Světlušky, ledňáček a potemník inspirovali špičkové technologie. Víte které?

9. 9. 2022  |  Filip Broz
Ledňáček

Biomimetika nám připomíná, že nejdokonalejší mechanismy nenajdeme ani v kosmonautice nebo například v počítačích, ale v přírodě. Tedy tam, kde neexistuje plýtvání a efektivita je doslova otázkou přežití.

V devatenáctém století se Clément Ader nechal inspirovat kaloňem a navrhl letoun poháněný parním strojem nazvaný Éole, když pozoroval, jak obrovští netopýři poletují kolem voliéry na jeho zahradě. Ve čtyřicátých letech 20. století si George de Mestral všiml, že se mu na kalhotách během procházky zachytily hlavičky plazilek. Po prozkoumání lepivých vlastností těchto rostlin vynalezl samolepicí pásky, které dnes známe pod jménem suchý zip. A v roce 2013 pro změnu John Dabiri vynalezl revoluční větrnou turbínu poté, co sledoval pohyb hejna ryb.

„Biomimetika představuje vědecký nástroj, který napodobuje přírodní vynálezy, … aby je přizpůsobil člověku.“

Janine Benyus (Biomimicry: Innovation Inspired by Nature, 1997)

Ve všech těchto případech byla inspirací biomimetika. Jde je obor, který se zabývá zkoumáním živých organismů, jejich struktur a složení. Jejich vlastnosti se snaží napodobit a využít je pro vývoj nových technologií či řešení současných problémů. Živé organismy daly tak ve výsledku vzniknout velice propracovaným materiálům, strukturám a technologiím.

Přečtěte si o dalších vynálezech a technologiích, která respektují životní prostředí a jejichž tvůrci se inspirovali tímto oborem:

1 – LEDNÁČEK & ŠINKANSEN

Šinkansen. Foto: Unsplash

Pozorování v přírodě: Na kořist se vrhá rychlým střemhlavým letem, aniž by nějak výrazně rozčeřil vodní hladinu. Tvar jeho dlouhého, štíhlého zobáku mu umožňuje rychlý a nenápadný přesun ze vzduchu do vody, přestože je tlak v obou prostředích výrazně odlišný.

Výzva: Japonský vysokorychlostní vlak Šinkansen četnými tunely spojuje velká města na ostrovech Honšú a Kjúšú. Když vlak vjížděl do jednoho z těchto tunelů, změny tlaku vzduchu vytvářely takové rázové vlny, že obtěžovaly jak cestující, kteří pociťovali nepříjemné pocity v uších, tak místní obyvatele, kteří slyšeli hřmění, když vlak tunel opouštěl.

Řešení: Eiji Nakatsu, hlavní inženýr společnosti JR-West a amatérský ornitolog, se v devadesátých letech minulého století při navrhování přídě nového Šinkansenu inspiroval zobákem ledňáčka. Tato inovativní konstrukce zabraňuje vzniku rázových vln a s nimi spojených nepříjemných pocitů a hluku. Zároveň snižuje spotřebu elektrické energie vlaku o 15 % a zvyšuje jeho rychlost o 10 %.

Jak to funguje?  Jak jeden inženýr díky pozorování ptáků vylepšil japonský rychlovlak

2 – TERMITI & BUDOVA EASTGATE

Klimatizace v Portcullis House vychází ze systému použitého v roce 1996 v Eastgate Centru v Zimbabwe. Foto: Tony Hisgett, Creative Commons

Pozorování v přírodě: Termiti jsou skvělí stavitelé. Tito živí tvorové jsou schopni postavit nejvyšší stavby v poměru ke své velikosti. Díky důmyslnému systému větrání jsou termiti schopni udržovat uvnitř termitišť téměř konstantní teplotu, přestože venku dochází ke značným teplotním výkyvům (od více než 40 °C přes de po 0 °C v noci).

Výzva: Harare, hlavní město Zimbabwe, zakouší značné teplotní rozdíly mezi dnem a nocí. Developeři si tu však naplánovali postavit rozsáhlé obchodní centrum, které by nevyžadovalo klimatizaci.

Řešení: Při stavbě této budovy o rozloze přes 30 000 m2 napodobil architekt Mick Pearce důmyslný systém „termitích“ galerií. V roce 1996 byla budova Eastgate první budovou této velikosti vybavenou systémem přirozené pasivní ventilace. Její konstrukce je vyrobena z materiálů s dobrými tepelnými vlastnostmi: místních cihel a betonu. Během dne se teplo absorbuje a ukládá v budově. Zároveň se teplý vzduch dostane dovnitř četnými otvory a je odváděn komíny instalovanými na střeše. Tím vzniká přirozené proudění vzduchu. V noci stěny uvolňují teplo uložené během dne a na jeho místo se ukládá chladný vzduch. Chladný noční vzduch bude následující den využit k ochlazení celého komplexu. Tento systém umožňuje v budově Eastgate udržet stabilní teplotu 25 °C při spotřebě o 90 procent méně energie než běžný klimatizační systém budovy a představuje úsporu 3,5 milionu dolarů během prvních pěti let.

Jak to funguje? Termiti jako inspirace pro vytváření udržitelných systémů

3 – KEPORKAK & VĚTRNÉ TURBÍNY

Keporkak. Foto: Unsplash

Pozorování v přírodě: Tento mastodont je dlouhý 10 až 15 metrů a váží v průměru 30 tun, ale plave s neuvěřitelnou plynulostí a rychlostí. Za svou obratnost vděčí prsním ploutvím, které jsou zakončeny velkými hrboly, což je zvláštnost tohoto druhu velryb (ostatní velryby mají náběžnou hranu ploutve hladkou).    

Výzva: Větrné turbíny jsou čistým a obnovitelným zdrojem energie s řadou výhod. Výroba energie je však omezená, přerušovaná a částečně závislá na odporu proudícího vzduchu, který lopatky zpomaluje, a tlaku, který odpovídá síle větru.

Řešení: Vědci z Harvardu již několik let studují „zubaté“ ploutve keporkaků. Testy provedené v roce 2004 na Námořní akademii USA ukázaly, že hrboly vytvářejí o 32 % menší odpor vzduchu a o 8 % větší přítlak ve srovnání s ploutví s hladkou hranou. Frank Fish, profesor biologie a předseda kanadské společnosti WhalePower, která vyvíjí technologie založené na tomto výzkumu, přidal hrboly na náběžnou hranu lopatky větrných turbín, čímž se jejich výkon zvýšil o 20 %.

Jak to funguje? Větrné turbíny inspirované velrybami

4 – POTEMNÍK & ŽIVOT Z MLŽNÉ VODY

Sběrač rosný z Namibie. Foto: Shutterstock

Pozorování v přírodě: Sběrač rosný je brouk z čeledi potemníkovitých, který žije ve vyprahlých dunách Namibské pouště. Aby v tomto nehostinném prostředí přežil, zachytává tento malý dvoucentimetrový brouk vodu z mlhy. Každý den se přesune na vrchol duny, zvedne své tělo a čeká, až se mlha srazí na jeho hřbetě na kapičky vody, a rýhy na krovkách tyto kapky vody svedou přímo k jeho ústům.  

Výzva: V nejsušších oblastech světa se lidé, kteří patří k nejchudším a nejzranitelnějším, snaží uspokojit své základní potřeby vody na pití, vaření a mytí. Pro tyto lidi je přístup k vodě otázkou přežití.

Řešení: V roce 2001 vědci vysvětlili, jak funguje systém sběru vody u sběrače rosného, a tvrdili, že je možné jej snadno a ve velkém rozsahu napodobit. Jejich článek, který vyšel v časopise Nature, inspiroval vědce na celém světě k vývoji stále dokonalejších materiálů schopných zachytávat vodu z mlhy v suchých a vyprahlých oblastech světa. Nedávno tým z MIT zjistil, že větší sítě s užšími vlákny mohou absorbovat a uvolňovat pětkrát více vody než stávající systémy.

Jak to funguje? Jak získat čerstvou vodu ze vzduchu

5 – SVĚTLUŠKA & SVĚTELNÉ DIODY (LED)

Světluška. Foto: Shutterstock

Pozorování v přírodě: Světlo, které světlušky vyzařují, jim pomáhá identifikovat jejich sexuální partnery, přilákat kořist a zajistit si světlo. K tomuto jevu dochází v orgánu umístěném na konci břicha prostřednictvím chemické reakce, která způsobuje emisi fotonů. U některých druhů světlušek je bioluminiscenční orgán pokryt drobnými šupinkami tvořícími vroubkovaný povlak, který výrazně zvyšuje intenzitu světla: o 50 % více světla než na hladkém povrchu.

Výzva: LED diody mají mnoho výhod, a to jak z hlediska úspory energie, tak z hlediska účinnosti, ale jejich světelný výkon není optimální, protože značná část světla se ztrácí.

Řešení: Francouzští, belgičtí a kanadští vědci obklopili LED diody vroubkovaným povlakem podobným tomu, který obklopuje bioluminiscenční orgán světlušky. Tím se intenzita světla běžné LED diody zvýšila o 55 %.

Jak to funguje? Vědci napodobují světlušky, aby vyrobili jasnější LED diody

Text: Filip Brož 
Zdroje: greenbiz.com, researchgate.net, technologyreview.com, nature.com, news.mit.edu, optica.org 
Úvodní fotka: Adobe Stock