaně tlačit, tahat a posunovat břemenem zatížení, které by jeden mravenec sám nezvládl. Všechny jejich akce jsou založeny na distribuovaném katalogu pravidel, která byla navržena předem pomocí matematického modelu a která má naprogramována každý mravenec. Každý jedinec se tak může rozhodovat samostatně, i když se současně podřizuje společnému cíli; každý mravenec tak přispívá svým dílem ke společnému řešení úkolu. Potřebná výměna informací mezi mravenci probíhá prostřednictvím rádiových modulů, které mají zabudovány v tělech. Řídicí strategie je založena na nadřazeném vícečlenném systému, v němž mají účastníci stejná práva. Díky 3D stereo kamerám zabudovaným v hlavách mohou mravenci rozpoznávat objekty, které mají použít, a sami pak mohou určit, kam je umístí. Kooperativní chování bionických mravenců a decentralizovaná inteligence otevírají nové vysoce zajímavé možnosti pro továrny zítřka. Budoucí výrobní systémy budou založeny na inteligentních komponentách, které se mohou pružně přizpůsobovat různým výrobním scénářům a zpracovávat objednávky z nadřazené úrovně řízení.
Avšak nejen kooperativní chování umělých mravenců je fascinující. Jedinečný je i jejich výrobní postup: poprvé se zde uplatnil výrobní proces, kdy byly laserem slinuté komponenty následně opatřeny viditelnými obvodovými konstrukcemi v tzv. 3D MID procesu. To znamená, že elektrický obvod je připojen k vnějšímu povrchu komponenty, čímž plní současně jak strukturální, tak i elektrické funkce.
Bioničtí mravenci jsou vybaveni piezo-keramickými ohebnými měniči v oblasti úst, jimiž mohou uchopovat předměty, a také pohybují nohama. Piezoelektrické prvky lze velmi přesně a rychle řídit; jsou energeticky účinné a prakticky se neopotřebovávají – a to vše je přitom umístěno na velmi malém instalačním prostoru. Jestliže se horní ohebný měnič deformuje, mravenec natáhne nohu. Spodní pár pak umožňuje nohu přesně přesunout dopředu anebo dozadu.
Ultralehká konstrukce a spolupráce v jednom 
Na esteticky přitažlivém prototypu bionických motýlů Festo ilustrovalo, jak se lze inspirovat v přírodě a uměle vytvořit komplexní systém, který se bude vyznačovat jednak ultralehkou konstrukcí, ale současně bude vykazovat optimalizovanou síťovou komunikaci mezi jednotlivými systémy. Umělí motýli, „eMotionButterflies“, v Hannoveru živě ukázali, jak mohou virtuální a reálné světy růst ruku v ruce. Externí, dobře propojené vedení a monitorovací systém koordinují jednotlivé létající objekty každý zvlášť a umožňují jim bezpečně se pohybovat v trojrozměrném prostoru. Komunikaci a monitorovací technologie zde zastupuje krytý GPS systém, který řídí bezkolizní kolektivní pohyb motýlů. Stabilitu procesu zajišťuje kombinace integrované elektroniky a externího fotoaparátu s počítačem. Díky zabudované elektronice jsou umělí motýli schopni napodobit letové vlastnosti svých přírodních vzorů velice přesně. Elektronika řídí pohyb jednotlivých křídel a dokáže rychle měnit rychlost i směr letu. Umělé motýly nemusí řídit člověk, dráhy letu jsou předem naprogramovány a uloženy v počítači. Prostřednictvím dodatečně uloženého vzorce chování ale mohou motýli létat také zcela samostatně. V tomto případě však neexistuje žádná přímá komunikace mezi motýly, a ti se chovají, jako by tam byl každý sám.
Bionika překračuje hranice států
Kromě učení se od přírody je cílem bionických studií včasné rozpoznání a prosazování nových myšlenek a jejich společná realizace v celé společnosti bez ohledu na hranice států. Vynikajícím příkladem takové mezistátní spolupráce je uchopovací zařízení FlexShapeGripper, které vzniklo v 
úzké spolupráci společnosti Festo s univerzitou v Oslo. Jedná se o chapadlo, které pracuje na principu odvozeném od jazyka chameleona. K tomu, aby chytil kořist, chameleon strategicky využívá špičku svého jazyka; může polapit velmi různorodý hmyz a jazyk pružně přizpůsobit konkrétnímu hmyzímu jedinci. Jakmile chameleon svoji kořist uvidí, prudce vymrští svůj dlouhý jazyk a kořist přilepí na jeho špičku. Pak si ji nasává do úst jako na vlasci. FlexShapeGripper může shromažďovat a uvolňovat několik objektů velmi různých tvarů a manipulovat s nimi, aniž by se musel ručně nastavovat. Toto je možné díky vodou naplněnému silikonovému pohárku, který se obemkne kolem předmětu a sevře ho pevně, ale zcela flexibilně podle jeho tvaru. Právě podle této schopnosti přizpůsobit se různým tvarům dostal FlexShapeGripper své jméno. Úchopové a uvolňovací mechanismy fungují pneumaticky. K držení předmětu není potřeba žádné další energie. V budoucnu by se uchopovací zařízení FlexShapeGripper mohlo používat všude tam, kde se současně manipuluje s různě tvarovanými objekty, například v servisní robotice, při montáži nebo manipulaci s malými součástkami.
Andrea Cejnarová