Bionika – technologie budoucnosti

V minulosti se přírodou nechalo inspirovat mnoho vynálezců či vědců a rozhodně ne nevýznamných, například i Leonardo da Vinci. Dnes, na prahu 21. století, se začíná dostávat do povědomí mnoha lidí věda založená na obdobném principu „opisování“ od přírody, bionika, vědní obor založený na spojení biologie a techniky.

Přestože se jedná o vědu poměrně mladou, už teď je jasné její široké využití. V přírodě totiž můžeme nalézt mnoho "patentů", které by se daly využít v našem životě. Některé z nich již použity byly. Jiné však na své objevení a převedení do praktického života ještě čekají. Biologové jim často nevěnovali pozornost, protože neznali problémy techniky nebo si mysleli, že již podobná řešení existují. Tak byly přehlíženy i patenty nebo „zlepšováky“ nemající v technice obdoby.

Kdo je to bionik?
Dnes již mnoho univerzit přijalo bioniku jako samostatný studijní obor. Bionikovi se dostane jak základního technického a biologického vzdělání, tak i vědomostí o vzájemném propojení těchto dvou oborů. Po nabytí vyjmenovaných znalostí se už může specializovat na jednotlivou oblast bioniky. Například pohybovou bioniku nebo bioniku architektury. Je tak pro něj později snazší vyhledávání patentů v přírodě i jejich následné převedení do technické praxe. Přírodní vynálezy totiž nelze do techniky přepsat přes kopírák, je nutné zpracovat je do použitelné podoby.
V přírodě tedy existuje mnoho důmyslných věcí, stačí je „jen“ najít. Právě to ale bývá většinou tou nejtěžší věcí. Bionikům tak nezbývá nic jiného, než dál a dál zkoumat různé živočichy, rostliny, mikroorganismy... A naleznou-li něco, co by se dalo využít, musí daný objekt přesně popsat. Poté následuje další poměrně náročný úkol-převedení daného objevu do praxe. Pokud se povede i to, může se vynález začít používat.
Ukázkou toho, jak může být bionika užitečná, jsou například dva „přírodní vynálezy“, jejichž obdoby už v technice existují. Jedná se o lotosový efekt a pavoučí hedvábí.

Lotosový efekt
Tento přírodní vynález spočívá ve zvláštním povrchu se speciální mikrostrukturou odpuzující vodu. Díky tomu je možné z něj (jako v přírodě z lotosového listu) smýt jakýkoli prach, saze nebo barvu trochou vody. Její kapky k němu totiž nepřilnou jako k hladkému povrchu, ale stanou se z nich kuličky. Tím nečistotu na povrchu neposunou, jako kapky na hladkém nebo jiném neupraveném povrchu, ale případné částečky smetí vezmou s sebou a odstraní je tak najednou pryč. Vědci tudíž došli k zajímavému a selskému rozumu odporujícímu závěru. A sice, že nečistoty se smývají lépe z drsného než z hladkého povrchu. Samozřejmě, povrch musí být náležitě upraven, ale i tak by to napadlo málokoho. V přírodě však můžeme tento jev nalézt u mnoha rostlin. Nejvýraznější je u lotosu indického, podle kterého je také pojmenován.
Tento „samočisticí efekt“ byl popsán už v roce 1977. Bez povšimnutí však zůstal asi 12 let, než jej Wilhem Barthlott v roce 1989 začal opět studovat. Při tom také popsal dalších dvě stě rostlin s listy odpuzujícími vodu. Po důkladném popsání jevu se mu o sedm let později (1996) povedlo společně s jeho kolegou Nienhuisem vytvořit a předvést uměle vytvořený povrch na stejném principu.
Záhy po představení prvního „samočisticího povrchu“, začaly zkoušky jeho rozsáhlého využití. Zvláště u věcí, které jsou při používání vystaveny povětrnostním podmínkám (prachu i jiným nečistotám), je takovýto povrch obrovskou výhodou. Křehká mikrostruktura náchylná k poškození sice nedovoluje použít tuto úpravu povrchu například u obuvi, ale i tak je oblast jejího možného využití široká. Jedná se konkrétně o velké skleněné plochy – třeba zasklení budov. V současnosti je již na trhu speciální barva, která dělá vnější stěny a střešní tašky omyvatelnými (ovšem nač je umývat, stačí přece počkat na další slejvák :).

Pavoučí hedvábí
Pavoučí hedvábí, neboli biosteel (bioocel) má lepší technické vlastnosti než kterákoliv jiná syntetická vlákna špičkové kvality. Jednou z jejích hlavních předností je pevnost. Pavučina je několikrát pevnější než vlákno z oceli stejné tloušťky! Dalšími výhodami jsou pružnost, tedy elasticita a plná biologická odbouratelnost, neboť pavoučí hedvábí se skládá pouze z uhlíku a vodíku. Díky všem těmto aspektům by se z něj dala vyrábět spousta různých věcí od neprůstřelných vest až po vlasce k lovu ryb.
Hlavním problémem je ale získávání biooceli, neboť při tak širokém využití jsou pavoučí vlákna velmi žádána. Pavučiny se dají samozřejmě sbírat rovnou v přírodě. Ovšem taková vlákna jsou plná nečistot, což znemožňuje jejich další zpracování. A tak se objevily první „pavoučí farmy“, ve kterých byli pavouci chováni. Bohužel se začali vzájemně požírat, takže za několik týdnů jich z původního počtu nezbyla ani polovina. S důmyslným nápadem pak ale přišla firma Naxia Biotechnologies. Začala se získáváním pavučin z mléka geneticky upravených zvířat, konkrétně koz. Do jejich vajíček se přidá pavoučí gen pro tvorbu vláken, následně oplodní a vloží do těla matky. Mléko této geneticky modifikované kozy pak obsahuje bílkoviny potřebné právě k tvorbě pavučin. Při zpracování prochází mléko různými úpravami, po kterých se na jeho dně usadí sedimenty-proteiny pavoučího hedvábí. Ty se rozpustí ve vodě, čímž vznikne nazlátlá tekutina, ze které se pak vyrábí samotné vlákno. A to tak, že se nechá stříkat tryskou. Při tomto procesu se z tekutiny odpařuje voda a vzniká vlákno podobné tomu pavoučímu. Věrně podobné, nikoli totožné, neboť je složeno jen z jednoho druhu bílkoviny, čímž poněkud strádá na pevnosti. Ovšem i tak se jedná o velký úspěch. Cesta výzkumu je navíc stále otevřená, takže vytvoření umělých pavoučích vláken s přesnými vlastnostmi těch přírodních nemusí být až tak vzdálené. Vše záleží na vědcích a firmách věnujících se tomuto materiálu. I bez toho je ale biosteel vynikajícím materiálem a je jasné, že jeho role v mnoha oborech bude významná.

Historie
Za zakladatele bioniky bývá často považován Leonardo da Vinci se svým létacím strojem v podobě ptačích perutí. V současnosti patří mezi významné propagátory bioniky a vědce zabývající se tímto oborem prof. Dr. Werner Nachtigall, který v roce 1990 spolu se svými spolupracovníky založil v Sársku „Společnost pro technickou biologii a bioniku“. Z jeho iniciativy byl o tři roky později na zdejší univerzitě založen nový studijní obor „Technická biologie a bionika“.