![]() |
8. Bionika a fyzika
Příroda i člověk se vyvíjeli podle přírodních zákonů. Předpokladem racionální práce je jejich respektování. V přírodě proto může nacházet člověk inspiraci a vzory i pro svou tvořivost.8.1 Úvod do bioniky
Slovo bionika je akronymem ze slov biologie a technika. Biologie (řec. bios = život) je souhrn věd o živé přírodě. Ve starověké filozofii znamenal pojem "fyzika" (starořec. fyzis = příroda) nauku o celé přírodě. Dnes znamená vědu o základních vlastnostech látek a polí. Slovo bionika je staré 40 roků.D. Neumann označil roku 1993 bioniku za vědu, která se soustavně zabývá přeměnou a použitím konstrukcí, projevů a vývojových zásad biologických systémů. Je tedy hraničním oborem mezi biologií a technikou. Využívá poznatků o stavbě a funkcích živých systémů k řešení technických a technologických problémů. Opačný směr působení má biomechanika, jako odvětví mechaniky, která aplikuje zákony mechaniky na činnost a pohyb živých tvorů a jejich orgánů.
Bionika se zabývá biologickými systémy od molekulární a buněčné úrovně až po celé organismy a populace. Člověk jich může využít ke konstrukci originálních výtvorů s výhodnými parametry, např. výzkumem nervové soustavy živočichů s použitím v elektronice a informační technice, studiem smyslových orgánů s využitím v lékařství, zkoumáním struktur a stavby organismů s využitím pro návrh stavebních konstrukcí atd.
Bionika neznamená kopírovat přírodu, ačkoliv to někdy stačí. Je hlavně výzvou získat od přírody podněty k tvůrčí práci.
Snad poprvé se člověk obrátil ke vzoru v přírodě, když chtěl splnit svůj sen vzlétnout. Mytický řecký sochař, stavitel a vynálezce Daidalos se vzlétnutím se svým synem Ikarem zachránil z moci krále Minóa na Krétě. Daidalos vyrobil dva páry křídel z peří a vosku. Pro Ikara
skončil let tragicky, když se přes otcovo varování vznesl příliš blízko slunci a vosk roztál.Vědecky zkoumal let ptáků Leonardo da Vinci (1452-1519) a podle výsledků pozorování se pokusil sestavit přístroj k létání. Zdařilý podnět z přírody (žabí stehýnka) dostal L. Galvani (1737-1798). Za "předchůdce" bioniky lze považovat ruského fyzika N. A. Umova (1846-1915), ale zejména německého průkopníka letectví Otto Lilienthala, který se poučil při konstrukci svého kluzáku z prohnutého ptačího křídla. Provedl o
d roku 1891 do 1896 přes 2000 klouzavých letů a dosáhl délky letu až 400 m; při posledním zahynul. Roku 1900 publikoval berlínský inženýr Franz Reulaux svoji dvoudílnou "Lehrbuch der Kinematik" s oddílem o kinematice v “živočišné říši". Ale skutečným průkopníkem bioniky je mnichovský biolog R. H. Francé, který použil výrazu Biotechnika (spis "Die Pflanze als Erfinder", 1920), který se dlouho používal ve smyslu bionika, ale dnes má jiný význam (využití rostlinných a živočišných buněk pro získávání přírodních látek). Francé požadoval spolupráci biologů, přírodovědců, inženýrů a architektů. Daleko dopředu je platná jeho věta: "Die Biotechnik ist der Gipfel der Technik überhaupt" (Biotechnika je vůbec vrcholem techniky) [12].První kongres na téma bioniky se konal v roce 1960 v Daytonu (USA) pod názvem "Žijící prototypy - klíč k novým technologiím". Zde byl použit termín "bionics", takže rok 1960 se považuje za datum zrodu bioniky.
U nás vyšel v roce 1976 překlad knihy í. B. Litineckého: "Bionika" v Praze v SPN, avšak bionice jako cestě k nové technice věnoval u nás největší pozornost Miloslav Wimmer.
Uvádí vývoj přírodní konstrukce přesličky za 450 milionů let a v analogii s ním vývoj stropních konstrukcí s předpovědí vývoje v budoucí bytové výstavbě, kterou publikoval už v roce 1952; předpověď se během dalších 40 let splnila. Podle vývoje přesličky se dalo předvídat, že se hmotnost nosné obvodové i vnitřní stěny o hmotnosti 148 tun na byt zmenší vylehčením příčné stěny na 138 tun. Skelet ve své montované verzi snížil hmotnost na 75 tun a při provedení s kazetovým stropem na 65 tun. Už tehdy se jako perspektivní jevil hřibový strop. Pro konstrukce zastřešení velkých prostorů hal může být vzorem p a v u č i n a. Poučení skýtají mravenci a jejich "stavby" s klenutými chodbami a obrannými systémy.
Položme si však otázku: "Je příroda a její výtvory v dnešní podobě vrcholem dokonalosti? Je v nich možné vidět dosažení ideálu z hlediska funkce a spotřeby energie a hmoty?" Některé výrobky člověka na základě fyzikálních zákonů jsou skutečně citlivější než analogické výtvory přírody (ve smyslových orgánech například mikrofon ve srovnání s uchem). Je však nepochybně mnohem více takových, které jsou pro člověka zatím (trvale?) nedostupné, např. projevy psychiky, schopnost vlastní reprodukce. Přesto je mnoho podnětů a vzorů v živé přírodě, které jsou zatím nevyužity a čekají na odhalení tvořivým géniem člověka.
Ale nejen živá příroda, i příroda "mrtvá" nabízí člověku podněty pro tvůrčí práci a realizaci mimořádně hospodárných konstrukcí z hlediska úspor materiálu a energie. Vědním základem je f y z i k a a výsledkem jsou optimalizované plochy, tvary a struktury inženýrských děl (OPTS), definované účinky fyzikálními, technologickými a prostředím. Některé výtvory takto definované, používal člověk a inženýr odedávna. Jako soustavná disciplína se tento směr originální tvorby u nás poprvé představil na pracovním semináři Komise statiků při Stavební společnosti ČSVTS v roce 1983. Některé z příspěvků byly publikovány v Acta polytechnica ČVUT.
