Biomimikry: Nová řešení inspirovaná přírodou

16.1.2012 01:52 | PRAHA/BRUSEL (Ekolist.cz) Diskuse: 5

Šinkanseny tzv. série 500 měly při průjezdu tunely velké problémy s hlučností. Až inženýra Ejdžiho Nakacua, jenž je zároveň ornitologem, napadlo, že by se tvar přední části vlaku mohl inspirovat ...
Licence |  Některá práva vyhrazenaFoto | Rsa / Wikimedia Commons'>

Šinkanseny tzv. série 500 měly při průjezdu tunely velké problémy s hlučností. Až inženýra Ejdžiho Nakacua, jenž je zároveň ornitologem, napadlo, že by se tvar přední části vlaku mohl inspirovat ... Licence | Některá práva vyhrazena Foto | Rsa / Wikimedia CommonsTvar vlaku odvozený od tvaru zobáku ledňáčka nebo lepenka bez lepidla, která perfektně drží díky napodobení struktury přilnavých noh gekona. To jsou dva příklady technologií, které dnes odborníci označují jako biomimikry nebo biomimetika. „Mohli bychom říct, že jde o nová řešení, při nichž se inspirujeme živými organismy,“ říká Gauthier Chapelle z belgické společnosti Greenloop. Jinými slovy, vědci studují, jak jsou problémy řešeny v přírodě, a na základě těchto poznatků se snaží vyvinout nová technologická nebo designová řešení – pokud možno šetrná k životnímu prostředí a k přírodě.

Gauthier Chapelle svoje představy o biomimikrách přednášel na semináři o ekoinovacích, který se v prosinci konal v Bruselu. „Je pravda, že oblast biomimetiky spoustě vedců připadá jako příliš široké téma,“ uvedl Gauthier Chapelle. Pokud ale chce svět směřovat k udržitelnosti, je podle něj nutné naše technologie přibližovat technologiím, které přírodu nepoškozují a které život naopak podporují. „Experti na udržitelnost žijí všude kolem nás a jejich ‚oddělení výzkumu a vývoje‘ funguje už miliardy let,“ obhajoval Chapelle tvořivou sílu přírody.

Sovy, ledňáčci a šinkanseny

Jako jeden z nejznámějších případů, kdy se technici inspirovali přírodou, bývá uváděno snižování hluku japonských vysokorychlostních vlaků. Zmínil ho i Chapelle. Šinkanseny měly při vývoji problémy s tím, aby dodržely hlukové normy. Ejdži Nakacu (v angličtině Eiji Nakatsu), japonský inženýr, který dohlížel na testování šinkansenů tzv. série 500, je ale zároveň vášnivým ornitologem a uvědomil si, jak moc jsou při vyvíjení letadel používány poznatky získané při studiu ptáků a jejich letu. Řekl si tedy, že by se třeba něčeho dalo využít i při konstrukci šinkansenů. A protože jsou nejtiššími letci mezi ptáky sovy, začal studovat vlastnosti jejich křídel, dokonce analyzoval hluk, který vycpané sovy vydávaly ve větrném tunelu. Jeho snažení nakonec bylo úspěšné a své kolegy přivedl k vyvinutí povrchu, který hlučnost šinkansenu snížil na přijatelnou úroveň.

To však nebyl jediný problém. Šinkanseny při vjetí do úzkých tunelů vysokou rychlostí rovněž způsobovaly atmosférické tlakové vlny, které produkovaly obrovské rány a aerodynamické vibrace, na které si stěžovali obyvatelé ve stovky metrů širokém okolí. Nakacu proto přemýšlel, který živý organismus se musí běžně vyrovnávat s náhlými změnami odporu. A napadl ho – ledňáček.

... tvarem zobáku ledňáčka. Tím se vyřešili nejen nepříjemnosti při průjezdu tunely, ale taky se ušetřilo na spotřebě elektřiny.
Licence |  Některá práva vyhrazenaFoto | Martin Mecnarowski / Wikimedia Commons'>

 ... tvarem zobáku ledňáčka. Tím se vyřešili nejen nepříjemnosti při průjezdu tunely, ale taky se ušetřilo na spotřebě elektřiny. Licence | Některá práva vyhrazena Foto | Martin Mecnarowski / Wikimedia Commons

Vzduch je úplně jiné prostředí než voda, do níž se ledňáček noří vysokou rychlostí. Zkusil proto tvar ledňáčkova zobáku využít při testech a z analýzy dat se ukázalo, že ideální tvar špice pro tento typ šinkansenu je skoro identický s tvarem zobáku ledňáčka. Vyřešili se tak nejen nepříjemnosti při průjezdu tunely, ale snížil se i odpor vzduchu a ušetřilo se rovněž na spotřebě elektřiny.

Proč je lotos čistý?

Termín biomimikry zpopularizovala americká spisovatelka a vědkyně Janine Benyusová. Původně autorka přírodovědeckých knih a taky průvodců přírodou se nejdřív zajímala o to, jak se organismy přizpůsobují prostředí, ve kterém žijí. To není nic neobvyklého, naopak jsou tato zkoumání celkem běžnou součástí přírodních věd. Pak ji ale začalo zajímat, jestli by se řešení, která používají různé organismy, dala použít i při řešení lidských problémů, případně zda se už někde používají.

Odkoukávání od přírody Benyusová pochopitelně nevymyslela. Vynalezen byl takhle například suchý zip. Švýcar George de Mestral nad ním začal přemýšlet ve 40. letech minulého století, když se vrátil z procházky a srst svého psa zkoušel zbavit lopuchů. Podíval se na ně pak pod mikroskopem a odhalil, že drží pomocí malých háčků. Dlouhé roky pak hledal ideální materiál a patentovat suchý zip se mu podařilo až v roce 1955. Princip malých háčků odkoukaný od lopuchu ale suchému zipu zůstal.

Janine Benyusová podobné příklady systematicky sbírala, a když jich měla požehnané množství, vymyslela pro podobný přístup název – biomimikry. V roce 1997 o svých poznatcích napsala knihu Biomimicry: Innovation Inspired by Nature (Biomimikry: Inovace inspirované přírodou), čímž tak trochu položila základy celé disciplíně, která se snaží do přemýšlení nad řešením jakéhokoli problému nebo nad výrobou jakéhokoli výrobku zapojit otázku: Jak (by) si s tímhle poradila příroda?

Základní myšlenkou Janine Benyusové je, že evoluce už našla odpověď na spoustu otázek, kterými se zaobírají i lidé. Zvířata, rostliny a další organismy jsou podle ní dokonalými inženýry, kteří přišli na to, co funguje, a neničí život na Zemi. Vědomé napodobování postupů běžných v přírodě je podle Benyusové cestou k udržitelné budoucnosti. Neskrývá přitom, že jejím skutečným cílem je zvýšit respekt k přírodě, nedívat se na ni jako na zásobárnu zdrojů, ale spíš jako na rádce. Naším cílem je vést lidi k tomu, aby při navrhování a rozhodování viděli přírodu jako model, jako příklad, říká Benyusová.

Janine Benyusová, autorka knihy o biomimikrách, v říjnu 2011 navštívila Prahu. Na pozvání knihovny materiálů matériO v Praze přednášela pro asi 200 posluchačů
Licence | Všechna práva vyhrazena. Další šíření je možné jen se souhlasem autoraZdroj | matériO'>

Janine Benyusová, autorka knihy o biomimikrách, v říjnu 2011 navštívila Prahu. Na pozvání knihovny materiálů matériO v Praze přednášela pro asi 200 posluchačů Licence | Všechna práva vyhrazena. Další šíření je možné jen se souhlasem autora Zdroj | matériO

Podobně mluví i Gauthier Chapelle: „Když chceme odstranit nějaký problém, vždycky stojí za to nejdřív se podívat, jestli už někde v přírodě neexistuje řešení.“ Pro Janine Benyusovou přitom hraje důležitou roli i to, jestli je inspirace přírodou použita rovněž ku prospěchu přírodě. Třeba studium tučňáků kvůli vylepšení tvaru torpéd ji nijak neuchvátilo.

Pěkným příkladem by naopak mohlo být zkoumání povrchu lotosu. Ten zůstává stále neobyčejně čistý a ukázalo se, že je to způsobeno mikroskopickými výčnělky na jeho povrchu, z nichž kapky vody „sbírají“ nečistotu. Tohoto principu se začalo využívat při výrobě barev a tkanin, jejichž údržba je mnohem méně pracná anebo vyžaduje méně chemikálií než podobné výrobky nevyužívající tento efekt.

V Česku zatím bez biomimiker

V České republice zatím organizace, která by se zabývala výhradně biomimetikou, chybí. Pokud by ale český zájemce o biomimikry nějaké spřízněné duše hledal, najde je v tzv. knihovně materiálů matériO, kterou v Praze provozuje společnost Happy Materials.

„Máme pár biomimetických materiálů, například Sharkskin, což je fólie s povrchem napodobujícím strukturu žraločí kůže. Vroubkované šupinky na kůži žraloků v měřítku nanometrů znemožňují různým řasám a dalším organismům, aby se na žralocích uchycovaly," řekla Ekolistu Anna Beránková, pracovnice knihovny materiálů. Použitý vzor snižuje i šíření nebezpečných bakterií, takže se dnes používá i třeba na rizikových místech v nemocnicích.

„Biomimikry jako vědecký obor jsou rozšířenější ve Spojených státech a pokud vím, tak v ČR se mu zatím nikdo nevěnuje,“ pokračuje Anna Beránková. „Zájemcům o biomimikry bychom ale mohli kromě ukázky materiálů poskytnout rovněž kontakty na zahraniční instituce, které se biomimetikou zabývají,“ uzavírá Anna Beránková z matériO.