Domů     Přírodní technologie: Kde se vynálezci inspirovali?
Přírodní technologie: Kde se vynálezci inspirovali?
22.8.2021

Pro mnoho vynálezů a věcí, které běžně používáme, byla konstruktérům inspirací samotná příroda. Co jiného by mohlo lépe fungovat? Tomuto odvětví se říká biomimetika. Které přírodní „samovolné“ vynálezy tedy dokázalo lidstvo napodobit?

Suchý zip si vzal příklad z bodláku

Za vynálezce suchého zipu je pokládán Švýcar George de Mestral. K jeho objevu mu podle tradovaného příběhu pomohla náhoda. Stalo se to jednoho dne, když se vrátil z lovu.

Ve chvíli, kdy svlékal výstroj, si všimnul, že jeho psovi z této procházky uvízly v srsti bodláky lopuchu.

Tyto pichlavé součásti rostliny začal ze psí srsti vyndávat, ale šlo mu to jen velmi stěží, což jej zaujalo, a tak ještě tentýž večer si vzal bodlinu pod mikroskop a na jejím konci spatřil háčky.

A právě v tu chvíli se v něm zrodil nápad na suchý zip, známý po celém světě jako Velcro (složený název z francouzských slov „velu“ neboli samet a „rachet“, tedy háček). Objev se mu podařilo patentovat v roce 1955.

Na princip suchého zipu přišel Švýcar George de Mestral. Foto: Shutterstock
Na princip suchého zipu přišel Švýcar George de Mestral. Foto: Shutterstock

Jak to vlastně funguje?

Suchý zip se vyrábí tkaním nylonového vlákna tak, aby se dal snadno rozpojovat. Zároveň je jeho odpor vůči bočním silám velmi silný.

Ve velké míře se používá v textilním průmyslu, v 60. letech ho využívali vesmírné programy pro přichytávání nástrojů a nákladů, aby zabránil volnému poletování věcí v beztížném stavu. Jeho výhodou je jednoduchá manipulace a také to, že funguje i pod vodou.

Co jsme opsali od pavouků?

Nad mechanickými vlastnostmi pavoučích vláken žasnou vědci už více než století. Nejzajímavější je hlavně pavoučí závěsné vlákno s tloušťkou desetiny lidského vlasu, které disponuje pevností několikanásobně větší, než mají ocel či kevlar.

Nejpevnější známé pavučiny má madagaskarský pavouk, který spřádá svoje sítě nad toky řek od jednoho břehu k druhému. A i když pavučiny vzdorují silnému větru, vydrží.

Právě tyto pavučiny se staly předlohou pro materiál, z něhož se vyrábějí například neprůstřelné vesty. I tak je pavučina stále desetkrát silnější.

Vědci zkoumali i pevnost pavoučích pavučin. Foto: Shutterstock
Vědci zkoumali i pevnost pavoučích pavučin. Foto: Shutterstock

Základem je bílkovina

Vědci se pokoušeli získat materiál od pavouků žijících ve volné přírodě, ale neuspěli. Selhal i následný pokus o velkochov pavouků. Hejno se totiž kvůli kanibalismu neustále zmenšovalo. Nakonec se kýžený produkt podařilo získat díky genovému inženýrství.

Surovinu pro výrobu materiálu, který byl pro své vlastnosti nazván BioSteel, neboli biologická ocel, produkují transgenní kozy, kterým byl do dědičné informace zabudován gen pro výrobu pavoučího vlákna.

Gen pro bílkovinu pavoučího vlákna byl totiž spojen s kozí mléčnou bílkovinou, a tak se v mléce nachází v rozpuštěném stavu, a to aniž by měnil fyzikální či chuťové vlastnosti mléka. K vysrážení „pavoučiny“ dojde po snížení pH mléka.

Z takto získané bílkoviny se následně upřede vlákno, které je vysoce mechanicky odolné. Má asi třikrát vyšší odolnost než stejně tenké vlákno z kevlaru.

Využití je vskutku široké od padákových lan přes ochranné vesty až třeba po lana zachytávající letadla po přistání na letadlových lodích.

Vlak rychlý jako ledňáček

Proslulé japonské vlaky Šinkanzen se prohánějí po kolejích rychlostí až 320 km/hod. a stále patří mezi nejsvižnější vlaky světa. Na počátku provozu v 60. letech minulého století se však potýkaly s velkou hlučností.

A problém masivního hluku eskaloval zvláště tehdy, když vlak projížděl tunelem a před sebou doslova hrnul vzduch, který vydával nepříjemné a silné zvuky. Problém vyřešil až vášnivý ornitolog, inženýr Eiji Nakacu, který hledal způsob, jak závadu vyřešit.

K vytvoření dokonalé povrchové úpravy vlaku se inspiroval sovami, které dokážou i přes svou značnou hmotnost létat naprosto bezhlučně. I vlak se poté ztišil.

Díky inspiraci od ptáků, nečelí Šinkanzen tolik odporu větru. Foto: Shutterstock
Díky inspiraci od ptáků, nečelí Šinkanzen tolik odporu větru. Foto: Shutterstock

Tvar jako ledňáček

Jenže problémy při vjezdu do tunelů přetrvávaly i po oné „soví úpravě“. A ornitolog si vzpomněl na dalšího zástupce ptačí říše – napadl ho totiž ledňáček.

Tito modří ptáčci totiž v přirozeném prostředí při lovu bleskově střídají řídký vzduch s malým odporem a vodu, která má naopak odpor velký.

Proto Eiji Nakacu upravil přední část vlaku do tvaru, jenž se velmi podobá ledňáččímu zobáku, a tak se podařilo redukovat hluk i třes, který při vjezdu vlaku do tunelu vznikal. A nejen to.

Jako bonus došlo i ke snížení spotřeby elektrické energie o 15 procent a o zvýšení rychlosti o 10 procent.

Hřejivá kombinéza díky bobrům

Bobři patří mezi poslední žijící zástupce čeledi bobrovitých. Žijí převážně v blízkosti vody, kde si z pokácených stromů, větví a hlíny budují hráze, ve kterých si stavějí svá hnízda. Stromy kácejí dolními řezáky, a horní zuby jim slouží jako účinná páka.

Bobři jsou schopni porazit strom o průměru jednoho metru. Ale hlavně mají zajímavou skladbu srsti, kterou tvoří jemná podsada, krytá hrubšími pestíky.

Vlastnost bobří kožešiny se hodili pro výrobu obleků pro surfaře. Foto: Shutterstock
Vlastnost bobří kožešiny se hodili pro výrobu obleků pro surfaře. Foto: Shutterstock

Inspirace pro surfaře

Na těle mají bobři silnou vrstvu tuku, která je chrání před chladem ve vodě. A navíc jejich srst dokáže udržet teplou vrstvu vzduchu, která jim zajišťuje nejen tepelný komfort, ale zamezuje tomu, aby jim až na kůži pronikla voda.

To vše inspirovalo inženýry na Massachusettském technologickém institutu, kteří vyrobili speciální kombinézu určenou surfařům pro chladná období.

Je sice vyrobena z tradičního neoprenu, ale její povrchová úprava připomíná bobří kožešinu a nabízí tak překvapivý tepelný komfort.

Ideální lepidlo od gekona

Gekoni jsou vskutku zajímaví tvorové. Na prstech mají zvláštní adhesivní polštářky, kterými se pevně přidržují podkladu, a tak díky tomu rychle a lehce lezou i po svislých stěnách a kmenech stromů.

Využívají také fenomén van der Waalsovy síly, což jsou stručně řečeno přitažlivé a odpudivé interakce mezi molekulami. Tajemství gekoní přilnavosti spočívá ve speciální struktuře, kterou vytvářejí mikroskopické chloupky na spodní straně polštářků nohou a prstů.

Působí sice na velmi omezenou vzdálenost, ale ta postačuje k udržení potřebné zátěže. Díky těmto špičkám tak mohou gekoni viset na stropě dokonce za jediný prst.

Gekoni mají na prstech zvláštní polštářky, díky nímž se drží na povrchu. Foto: Shutterstock
Gekoni mají na prstech zvláštní polštářky, díky nímž se drží na povrchu. Foto: Shutterstock

Ideální lepidlo

Gekoní dovednosti inspirovaly vědce z univerzity v Manchesteru, kteří usilovně pracovali na vytvoření syntetické tzv. gecko-pásky. V roce 2003 se jim to konečně povedlo.

Jejich američtí kolegové následně produkt ještě zdokonalili, a vznikl tak materiál desetkrát lepivější, než je noha gekona. Jedinou nevýhodou oproti jejímu živému předobrazu je, že se musí na materiál působit daleko větší silou, aby se na podklad přilepil.

I žralok může být vzorem

Žraloci se v mořích pohybují velkou rychlostí. To jim umožňuje hlavně zvláštní povrch kůže, která maximálně snižuje tření ve vodě. Jejich kůži totiž pokrývají drobné špičaté šupiny připomínající malé zuby.

Ty pomáhají žralokům v pohybu tím, že vytvářejí víry, které redukují odpor. Výzkumníci z amerického Harvardu zjistili, že tyto výrůstky zvyšují i poměr vztlaku k odporu nosné plochy, a to až 323 %.

Vědci proto otestovali modelové nosné plochy v nádrži s tekoucí vodou a zjistili, že se většina z nich chová tak, jako by tam žádné zubaté šupiny ani nebyly.

Kůže žraloka posloužila výrobcům letadel. Foto: Shutterstock
Kůže žraloka posloužila výrobcům letadel. Foto: Shutterstock

Žraločí létání

Vlastnostmi žraločí kůže se inspirovali konstruktéři letadel a vyzkoušeli proudění vzduchu a turbulenci kolem žraločí kůže v aerodynamickém tunelu. A odtud již byla jen krátká cesta k vývoji speciálního povrchu trupu letadel.

Při dalším studiu se navíc ukázala i další schopnost žraločí kůže – odpuzovat choroboplodné organismy. A tak se nátěr podobný žraločí kůži dnes používá například v nemocnicích či laboratořích.

Velryby pomáhají s turbínami

Velryby křižují oceány po velmi dlouhou dobu a dokážou bez potíží překonat značné vzdálenosti, a to až tisíce kilometrů. V tom jim pomáhají speciální hrbolky, které mají na ploutvích.

Výzkumníci z námořní akademie Spojených státu a univerzity v Duke zjistili, že tyto hrboly na předních ploutvích snižují odpor vody o 32 % a zároveň zvyšují vztlak o 8 %. Princip je podobný jako v případě žraločí kůže.

Hrbolky vyvíjejí prostorový třídimenzionální proud. Ovšem každý hrbolek vytváří vír opačný.

Hrbolky, které mají velryby na ploutvích, vytváří vír. Foto: Shutterstock
Hrbolky, které mají velryby na ploutvích, vytváří vír. Foto: Shutterstock

Budoucnost turbín

Ploutve se tak staly inspirací pro inženýry, kteří pracovali na konstrukci lopatek větrných turbín, křídel letadel, vrtulí či chladicích ventilátorů.

Prudké poryvy větru z různých směrů vyvíjí na vrtule větrné turbíny tlak a díky hrbolkům mohou stavitelé turbín docílit lepšího nastavení úhlu vrtulí a navýšení otáček, a to vše při zachování maximální bezpečnosti.

Pavouci ještě jednou

Pavouci patří opravdu mezi nejzajímavější živočichy na zemi. Vědce tak zajímá nejen jejich pavučina, ale i celková stavba těla i způsob pohybu. Pavoučí tělo a dlouhé nohy jim umožňují dostat se takřka do každé skulinky.

Právě na tom postavili konstruktéři z německého Frauenhoferova institutu svůj nový vynález – robota vytištěného přesně podle vzoru pavoučího těla.

Budoucnost záchranářů

Robot by se tak mohl využívat hlavně při záchranářských pracích ve stísněných prostorech a také v prostředích, která mohou být pro člověka nebezpečná. Jednalo by se především o situaci, kdy by došlo k přírodní katastrofě nebo průmyslové havárii.

Vědci předpokládají, že robot by byl vybavený kamerou nebo čidly, které by analyzovaly nebezpečné látky. Na robotovi pracují i Češi.

Software pro pavouka navrhl Jan Bayer z Fakulty elektrotechnické ČVUT. Tento program dokáže robota řídit a získat informace o území, kudy by měl projít. Sám pak navrhne optimální cestu terénem, a záchranáři tak budou vědět, kterou bezpečnou cestu zvolit.

Foto: Shutterstock
reklama
Související články
Věda a technika
Za tajemstvími Mléčné dráhy: Desetiletí mise Gaia
O každém balíčku dat, který tato evropská observatoř odhalí, se mezi astrofyziky mluví jako o „zlatém dolu“ nebo „tsunami“. Nijak nepřehánějí. Gaia už 10 let revolucionizuje vše, co víme o Mléčné dráze. Její úkol se pomalu blíží do finále. Co nás tento hvězdný kartograf naučil o naší galaxii?   Gaia je astrometrická mise. Zabývá se […]
Věda a technika
5 Překvapivě dobrých rodičů v živočišné říši
Když se řekne matka, většina lidí si vybaví krásnou sympatickou ženu, která se usmívá na své malé děťátko. Jistě je to představa správná, avšak nejen mezi lidmi se najdou dobré a obětavé mámy… 1. Slíďáci Slíďáci, nebo též vlčí pavouci, by na žebříčku popularity mezi lidmi asi nestáli příliš vysoko. Jedná se o velmi početnou […]
Věda a technika
Učit se, jíst i vraždit: Co všechno dokážeme ve spánku?
Když spíme, většinou jen ležíme v posteli a oddáváme se snění. Není to ale ztráta času, když by se při tom dala stihnout i řada jiných věcí? Na noc se naše tělo samozřejmě nevypíná, pouze přejde do režimu spánku. Svaly jsou odpojeny, buňky se soustředí na regeneraci, mozek omezí kontakt se světem a třídí staré […]
Věda a technika
Vyrobil vynálezce Josef Božek první českou protézu?
Krvavá řež je 27. srpna 1813 u Drážďan v plném proudu. Řecký kníže Alexandros Ypsilanti bojuje v protinapoleonské koalici jako lev. Stačí ale jeden výbuch a z jeho pravé ruky je pahýl. Válečný invalida si nestýská. Nemůže bojovat? Baví tedy společnost, kamkoli přijde. A zanedlouho funkční pravačkou opět pozvedne sklenku oblíbeného vína… „Osvojíte-li si hodinářské […]
reklama
svět zločinu
Vůdkyně kultu ubije oběti paličkami
V 90. letech minulého století má japonská žena jménem Sačiko Etoová (65) mnoho následovníků. Stojí v čele kultu, jenž uctívá její mystické síly. Podle jejích stoupenců dokáže z lidí vymítat ďábla. Nepoužívá při tom modlitby a symboly, ale speciální bubenické paličky. Sačiko paličkami sví zákazníky bije, dokud z nich všechno zlo nevyžene. V lednu 1995 však její praktiky definitivně […]
Albert Fish: 120 dní Sodomy je proti němu čajíček…
Britská spisovatelka a muzikanta Charlotte Greigová (1954–2014) považuje za hlavní zdroj inspirace pro Hannibala Lectera amerického natěrače a neuvěřitelně perverzního sadistického vraha Hamiltona Howarda „Alberta“ Fishe (1870–1936). U Fishe není kanibalismus žádná výjimka. „Měl jsem předek těla s kousky, které mám nejradši. Jeho ptáčka, varlata a roztomilý, pěkně baculatý zadeček, abych si ho mohl upéct […]
Čtyřnásobný vrah Robert Maudsley: Na svobodě vraždí jen jednou
Britskému sériovému zabijákovi Robertu Johnu Maudsleymu (*1953) se přezdívá skutečný Hannibal Lecter. Je nadprůměrně inteligentní, miluje klasickou hudbu, a když se zeptáte jeho známých, vylíčí vám ho všichni jako vtipného a zdvořilého společníka, který byl vždy každému nápomocen.   Přesto svůj život zřejmě již dožije ve speciální cele o rozměrech 5,5 × 4,5 metru. V […]
Mistři falzifikátoři na českém písečku: Pozor na Zrzavého i Schikanedera!
Učí se o nich v dějinách umění, kdo si v posledních letech koupil jejich pravé dílo, zaplatil miliony. Není se co divit, že u nás i ve světě koluje řada falzifikátů slavných českých malířů.   Ne nadarmo se o něm už v jeho 24 letech mluví jako o „nejnadanějším z akademiků“. Pražský rodák Jakub Schikaneder […]
reklama
lifestyle
3 typicky francouzské věcí, které nejsou francouzské
Co může být víc Francouzského než chlapík, který sedí pod obrazem Mony Lisy a hraje na akordeon. Snad jen chlapík, který končí pod gilotinou, protože má nejen pruhované triko, ale také modrou krev. Mona Lisa Původ: Itálie Každý, kdo zamíří do Paříže, chce vidět alespoň dva hlavní symboly města a možná celé Francie. Eiffelovku a […]
Tajemství gastronomie: Jak se zrodilo carpaccio, sendvič a pizza Margherita?
Co je vlastně carpaccio? Dnes tak můžeme v podstatě nazvat všechno, co nakrájíme na tenké plátky a za syrova podáváme ochucené nebo se studenou omáčkou. Od hovězího masa se název s časem posune i na ryby – konkrétně lososa a tuňáka – a dokonce i na ovoce či zeleninu. Majonézy často nahradí olivový olej nebo […]
Diktát životního stylu: Délku špičky bot určuje král
Boty na tzv. platformě nejsou výstřelkem 20. století. Poprvé se objevily už na konci středověku. Říkalo se jim „chopine“ střevíce s vysokou podrážkou a staly se velmi populárními. Na rozdíl od běžných bot totiž chránily před bahnem a mokrem. První platformy mají korkovou nebo dřevěnou podrážku a vrchní část ze sametu. Jejich výrobě už na […]
Počátky toaletního papíru: Evropa ho dlouho považuje za luxus
První toaletní papír znali už Číňané od 6. stol. n. l. Pro jeho výrobu sloužil nejlevnější papír a rýžová sláma. Císařská dílna vyprodukovala ročně cca 750 000 listů. Na denní spotřebu tedy připadá 2056 listů. Většinu z nich patrně použily dámy, které tvořily větší část dvora. Ostatní národy se s mytím následujícím po tělesné potřebě vypořádávaly různě. Starověcí […]
Nenechte si ujít další zajímavé články
Nepřátelé v naší hlavě: Jak si stojí současná medicína?
21stoleti.cz
Nepřátelé v naší hlavě: Jak si stojí současná medicína?
Ačkoli jsou pro širokou veřejnost stále velkou neznámou, pro lékaře to platí přesně naopak. Počet agresivních nádorů mozku se totiž meziročně zvyšuje. Jen každým rokem si v České republice tuto diagnó
Skrývá, že je těhotná?
nasehvezdy.cz
Skrývá, že je těhotná?
Ještě nedávno to vypadalo, že intenzivně probíhají svatební přípravy. Jenže teď nám anonymní zdroj poskytl informace, že je krásná herečka ze seriálu Zlatá labuť Marta Dancingerové (32) v očekávání.
Delikatesy země galského kohouta
panidomu.cz
Delikatesy země galského kohouta
Francouzská kuchyně má skvělou pověst. Ale nejde jen o takzvanou vysokou gastronomii. Jídla mohou být i docela jednoduchá. Pojďte s námi některá vyzkoušet. Nejlepší cibulačka (4 porce) 1 kg cibule, 60 g másla, 2 lžíce oleje, 2 lžíce mouky, 125 ml suchého bílého vína, 1,25 l hovězího vývaru, 1 bobkový list, 2 lžičky tymiánových lístků, mořská
Nedostavěný chrám v Panenském Týnci
epochanacestach.cz
Nedostavěný chrám v Panenském Týnci
Chrám na křižovatce pozitivní energie… Stavba gotického chrámu nikdy nebyla dokončena, přesto působí monumentálně a patří k nejvzácnějším památkám. A navíc stojí na místě, které svou pozitivní energií dokáže léčit. Když se český rytíř Plichta ze Žerotína v roce 1316 rozhodl v Panenském Týnci vybudovat gotický chrám, rozhodně netušil, že jeho stavba zůstane navěky nedokončena. Nejprve na místě nechal
Japonsko děsí démonická ženská bytost: Co je zač tajemná Hačišakusama?
enigmaplus.cz
Japonsko děsí démonická ženská bytost: Co je zač tajemná Hačišakusama?
Malý chlapec leží v posteli, v prvním patře rodinného domku. Třese se strachy, protože ve tmě za oknem vidí hlavu vychrtlé ženy, jak na něj v úsměvu cení zuby! Nevznáší se ve vzduchu, ta strašlivá pos
Originální dárek na poslední chvíli
iluxus.cz
Originální dárek na poslední chvíli
Anela, česká značka vysoce kvalitní přírodní kosmetiky, vychází zákazníkům vstříc po celý rok. Před Vánoci nabízí dárkové balíčky určené ke komplexní péčí o pleť, celé tělo nebo o miminko. [caption
Moderní rezidence u rovníku
rezidenceonline.cz
Moderní rezidence u rovníku
Rezidence vznikla v rovníkovém Ekvádoru. Betonová stavba rozvržená do tvaru písmene T působí přes svou masivní konstrukci příjemně svěžím, elegantním a odlehčeným dojmem. Tři podlaží, tři obytná kř
Na lavičce v parku jsem si povídala s duchem
skutecnepribehy.cz
Na lavičce v parku jsem si povídala s duchem
S kamarádkou jsme si v našem parku povídaly o vnucích a přípravách Vánoc. Najednou si k nám přisedla cizí žena. Kamarádka ji ale neviděla. Já i můj muž jsme byli vždycky aktivní, hodně jsme cestovali a vedli k takovému životu i naše děti. Když jsme nastoupili do důchodu, snažili jsme se dál alespoň trochu sportovat. Manžel ale před pěti lety zemřel na mrtvičku a já
Dorothy Eady: Dívka, která si vzpomněla na minulý život?
enigmaplus.cz
Dorothy Eady: Dívka, která si vzpomněla na minulý život?
Malá Dorothy se s rodiči prochází po britském muzeu v jeho egyptské části. Z ničeho nic se zastaví u obrazu chrámu faraona Sethiho I. a začne volat: „Tady je můj domov!“ Diví se také, že na fotografii
Skvělý jahodový tvarožník
tisicereceptu.cz
Skvělý jahodový tvarožník
Tvarožník je tuzemskou obdobou italského tiramisu. Ingredience 400 g jahod 120 g piškotů 350 g zakysané smetany 400 g plnotučného tvarohu 2 vanilkové cukry 3 lžíce moučkového cukru 2 lžíce
Dlouhodobou medikací s chatrnému zdraví?
21stoleti.cz
Dlouhodobou medikací s chatrnému zdraví?
Od náhodného objevení penicilinu v roce 1928, jsou léčiva považována za zázrak, který uleví prakticky od jakéhokoli problému. Při nesprávném užívání ale mohou na dalších pár zadělat. Známe to nejsp
Prchal skutečný Baron Prášil před fanoušky?
epochalnisvet.cz
Prchal skutečný Baron Prášil před fanoušky?
Nenápadná německá obec Bodenwerder na počátku 18. století nebyla ničím víc než zapadlou vískou. Když tu na jaře roku 1720 v rodině podplukovníka kavalérie přichází na svět další z osmi dětí, nikdo dva