Od přírody bychom se mohli učit donekonečna

Představte si včelu medonosnou obtěžkanou nasbíraným nektarem, jak přilétá k rozevřenému květu. Fouká lehký boční vítr. Včela přizpůsobí směr letu závanům větru, zpomalí, chvíli se vznáší na místě a pak přistane přesně uprostřed květu, který se pohupuje ve vánku. Je to neuvěřitelná ukázka leteckých schopností, o to více, že tento „stroj“ váží pouhých 100 miligramů. Mnozí inženýři by něčeho podobného rádi dosáhli u strojů, které vyvíjejí v laboratořích. Zatím to nedokážou, ale jsou na dobré cestě.

Bio design

Vědci z holandských univerzit ve Wageningu a v Delftách pracují společně na vývoji dronu, který létá jako hmyz: je ovladatelný, lehký a mává křídly. „Nepokoušíme se přesně napodobit přírodu,“ říká Johan van Leeuwen, profesor experimentální zoologie ve Wageningenu. „Ani by to nebylo možné. Přírodní designy jsou dokonalé a nedají se přesně okopírovat. Chceme ale rozumět mechanismům, které v přírodě pracují, a inspirovat se jimi ve vývoji bio designů,“ vysvětluje. Podle jeho slov se tento způsob vyvíjení designů v posledních letech velice rozmohl. Dřív nebylo jednoduché získat financování takového výzkumu, dnes už to – po tolika úspěších – není takový problém. „Všem to připadá logické,“ říká Johan van Leeuwen. Takový výzkum je pak velice interdisciplinární. „Musíte k němu mít znalosti ze zoologie, mechanické dynamiky a aerodynamiky.“ Na vývoji nového dronu pracuje Florian Muijres, vědec, jehož původním oborem bylo letecké inženýrství. Kromě jiného má k dispozici 3D kameru zachycující 13 500 snímků za vteřinu.

„Nejde jen o druh pohonu inspirovaný přírodou,“ říká Florian Muijres, „ale především o jeho ovladatelnost. To je něco, co hmyz, ptáci a netopýři umějí velmi dobře. Stačí, když chvíli pozorujete kolibříka v akci. Umí létat rychle a efektivně, vznášet se a obratně manévrovat. Toho může dosáhnout jen proto, že mává křídly. Díky křídlům dokáže optimálně využívat vzdušné proudy,“ vysvětluje.

Dokonalá včela a nedokonalý dron

Dlouho se nevědělo, jak to hmyz vlastně dělá. Dnes toho díky moderním kamerovým technikám a počítačovým modelům víme o mnoho více. „Jakmile jsme měli tyto biologické znalosti, mohli jsme je využít při sestavování robota,“ říká Florian Muijres. Vědce také zajímalo, jak se hmyz orientuje v prostoru, a právě to bylo díky robotickému modelu postupně možné zjistit. „To je okamžik, kdy se z inženýrského teritoria přesouváme na pole vědy,“ konstatuje holandský vědec. „Biologie pomáhá inženýrům při sestrojování robota a ten robot pak pomáhá biologům lépe porozumět přírodě. Tato vzájemná propojenost a spolupráce je zajímavá. To je to, co činí náš projekt tak neobvyklým a cenným,“ poodhaluje roušku vědeckého výzkumu Florian Muijres.

Znovu se podívejme, jak elegantně přistává včela na květině. Čím níže slétává, tím je pomalejší. „Tuto schopnost bychom chtěli zabudovat do robota,“ svěřuje se. Biology napadlo, že včela reaguje na to, jak se květina zvětšuje, když se k ní přibližuje, a podle toho uzpůsobuje rychlost svého letu. „Ale když tento princip zabudujete do dronu, nefunguje to. V určité vzdálenosti od květiny se dron začne třást. Je to proto, že v umělém přístroji vždycky dochází k prodlevě v předávání obrazů a informací,“ vysvětluje výzkumník. A tak se vědci na včelí přistávání podívali znovu a důkladněji. Zjistili, že včela v určité vzdálenosti od květiny ve vzduchu jakoby poskočí. „V současnosti se domníváme, že i včela cítí, že se začíná třást, a tak nadskočí, aby svůj let upravila a zkorigovala. Pro nás by to mohl být moment, kdy dron vysune nohy a připraví se na přistání,“ zamýšlí se.

Výzkum mořských koníků přinesl inspiraci k sestavení podmořského robota. Mořský koník má velmi nezvyklý způsob pohybu: odstrkuje vodu svými maličkými ploutvemi. Ocásek používá jen k tomu, aby se mohl zachytit na vodních rostlinách. Průřez jeho ocásku není kulatý, ale hranatý a samotný ocásek se skládá z tvrdých plotének, které jsou spolu dokonale propojené. Díky tomu je koníkův ocásek bytelný a pružný zároveň a právě to je perfektní pro robota, který se potřebuje pohybovat po mořském dně a zachytávat se vodních rostlin.

Další výzkum studuje nohy stromových žabek. Vědci na jejich nožkách odhalili velmi složité struktury, díky kterým jsou žabí chodidla velmi ohebná a dokážou se udržet v podstatě na jakémkoli povrchu. „Žabí chodidla fungují podobně, jako když mezi dvě skla nalijete trochu vody. Mohli bychom se tu inspirovat třeba při výrobě nových adhezivních materiálů. Především se ale nyní snažíme vyvinout pinzetu pracující na podobném principu tak, abychom jí byli schopni uchopit předměty s mokrým povrchem, například křehké tkáně během chirurgických operací,“ říká Johan van Leeuwen.