Dnešní Nedělní speciál míří na Vysoké učení technické (VUT) v Brně. Její výzkumníci totiž stojí v čele projektu Strojní inženýrství biologických a bioinspirovaných systémů. Ten odstartoval začátkem září a má směřovat k vývoji nové generace implantátů nebo unikátních materiálů pro průmysl a dopravu. Projekt pěti českých institucí uspěl v grantové výzvě Špičkový výzkum a byl doporučený k financování s půlmiliardovým rozpočtem po dobu pěti let.

Klíčem k úspěchu je spojení více disciplín

„Věřím, že jedním z klíčů k úspěchu našeho projektu je jeho multidisciplinarita. V samotném strojírenství už není příliš prostoru pro přelomové objevy; ty se odehrály v 19. a 20. století a byly pro lidstvo zásadní. Neznamená to, že strojírenství už není důležité, ale že musíme jít na okraj oboru, kde se stýká s jinými disciplínami. Můžeme dospět k zásadním objevům,“ uvedl Martin Hartl z Fakulty strojního inženýrství VUT v Brně, který stojí v čele projektu.

Budou zkoumat nulové tření

Vedle odborníků z VUT proto budou na projektu pracovat třeba i chemici, materiáloví vědci či odborníci na 3D tisk. Do výzkumu se zapojí přes 150 vědců a vědkyň z pěti českých výzkumných institucí. Týmy z VUT se plánují věnovat například výzkumu jevu nulového tření. „Procesy tření jsou všude kolem nás a někdy jsou dokonce žádoucí – bez tření bychom se nemohli například pohybovat nebo jezdit auty. Jinde jsou ale negativní, například ve strojích. Odhaduje se, že přibližně 23 procent světové spotřeby energie se zmaří energetickými ztrátami spojenými s kontakty těles a se třením, to je obrovské číslo. Kdyby bylo tření nulové, klesnou ztráty a tím i spotřeba energie. Proto nás tento jev tak zajímá,“ vysvětlil Hartl s tím, že inspiraci chtějí vědci brát v přírodě. „Například v lidských kloubech je tření velmi malé,“ dodal.

Propojení světa přírody a strojů je základní myšlenkou výzkumného projektu

Bádání má probíhat ve dvou směrech: inspiraci z přírody přenést do strojů a naopak mechatronická řešení přenést do přírody, například v podobě nové generace implantátů. „Jedním z cílů výzkumu je vývoj materiálu, který bude mít gradientní strukturu a bude napodobovat strukturu kosti. Měl by mít schopnost vhojení se do těla. A také by měl mít depotní schopnost, to znamená, že by obsahoval léčiva, která po implantaci urychlí proces hojení. Jde tedy o praktický přínos pro společnost, ačkoliv je férové dodat, že cesta od prototypu do lidského těla je poměrně dlouhá,“ uvedl Hartl.

Druhý směr míří k vývoji nových materiálů

Druhý výzkumný směr přináší inspiraci přírodou do světa strojů a směřuje k vývoji nových materiálů a součástí vyrobených pomocí aditivních technologií. „Má jít o odlehčené struktury, které se dají použít v letectví a kosmonautice, mohu mít paměťový efekt nebo kontrolovanou absorpci energie. Hierarchické materiály s implementovanými piezokeramickými členy, které tvoří aktivní část, která je schopna detekce, výroby energie nebo i aktivní změny mechanické odezvy. Otevírá se před námi možnost tvorby nepřeberného množství materiálů, které mohou být navrženy přesně na míru dané aplikaci,“ vysvětlil odborník na materiály Pavel Hutař z Ústavu fyziky materiálů Akademie věd ČR.

Inspirace v přírodě se lidstvu už mnohokrát vyplatila

Například zkoumání gekona, který zvládá běhat po stropě hlavou dolů, vedlo k hlubšímu pochopení jevu zvaného adheze. Dalším příkladem je lotos: i když vyrůstá v bahnitém jezírku, jeho listy jsou dokonale čisté, což vedlo ke zkoumání jeho samočisticích schopností. Vědci pak využili nanotechnologii k tomu, aby tento efekt napodobili a vytvořili tak povrchy, které mají podobné vlastnosti.