Biomimikry 30.6.2016

By | júl 11, 2016

Dokonalosť v prírode je základom úplne nového odvetvia vedy. Každý živočíšny druh je plný rôznych technológií. Je priam katalógom riešení. Čosi ako sprievodca. Biomimikry, grécke slovo, ktoré znamená napodobňovať život. Janine Benyusová žije v Montane v USA a je vyslankyňou tohto rastúceho hnutia. Nového vedeckého odvetvia, nazývaného biomimetika, či bionika. Je to veda, v ktorej sa vedci učia od prírody z riešení, ktoré boli zdokonaľované 3,8 miliardami rokov evolúcie. Biomimikry je inovácia inšpirovaná prírodou. Pýta si od prírody rady pri vývoji. Nápady, ktoré sa núkajú všetkým, ktoré tvarujú náš svet. LÁTKY BUDÚCNOSTI Ľudia vyrábajú tkaniny, ktoré je potrebné z času načas čistiť. Príroda vynašla odlišný spôsob. Samočistenie. Naše materiály sú vyrábané s využitím fosílnych palív. Príroda využíva čistú energiu. My si vyrábame materiály čerpaním prírodných zdrojov. Príroda vyrába svoje materiály recykláciou živín, vzduchu a vody. Náš odpad zostáva s nami a znečisťuje naše prirodzené prostredie. V prírode sú všetky živé tvory integrovanými prvkami obnoviteľného prírodného systému. Verím, že naša existencia, náš druh, môže byť na planéte vítaný, ak sa naučíme robiť to, čo robia iné organizmy. To znamená stáť uprostred tej premeny materiálov a tej výmeny energie takým spôsobom, ktorý za sebou nezanecháva obrovské kopy odpadu. Je pravidlom, že väčšina prírodných materiálov je vode odolných. No niektoré sú oveľa viac, než len to. Toto je posvätný lotos. Príroda je neuveriteľne hospodárna, nič nadbytočné, všetko v nej má svoju funkciu, a obvykle to má aj niekoľko funkcií naraz. Wilhelm Barthlott z Bonnu nie je obyčajný botanik. Po desaťročia ho neobyčajne fascinuje povrch rastlín. A jeho najväčší objav: Lotosový efekt. Na liste lotosu sa nič neudrží. Dokonca ani lepidlo. V podstate všetko z jeho povrchu stečie. Tajomstvo lotosového kvetu je v jeho mikroštruktúre. Drobné voskové kryštáliky vytvárajú hrboľatý povrch. Tieto nanohrbolky zmenšujú kontaktnú plochu pre čiastočky špiny a kvapky do takej miery, že sa nedokážu zachytiť. Až donedávna bolo napodobenie takejto mikroštruktúry zdanlivo nepredstaviteľné. Už predtým sme oslovili viaceré firmy, ale stretli sme sa s veľkou nedôverou. Vraveli: “Máme laboratóriá na výskum povrchov s tridsiatimi ľuďmi. A vy ste kto? Botanik? Nevyznáte sa v materiálovej vede.” Také boli reakcie. Nakoniec som sa naštval, poviem to na rovinu. Tak sme si vytvorili prvý technický povrch sami. Dnes je lotosový efekt považovaný za klasiku v biomimetike. Používame lotosový sprej a aj viacero iných výrobkov, ktoré tento princíp využívajú, napríklad domáce farby, či tkaniny, ktoré nezachytávajú špinu. Kravata, toto je prototyp. Mohol som si ju dať, ale nehodí sa k počasiu. Tak ju môžem ponoriť do vody a opäť si ju môžem uviazať. Iní materiáloví vedci zatiaľ vyvinuli iné veľmi odolné a žiaruvzdorné povrchy. Príkladom je táto lyžička. Dnes sa tento princíp využíva zriedkavo, ale keby sa stal štandardom, jeho potenciál bude obrovský. Len v Európe sa každý rok vyrobí a vypustí 12 miliónov ton čistiacich prostriedkov.06-30_Biomimikry[(033102)20-36-58] Rastliny a zvieratá nepoužívajú čistiace prostriedky a prací prášok. Nie sú preto o nič špinavšie, ani netrpia viacerými chorobami. Lotosový efekt je len prvým z radu príkladov, ako biomimikry, či napodobovanie prírodných riešení, možno užitočne využiť v našom habitate, v našich domoch a obydliach. V meste Missoula v Montane založila Janine Benyusová neziskovú nadáciu, ktorá sa venuje propagácii prírodných riešení. Podstatou jej posolstva je, že pri každom probléme, ktorému čelíme, jedno v akej oblasti, by sme mali hľadať radu v prírode. Ďalej sa venujme zelenej chémii. Mohli by sme lepiť veci bez použitia rozpúšťadiel? Nohy hmyzu majú neuveriteľnú schopnosť držať sa povrchu. Keď si predstavíte, že by ste mali zliezť dolu z útesu so sklonom 90 stupňov, vyzeralo by to takto. A oni sa navyše dokážu pohybovať veľmi rýchlo. Niektoré mravce nesú aj larvy veľké ako ich hlava, ako tretina ich tela. Zákon gravitácie tu zrejme neplatí. Chrobáky a pavúky sa držia bez lepidla. Ale ako? Cambridge, Veľká Británia. Na tejto slávnej univerzite sa viacero katedier snaží učiť od prírody. Napríklad uznávaný entomológ Walter Federle. Všetky chrobáky majú na nohách dve klepetá, ktorými sa na drsnom povrchu zachytia. Väčšina má medzi nimi aj mäkké či ochlpené tkanivo, ktoré poskytuje výborný kontakt s povrchom. A týmto orgánom sa my venujeme detailne. Tento experiment ukazuje, čoho je malá noha hmyzu schopná. Pod mikroskopom študujú štyri milimetre dlhú liskavku. Leží na chrbte, a jedna z jej nôh vytŕča. Osvecuje ju tenký lúč svetla, vychádzajúci z mikroskopu. Noha je v kontakte s malou sklenenou doštičkou, ktorú pomaly odťahujú. Pod mikroskopom vidíte, ako sa tisíce malých chĺpkov držia skla. Zároveň merajú aj silu, ktorú noha vyvíja. Môže dosiahnuť až 50 násobok hmotnosti svojho tela v ťahu, takže už jeden priľnavý orgán dokáže chrobáka udržať 50 násobne. Pri kombinácii šiestich nôh je to 300 násobok hmotnosti jeho tela, takže má silu udržať hmotnosť takmer pol kilogramu. Pre chrobáky to nie je nič nezvyčajné. Ale ako to robia? Tým trikom sú trecie sily, teda využitie horizontálnych síl na rovine na vytvorenie a následne uvoľnenie priľnavosti. Obvykle to funguje tak, že keď nohu ťahá smerom k telu, má výborný kontakt a drží sa povrchu. Keď noha uvoľní toto trenie alebo sa odtiahne, priľnavý kontakt sa uvoľní. Chrobák takto nemusí odťahovať nohu od povrchu, čo by stálo veľa energie, namiesto toho sa priľnavé tkanivá od povrchu oddeľujú v podstate automaticky. Inými slovami, noha sa drží, len kým tam je trenie. Trecie sily vytvára množstvo drobných chĺpkov na špičke nohy a výlučky. Táto kombinácia tvorí vysoké trenie, a hmyz sa takpovediac lepí svojim spotenými nohami. Chĺpky sú také jemné, že vniknú do štrbiniek povrchu listu. Nohy liskavky sa takto dokonale prispôsobia listu šťaveľa. Ak chcete, aby sa chrobák začal šmýkať, stačí ho položiť na povrch, ktorý má jemnejšiu štruktúru, ako listy rastliny. Toto je umelo vyrobený brúsny papier. Chrobák stále padá na chrbát, lebo sa nedokáže zachytiť, chĺpky na jeho nohách majú zlú veľkosť. Tento princíp môže mať niekoľko konkrétnych využití, napríklad povrchy, na ktorých je hmyz nezvaným hosťom. Na tento účel v Cambridge vyvinuli takzvaný hmyzí repelent. Tu je jeden z prvých laboratórnych záberov. Bez repelentu nemá šváb žiadny problém vyšplhať sa k jablku. S repelentom však šváb nemá šancu, akokoľvek sa snaží. Takýto hmyzí odpudzovač má viacero výhod. Neobsahuje toxíny a dá sa použiť ako stála vrstva na všetky možné povrchy v domoch, či veci v domácnosti. V súčasnosti naďalej bojujeme proti hmyzu vyše 5 300 tonami biotoxínov vyrobenými každý rok. Aj v ďalšom príklade ide o lepenie. Priľnavosť nôh tohto malého gekona sa skrýva v končekoch jeho prstov. Žiadne výlučky, žiadne trenie, úplná ľahkosť. Kellar Autumn z Luis Clarkovej univerzity v Portlende záhadu rozlúštil. Tento tvor je nespochybniteľný majster sveta v udržaní sa bez lepidla. S pomocou skenujúceho elektrónového mikroskopu Kellar Autumn objavil, že gekonov prst je husto pokrytý mimoriadne jemnými chĺpkami. Takže jeho prsty fungujú tak, že tie milióny chĺpkov majú tisícky drobných výbežkov na každom chĺpku, a tie maličké výbežky sú tak blízko k povrchu, že sa s ním spájajú až na kvantovo atómovej úrovni. Inými slovami, ani tá najmenšia bublinka vzduchu sa nedostane medzi povrch a jeho nohu. Tento fyzikálny jav vedcov skutočne prekvapil. Zistili sme, že gekony sa udržia len neuveriteľne malou silou. Je to ozaj prekvapujúce zistenie, držia sa silou, ktorú voláme “Van der Waalsova sila.” A tá vzniká, len keď sa dva povrchy dostanú veľmi blízko seba. Malá sila stačí, lebo gekon má obrovské množstvo jemných chĺpkov. No akokoľvek je tento princíp rafinovaný, má vážnu nevýhodu. Niečo, čo drží takto dobre, je ťažko oddeliť. Takže teraz ho ťahám, nechcem mu ublížiť, ale on úplne ľahko udrží aj takéto veľké plexisklo. Obyčajné uvoľnenie ako u chrobákov mu nestačí. Oddeľovací proces je u neho úplne odlišný. Gekony svoje nohy vytáčajú. Vidíte to na prstoch, začínajú dvíhať nohu od končekov prstov. Majú najohybnejšie dvojkĺbové prsty na svete, vedia ich takto zvinúť. Skutočným prstom to samozrejme nedokážem, ale oni ich odlepia, ako keď odlepujete lepiacu pásku zo steny. Prilepia sa tak jemne a oddelia tak ľahko. Predstavte si to využitie napríklad v nanochirurgii, keď potrebujete jemne potiahnuť napríklad tepnu či nerv a nepoškodiť ich. Medicínske využitie je len jedna možnosť. Roboty ako je tento môžu čistiť fasády, či vykonávať opravy. Zostrojili ho na univerzite v Palo Alto v Kalifornii. Veľa laboratórií intenzívne a utajene pracuje na vývoji špeciálnej pásky. Takáto páska môže mať množstvo využití, ja neviem, môže trebárs držať časti výrobkov pohromade, napríklad počítač. Namiesto lepenia, ktoré je potom veľmi náročné na recykláciu, ho spojíte takouto páskou. Na konci použitia sa vráti späť k výrobcovi, tam ho rozpoja a môžete tie časti opraviť a zasa spojiť. Táto predstava opakovateľného spájania je úžasná. Alebo podlahové povrchy, ktoré nepotrebujú lepidlo. To by odstránilo výrobu obrovského množstva rozpúšťadiel. Dnes, či už čoskoro používané technológie povrchov odkryjú nové horizonty v oblasti priľnavosti, či nepriľnavosti. Ďalší príklad je o rôznych vlastnostiach povrchov. Niekedy chcete medzi dvomi povrchmi znížiť trenie, chcete, aby sa šmýkali, a príroda to vyriešila úžasne. Púštny scink je krásny príklad tvora, ktorý pláva v piesku a napriek tomu sa vôbec neodiera, nemá trenie, kĺže sa pieskom veľmi jemne. Piesok na Sahare je extrémne drsný. Silnejší nápor piesku zničí za krátky čas každý povrch. Táto fľaša ležala v púšti asi 10 dní a už je pieskovo matná, leskne sa dožlta. Môžu za to čiastočky minerálov, ktoré už do nej zavŕtal piesok. To by zabilo aj scinka, keby to zasiahlo povrch jeho tela. Sklo bolo takpovediac opieskované saharským vetrom. Saharský piesok považujú za veľmi ničivý. Ale prečo? Ingo Rechenberg z Berlína, priekopník v oblasti biomimikry, už desaťročia pravidelne chodí do tejto drsnej oblasti hľadať inšpiráciu. Pod elektrónovým mikroskopom sa jasne ukáže, že zrnká piesku nie sú hladké. Sú pokryté minerálnymi časticami a to spôsobuje veľké trenie. Pieskovej rybe, ako tento druh scinka často volajú, však piesok nijako neubližuje. Leskne sa ako v deň, keď sa vyliahol z vajíčka. Pri hľadaní potravy každý deň prejde v piesku aj kilometer. Keď je povrch púšte príliš horúci, alebo keď sa chce ukryť, dokáže sa vlniť ako ryba a doslova pláva pod piesočnými dunami. Preto ho volajú piesková ryba. Napriek tomu jeho koža zostáva hladká a lesklá. Záber z elektrónového mikroskopu ukazuje miniatúrne, tisícinu milimetra široké výstupky na jeho koži. Piesková ryba má taký trik. Na koži má takéto jemné výstupky, ktoré smerujú priečne na prúd piesku. Takže tento zemiak predstavuje zrnko piesku. Môžem ho zaboriť do čiastočiek minerálov, ktoré predstavujú tieto makové zrnká. Keď teraz otriem tento zemiak o hladký povrch, budete počuť, ako škriabe. Ale keď ho obtriem o tieto výstupky, tie ostré čiastočky sa zotrú a zemiak zrnko piesku sa šmýka po tomto povrchu hladko až dozadu. Prostý, ale účinný spôsob. Zrnká piesku sú očistené na akejsi miniatúrnej valche. Prvé nápady na využitie sú už tu. Napríklad fólie či filmy s mikrodrážkami. Keď sa dostanú do predaja, prvé miesto, kde ich možno budú využívať, bude Sahara. V príprave sú už plány na obrovské solárne elektrárne na púšťach Severnej Afriky. Plánujú pokryť veľké plochy púšte panelmi, ktoré budú zbierať slnečnú energiu. To bude samozrejme na úkor scinka, takže je tu samozrejme otázka, či by sme to radšej nemali zastaviť. Aj panely sa budú časom špiniť a kaziť. Povedali sme si, že toto bude veľký prelom, vedieť udržať panely čisté po oveľa dlhší čas. No tento nápad môže byť prospešný aj inde. Minimalizácia trenia v našom mechanickom svete je veľmi dôležitá všade. Na zníženie trenia valivé ložiská mažeme. Trenie spôsobuje každý rok opotrebovanie a únavu materiálu v odhadovanej výške štyroch percent hrubého domáceho produktu Nemecka. A mazadlá sa obvykle vyrábajú z ropy. Piesok v motore, v budúcnosti možno problém minulosti. Nový príklad: Biomimetika na mori, či morské biomimikry. V lodnej doprave sa každoročne minie odhadom 70 miliónov ton paliva kvôli morským tvorom. Problémom je to, čo rastie pod vodou. Stačilo len pol roka, aby narástla táto hrubá vrstva kôrovcov a lastúr. Kýly nákladných lodí vyzerajú presne tak isto. Na riešenie tohto problému sa používajú jedovaté, takzvané “antirastové” farby. Treba ich nanášať pravidelne, lebo sa rýchlo rozpúšťajú a výsledkom je, že sa jed dostáva do vody. Rast na plochách pod hladinou je obrovský a je škodlivý pre ekologické i ekonomické systémy. Myslíme si, sme si takmer istí, že sme objavili postup, ktorý nahradí ten dnešný, hlavne používanie jedovatých farieb. Univerzita aplikovaných vied v Brémach, Katedra biomimetiky. Antonia Keselová tu riadi jediný študijný odbor biomimetiky na svete. Je špecialistkou na morskú biomimetiku, či bioniku, ako ju v Nemecku zvyknú nazývať. Keď sa pozrieme pod hladinu, je okamžite zjavné, že ryby nemajú s rastom týchto živočíchov problém. Vezmime sa napríklad žraloka. Inšpirovali sme sa žralokom v tom, že sme prevzali dve jeho odlišné vlastnosti. Jednou je pružnosť jeho kože, ktorá je celá pokrytá malými zúbkami. A hoci sú tieto zúbky ako jednotlivé štruktúry veľmi pevné, tvrdé a tuhé, držia ich drobné pohyblivé útvary, ukotvené pod kožou tak, aby sa jednotlivé zúbky pohybovali proti sebe. Nie sú to malé šupiny, ako u väčšiny iných rýb, ale skôr malé zúbky na pohyblivom podklade. Pri ich skúmaní uvidíte, že ich povrch je trochu drsný, aj keď je to len v mikromierke je to mikrodrsnosť, voľným okom takmer neviditeľná. Ak sa nám podarí skombinovať túto drsnosť s pružnosťou v správnom pomere, budeme mať ochrannú vrstvu, ktorá napríklad zabráni kôrovcom prichytiť sa lode. V Brémach vďaka využitiu tohto nápadu vyvinuli protirastovú farbu. Tento výrobok, ktorý je spolu s mnohými podobnými zatiaľ vo vývoji, ponúka záblesk nádeje. Môže to viesť k výraznému zníženiu používania jedovatých látok vo vode. Ďalší príklad sa týka vlastnosti povrchov, ktorú vnímame očami. Farby. Príroda má dva spôsoby vytvárania farby. Pigmentáciu, a takzvané štruktúrované farby. Tie majú motýle, tie najkrajšie motýle. Má žiarivo modrú farbu, ale vlastne to vôbec nie je farba. Tento tropický motýľ, patriaci do rodu Morfo, má povrch, ktorý doslova klame náš zrak. Peter Vukušič z Exeteru hľadá podstatu takýchto prírodných javov. Na krídlach každého z týchto motýľov, na ich šupinkách, sú drobné viacúrovňové štruktúry, ktoré manipulujú svetlo. Určujú, ako dopadá, ako sa odráža a šíri naozaj úžasným spôsobom. Technika, spôsob, ktorý používajú, sa volá interferencia. Ako na lesklom povrchu oleja sa lúče svetla, tu biele, rozkladajú na rôzne vlnové dĺžky. V tomto prípade sa len modré vlny šíria ďalej, a potom sa opakovane odrážajú od jednotlivých vrstiev. Toto je teoretické vysvetlenie optického efektu jasnej, čistej farby. Ale ako sa farba tvorí na povrchu krídla motýľa? Vzal som jedno pod elektrónový mikroskop, pozrel sa do neho, a zväčšil. Videl som šupinky ako u každého iného motýľa, ale keď som prišiel k okraju poškodenej šupinky, pod výbežkami, mechanickými štruktúrami navrchu, som uvidel trojrozmernú štruktúru. Fyzik vie, že takéto štruktúry zachytávajú, vedú a odrážajú elektromagnetické vlny a teda aj svetlo. Vznikajú zložité interferencie, ktoré my vnímame ako dúhovatenie. Interakciu materiálu a svetla v takýchto viacvrstvových nanoštruktúrach rozlúštili teoretickí fyzici až v 80. rokoch.06-30_Biomimikry[(058346)20-37-01] A po potvrdení tejto teórie sme si museli pretrieť oči. Príroda ju už mala. V neživej forme ju nájdete napríklad vo vzácnych nerastoch, ako je anortozit. A v živej podobe, na exoskelete početných druhov hmyzu. Zrejme napomáha dokonalosti ich maskovania. Biológovia sa tiež domnievajú, že špecifický odraz svetla pomáha hmyzu rozpoznávať sexuálnych partnerov v lese, či na lúke. Ich oči asi navyše majú špeciálne prispôsobené receptory, takže hoci sú neviditeľní pre nepriateľa, zostávajú viditeľní pre svoj druh. Môže byť táto úžasná vlastnosť tohto druhu motýľa užitočná pre nás? V anglickom Cambridge sa materiáloví vedci presne o to pokúšajú. V extrémne sterilných podmienkach bez prachu vytvárajú mikro a nanoštruktúrové povrchy. Spočiatku šlo len o schopnosť vyrobiť povrchy v mierke niekoľkých milióntin milimetra s použitím dnešných technológií. Podarilo sa to v tomto prístroji. Ten kladie viaceré vrstvy materiálov jednu na druhú, čosi ako poschodová torta, ale na molekulárnej úrovni. Výsledkom je akási vaflová štruktúra. Toto bol prvý prototyp vyrobený v prístroji. Pod svetelným mikroskopom svetielkuje modrozeleno, presne ako originál. Ale kde môže byť takýto povrch užitočný? Takáto štruktúra môže obsahovať skryté mikroskopické obrazy, či vytvárať farebné kombinácie, oku neviditeľné. Teda, že môžeme vnímať jednotlivé prvky ako pixelové obrazy, ako pixely v digitálnej kamere. Dokážu tlačiť miniatúrne, vlastne neviditeľné znaky či obrazy. A tieto nanovafle sa dajú všelijako upravovať. Toto je jedna z prvých ukážkových vzoriek, vyrobených touto technológiou. Podkladom bol obrázok erbu mesta Cambridge. Mikroskopická kópia je červená, čo znamená, že materiáloví vedci zvládli princíp výroby štrukturálnej farby tak, že dokážu manipulovať s farbou. Predloha a prototyp však svetielkovali modrozeleno. Niečo takéto je veľmi ťažké napodobniť, čo bolo hnacou silou myšlienky nanopečate. Tieto veci sú teraz zaujímavé pre oblasť bezpečnej tlače a boja proti falšovaniu, lebo farby sú veľmi silné a spoľahlivé, a so správnym vybavením môžete vidieť farby, ktoré oko nevidí. Môžeme uvažovať aj o tom spraviť tieto štruktúry pružnejšími, ale zatiaľ máme problém, že sú pomerne krehké. Ak ich raz chceme vidieť na bankovkách, musia byť ohybné, aby ste bankovku mohli zložiť. Ďalší vývoj povrchového inžinierstva naberá na obrátkach, lebo vedci a vývojári produktov si uvedomili, že nové mikro a nanoštruktúry majú veľký potenciál. Čo umožňujú tieto farby? Vytvárajú veľmi silné kontrasty, a tam, kde kontrasty a farby hrajú rolu, sa prirodzene dajú využiť. Či ide o farbenie rôznych spotrebných výrobkov, napríklad áut. Tam sa to už využíva, farby, ktoré sa menia z červenej na modrú, keď prejdú okolo. Takéto veci sú možné, na výrobu rôznych zábavných vecí. Tu dvojfarebný efekt vytvárajú drobné čiastočky namiesto pigmentov. Dôležitým faktorom je, že nemusíte farby vyrábať s použitím chemických farbív. Môžete uložiť priehľadné vrstvy v správnej štruktúre, a svetlo nimi prenikne, a odrazí do do vášho oka farbu. Zmeníte štruktúru, zmeníte farbu. To je zásadný princíp, je to úplne nová vec v tvorbe farieb. V priemysle môžu napríklad výrobcovia látok myslieť na vrstvené vlákna, ktoré neobsahujú žiadne toxické farbivá. A dá sa to dotiahnuť ešte ďalej. Budúcnosť sa môže skrývať v kombinácii rôzne vytvorených povrchov, tak ako to robí príroda. V súčasnosti sa len začíname venovať fotónickým vlastnostiam, či interakcii so svetlom. Tieto štruktúry nám jasne ukazujú svoju multifunkčnosť že môžu byť samočistiace, veľmi pružné a majú dobré optické vlastnosti, takže ich možno využiť na výrobu vode odolných farieb. Ale farba musí zabezpečiť aj to, že sa na povrchu neudrží špina, aby optické vlastnosti zostali zachované. Tieto príklady odkrývajú nové možnosti a tie sa stávajú realitou vďaka kľúčovým technológiám 21. storočia, ako je napríklad nanotechnológia. Mnohé veci sú stále vzdialené, ale z laboratórií vychádzajú stále nové materiály s nezvyčajnými vlastnosťami. Ovládnutie nanosveta môže byť rozhodujúcim krokom v kultúrnom vývoji ľudstva. Čerpali sme prírodné zdroje dlhý, dlhý čas, niekedy až príliš. Asi pred desaťtisíc rokmi sme sa naučili zvieratá zdomácňovať, namiesto hľadania medu si včely sami chováme, zdomácnili sme ich. Toto je ďalšia fáza našej evolúcie, pretože namiesto zberu výrobcu produktu, či chovu a zdomácnenia výrobcu produktu sme sa výrobcom produktu stali my sami. Príklad: Namiesto nosenia kožušiny striháme vlnu a meníme ju na textil. Ďalším logickým krokom preto je vyrobiť si vlnené vlákna sami. Niečo podobné sa už istý čas robí. Surová nafta sa využíva na výrobu syntetických vlákien s názvami ako nylon, perlon, či dralon. Dnes už máme rôzne materiály, čo napodobňujú vlastnosti prírody. Ale dá sa to už považovať za biomimikry? Čo hľadáme, nájdeme vo výrobe outdoorových odevov. Ich výrobcovia biomimetické vlastnosti umelých vlákien hrdo propagujú. Poprosili sme textilného odborníka Waltera Zogga, preskúmať niektoré textílie, ktoré hrdo predstierajú dômyselnosť prírody. Pracuje na Švajčiarskej textilnej škole v Zurichu. Bližšie sa pozrie na syntetické tričká, vyrobené dvoma rôznymi firmami. Obe tvrdia, že používajú najnovšie vedecké poznatky. Ale je v týchto okázalých vyjadreniach niečo pravdy? Oba tieto výrobky inšpirovalo rovnaké zviera, bobor. Kožušina bobra dokonale spĺňa niekoľko funkcií. Je vodeodolná, pretože má vrchnú vrstvu dlhých, tvrdých a mastných chlpov, takzvaných ochranných chlpov. Tieto 5 6 centimetrov dlhé chlpy majú tvar hrotu kopije. Sú ploché a špicaté. Ochranné chlpy sú na sebe navrstvené tak husto, že k spodnej kožušine neprenikne žiadna voda, prakticky telo uzavrú. Druhá dôležitá funkcia bobrieho kožucha, drží ho v teple aj v mrazivo chladnej vode. Tú plní kožušina pod ochrannými chlpmi. Keď tieto odhrniete, uvidíte veľmi jemnú spodnú kožušinu. V minulosti bobra lovili práve kvôli nej, jednej z najhustejších a najteplejších. Na jednom štvorcovom centimetri je 23 tisíc hebkých chĺpkov. Toto je mimoriadne účinné pri uchovávaní izolovaného vzduchu. 7 12 mikrometrov tenké chĺpky bobrej kožušiny sú jemné ako merino či kašmír. Ako však obstoja tieto biomimetické textílie v porovnaní s bobrím kožuchom? Jedným z bobrom inšpirovaných kusov je turistická bunda, vyrobená z mimoriadne ľahkého, hrubého, vodeodolného materiálu. Druhým je tričko na športy, pri ktorých sa v zime spotíte, beh na lyžiach, či joging. NÁZOV ČLÁNKU: Bobor dokáže prežiť v chladnom a vlhkom prostredí. A aký je prvý Zogov dojem? Je tu bobria kožušina vôbec dobrým vzorom? Je to dosť prehnané, ale iste, v princípe ak si to vezmete, musíte uznať, že bobor sa nepotí. Má výborné chladenie, respektíve zahrievanie. A prirodzene, nič nejde von. Takže zjavne boli napodobnené len niektoré vlastnosti jeho kožušiny. V jednom prípade popis výrobku hovorí o mimoriadne jemných umelých vláknach, jemných skoro ako spodná kožušina bobra. S pomocou švajčiarskeho inštitútu testovania textilu, Walter Zogg analyzuje obe vzorky vlákien pod elektrónovým mikroskopom. Pri tisícdvestonásobnom zväčšení turistická látka vyzerá takto. Pozoruhodné je, že syntetické vlákna sú zvrásnené jemnými ryhami. Toto tu je zrejme nová vec. V tých kanálikoch, ktoré tu vidíme, v tých tmavých častiach, sa voda, pot, či potové výpary, môžu zachytávať a unikať von. Vlákna môžu odvádzať kvapky potu, ale nie je tu ani stopa po dokonalosti živej predlohy. Na druhej strane, druhá látka má na prvý pohľad oveľa jemnejšie umelé vlákna. Tu vidím, že vlákna sú úplne prepletené, takže akoby napodobňujú jemnosť hustých a jemných chĺpkov bobra. Táto látka sa teda do istej miery približuje originálu, zatiaľ čo látka prvej vzorky s ryhami má svoj vlastný dizajn. Podstatné je, že oba odevy sú výborné na športovanie v chlade. Mikrovlákna odvádzajú pot a zároveň udržiavajú teplo, tak ako iné športové oblečenie, ktoré sa neodvoláva na biomimetiku. Výrobok mi pripadá v poriadku, ale reklama v niečom veľmi preháňa. Menej by možno bolo viac. Príroda prosto dobre predáva. Pohodlný kožuch bobra, to znie presvedčivo. Takže, ako sa môže textilný priemysel zdokonaľovať vďaka biomimetike? Ruedi Stolz sa venuje horským športom už vyše 40 rokov, a predáva aj potrebné oblečenie. Za ten čas videl prísť a odísť mnoho trendov. Spýtali sme sa na jeho subjektívny názor. Čo sa podľa neho predáva najlepšie? V súčasnosti nonstop príroda vlna, vlna, vlna. Presnejšie veci z merino vlny, vyrobené z prírodného zdroja namiesto surovej ropy. Biomimikry žiada, aby bol výrobok do čo najvyššej miery vyrábaný obnoviteľne. Sú princípy obnoviteľnosti automaticky súčasťou výroby, keď napodobňujeme vlastnosti organizmov? Potenciál je v tomto ohľade nepochybne veľký, pretože naše vzory sú všetko ideálne príklady obnoviteľnosti, aspoň ak ide o zdroje. Možno nie každý organizmus z dvadsiatich miliónov, ktoré poznáme, je plne vyvinutý v oblasti optimalizácie zdrojov, ale veľký potenciál tu je. Avšak to vôbec neznamená, že všetko, čo vyrobíme, je vždy aj obnoviteľné. Hlavne, keď si selektívne vyberieme len niektoré aspekty prírody kvôli zisku, riskujeme, že uškodíme prírode v mene prírody. Kto zaručí, že my ako druh, vyzbrojený zbraňami prírody, nebudeme planéte škodiť ešte viac, ako doteraz? Tak ako všetky technológie môžu byť využité i zneužité, škodlivé i prospešné, nakoniec nás musí chrániť viac, než len diskusie etika a výsledné jasné pravidlá. Namiesto toho sa musíme od začiatku snažiť plne pochopiť všetky aspekty skúmaných organizmov. Ak ich pozorujeme v ich prirodzenom prostredí, možno sa vyhneme chybe napodobniť len jeden aspekt, ktorý nám pripadá najvýnosnejší. Jemné vlákna, upradené húsenicami, alebo v tomto prípade pavúkmi, sú považované za zázrak prírody, ak ide o pevnosť v ťahu. Ale sú aj viac. Sú systém. Jedna z vecí je, že majú v sebe neuveriteľne dômyselný mikro, miniatúrny tkací aparát. Neuhryzneš ma, však? Takže, majú sedem druhov naozaj miniatúrnych tkacích orgánov, ktoré vytvárajú dômyselné materiály a navyše ich tvoria veľmi ekologickým spôsobom, pretože ako lepidlo používajú iba vodu, nepoužívajú škodlivé organické lepidlá, či koncentrovanú kyselinu sírovú ako my, pri výrobe niektorých plastov. Ich materiál je biologicky rozložiteľný. Dúfam, že mi nevylezieš na tvár, ďakujem. A pri rozklade navyše slúži ako pomalé organické hnojivo. Nielen kvôli týmto environmentálnym výhodám mnohí vedci skúšajú vyrobiť umelé pavúčie vlákno. V tomto laboratóriu v Oxforde z pavúkov ich vlákna doslova doja, aby záhadu rozlúštili. Pavúky majú rôzne žľazy na tvorbu vlákien rôznej hrúbky. Tento pavúk má štyri, ktoré vie použiť v rôznych kombináciách. Keby ste utkali tričko z toho najsilnejšieho, bolo by nepriestrelné. Pavúčie vlákno je tvorené zmesou rôznych proteínov, na rozdiel od našich polymérových, vyrobených z fosílneho uhlíka. Pre Davida Knighta je vec jasná. Ak chcete vyrobiť také dobré vlákno ako pavúk, musíte ho vytvárať ako pavúk. Knightov experimentálny prístroj možno nevyzerá ako pavúk, ale napodobňuje celý jeho systém. Jeden výsledok sa už dá vidieť. Opatrne vyťahuje vlások umelého pavúčieho vlákna. Je to náročné, pretože sa stále ľahko trhá. Keď sa technológia zdokonalí, vývojári už vidia veľmi špecifické využitie. Máme vlákno, ktoré má obrovský potenciál využitia v oblasti medicíny, na výrobu tkaných vlákien či tkaných väzív, poťahových látok na opravu prietrží, či iných poranení tkanív. Možných je veľa rôznych medicínskych využití. Ale prečo práve oblasť medicíny? Hlavný dôvod je, že pavúčie vlákno je vyrobené z neškodných biologických proteínov, a je teda úplne biokompatibilné. Ak ho raz dokážeme vyrobiť v rovnakej kvalite ako originál, výsledkom bude technológia, odpozorovaná od prírody, prírodný proces, ktorý využíva len prirodzený materiálový cyklus a možno ho využiť v mnohých oblastiach. Napríklad pri výrobe tkanín. Aby sa tak stalo, objavy biológov a požiadavky výrobcov sa musia tvorivo spojiť. Napríklad na konferenciách, ktoré spájajú tie najrozličnejšie vedecké odbory. Možno nevyvíjate výrobok, možno namiesto toho vyvíjate službu. Biomimikry sa neobmedzuje len na jeden smer poznania, vedúci od biológie k technológii. Príroda môže poskytnúť rady všetkým odborníkom, vrátane dizajnérov, architektov, expertov na manažment i politikov. Všetci títo ľudia len potrebujú vedieť, že tu je aj iný nástroj na ich zlepšovanie. A je to prostá otázka. Ako by príroda spravila to, o čo sa snažím ja? A môžem sa spojiť s biológmi, aby som získal inšpiráciu? Myslím, že sa to raz stane prirodzenou súčasťou nášho vývojového procesu. Kľúčovou otázkou, ku ktorej sa biomimikry vždy vracia, je materiálový cyklus. Materiály bez ťažby. Ja pochádzam z Montany, kde sa ťaží kameň. A už 50 rokov žijeme s následkami ťažby. A ja dúfam, že s ňou raz skončíme. Keď my ľudia niečo robíme, začíname so surovinou, ktorá obvykle pochádza zo zeme. A zo suroviny vyrábame súčiastky, ktoré hlavne v mikroelektronike obsahujú až 50 rozličných kovov, z ktorých sú mnohé už vzácne. Produkty vyrobené vďaka biomimikry by sa využívaniu vzácnych surovín vyhli. Ďalšou požiadavkou biomimetických výrobkov je nízka spotreba energie pri výrobe. Dnes na výrobu potrebujeme obrovské množstvá energie, hlavne fosílnej slnečnej energie, ktorá bola uložená v zemi po mnoho miliónov rokov. Po skončení užívania sa výrobky zriedka, alebo len čiastočne, ak vôbec, navrátia do materiálového cyklu.06-30_Biomimikry[(073312)20-37-03] Neschopne stojíme pred hrozbou našich vlastných výtvorov. To nás zahanbuje a preto teraz netrpezlivo hľadáme riešenia. A podľa mňa sa celý rad riešení, ktoré vo všeobecnosti fungujú, nachádza v prírode. Veci, ktoré sa dlhodobo presadili, niečo, s čím bez ohľadu na to, v akej kultúre žijete, budete súhlasiť. Že život funguje. Biomimetika, či biomimikry, začala snom človeka o lietaní, stále snívame o prekonaní vlastných hraníc a sme užasnutí, ako dokonalo vyvinuté a prispôsobené sú živočíšne druhy. Tento odbor sa časom už začlenil do rôznych oblastí vedy a výskumu. Napodobnenie prírody je jednou z možností, ako tvoriť nové a lepšie produkty. V podstate všetko, čo vieme navrhnúť a vyrobiť, sa môže inšpirovať genialitou prírody. Ale biomimikry je viac, než len výrobná pomôcka. Príroda nielen vyvíja, ale aj komunikuje, programuje a počíta. Ponúka zlepšenia našim výrobkom, našej výrobe energie, a aj našim formám organizácie. V podstate celému nášmu habitatu. Objavujeme prírodu po malých krôčikoch a učíme sa ju napodobňovať. A zároveň pritom získavame nové nástroje, ktoré musíme používať zodpovedne. Biomimikry už nie je len metóda, stala sa z nej životná filozofia. Cieľom biomimikry je pristupovať k prírode s novým pohľadom, aby sme z nej získali úžitok a nezničili ju. Zelený priemysel. Realita je zatiaľ iná. Doteraz sme stále oddeľovali niekedy romantickú, a niekedy krutú prírodu, a premúdreho Homo sapiens. Možno prišiel čas tento prístup zmeniť. Podľa mňa čím skôr si uvedomíme, že sme súčasťou prírody, a preto podliehame rovnakým pravidlám. Pravidlá, ktoré sú v prírode normou, sú podmienky fungovania, princípy, podľa ktorých organizmy žijú miliardy rokov. My proti nim nie sme imúnni. Budeme súdení prirodzeným vývojom. Naše technológie budú súdené, či sú prispôsobené dobre, alebo nefunkčne. Buď sú pre život dobré, alebo život ničia. A je zaujímavé, že my si môžeme zvoliť pozitívny prístup, a nie ten negatívny. Je to rozhodnutie, ktoré musí urobiť každý za seba. Ale nádej tu je.

Pridaj komentár

Vaša e-mailová adresa nebude zverejnená.