Téma týdne

Biomimetické materiály – nečekaná řešení

Některé biomimetické materiály jsou již léta používané a mnozí z nás ani netuší, že kopírují mechanismy, vyvinuté jako evoluční strategie konkrétního živého organismu. Mezi ty patří třeba suchý zip, inspirovaný ostnatým plodenstvím lopuchu. Jiné jsou naopak výsledkem vývoje posledních let a tedy zatím méně používané, o to však zajímavější. Vzorky všech níže uvedených materiálů si můžete prohlédnout v knihovně materiálů matériO na pražském Břevnově.

Biomimetické materiály – nečekaná řešení
Biomimetické materiály – nečekaná řešení

Lepidlo z mořských měkkýšů

Nohy některých druhů měkkýšů obsahují žlázu, která produkuje tzv.byssová vlákna. Jejich pomocí se přisedlé druhy, jako jsou například mořští mlži slávky jedlé, mohou pevně ukotvit k hrázím a skaliskům. Byssová vlákna jsou neobyčejně pevná a přitom pružná, čímž se podobají šlachám. Tato lepkavá látka na bázi proteinů má vysokou přilnavost, a to dokonce i ve slané vodě či jiných náročných prostředích.
Zatímco se z byssových vláken mlžů kyjovek už ve starověku vyrábělo tzv. „mořské“ či „byssové“ hedvábí, nyní hledají odborníci možná využití pro lepidlo z mořských měkkýšů. Tato zdravotně nezávadná, vodě odolná a mimořádně účinná lepící látka nachází uplatnění například v lékařství při spojování zlomených kostí či zubů či k výrobě zdravotně nezávadných MDF desek a překližek, prostých toxického formaldehydu.

Gecko tape

Americký biolog Robert J. Full objevil princip, na kterém je gekon schopný zdolávat nejstrmější povrchy či dokonce lézt po skle. Tajemství tkví v mikroskopických chloupcích na spodku polštářků jeho nohou. Každý chloupek se dostává tak blízko k povrchu, po kterém se gekon pohybuje, že jeho molekuly a molekuly povrchu na sebe vzájemně elektrostaticky působí (tzv. Van der Waalsovy síly). Na noze gekona jsou miliony takových chloupků a jejich kombinovaná adhezní síla je pak neuvěřitelná – teoreticky by se na gekona dalo zavěsit asi 45 kilogramové závaží.

Tímto principem se inspiroval tým vědců z univerzity v Manchestru, který v roce 2003 vyvinul nový typ adheziv, tzv. gecko-pásky. Jeden čtvereční centimetr gecko-pásky obsahuje miliony jemných plastových chloupků a může udržet až 1 kg zátěže. Jejich možné využití je široké – například jako pomůcky čističů oken, nové pneumatiky s unikátními vlastnostmi nebo roboti lezoucí po stěnách.

Povrchy se samočisticími schopnostmi

Německý botanik Wilhelm Barthlott, který se na bonnské univerzitě věnoval studiu rostlinných povrchů, zjistil, že list lotosu má mnoho miniaturních hrbolků krytých vrstvičkou vosku. Tento povrch odpuzuje vodu a brání usazování nečistot, které „balancují“ na hrbolcích listu. Kapka vody pak snadno tyto částečky spláchne. Jinými slovy, lotos má samočisticí schopnost.

Tento takzvaný lotosový efekt využil německý výrobce fasádní barvy StoLotusan. Nyní se pracuje na využití lotosového efektu i u jiných výrobků, například samočisticích oken. Samočisticí sklo by mohlo najít uplatnění například v interiérech koupelen nebo automobilovém průmyslu.

Voštinové panely

Výrobci panelů z nejrůznějších materiálů – z papíru, polymeru či dřeva – se inspirovali strukturou včelí plástve a dali vzniknout voštinovým panelům. Jedná se o materiál ze tří vrstev – z jedné plástvové struktury uzavřené mezi dvěma plochými deskami. Tato konstrukce umožňuje rovnoměrné rozložení tlaku na celý povrch desky a díky tomu se panely vyznačují vysokou tuhostí a současně velmi nízkou hmotností. Využívají se běžně v konstrukci dveří nebo lyží, snesou ale i vyšší zátěž a lze je uplatnit i jako pochozí povrchy, případně jako estetický prvek v interiéru (dělící příčky, bary, podhledy). Pokud jsou vnější vrstvy z transparentních polymerů, vynikají tyto panely také vysokou světelnou propustností a působivě odhalují barevnost a strukturu vnitřní voštinové vrstvy.

Textilie barvená bez použití pigmentů

Morphotex je první textilie na světě, jejíž barevnost je dána nanostrukturou povrchu jejích vláken. Napodobuje tak křídla jihoamerického motýla rodu Morpho, ve kterých není obsažen žádný barevný pigment a jejich pestré barvy jsou vytvářeny strukturálním zbarvením. Vlákno Morphotexu má mnohovrstevnatou strukturu z 61 vrstev polyesteru a nylonu o tloušťce v řádu nanometrů s různým refrakčním indexem. Uspořádáním těchto vrstev vznikají variace čtyř základních barev - zelené, modré, červené a žluté - v závislosti na úhlu dopadu a intenzitě světelného záření.

Morphotex je environmentálně šetrnou alternativou k barvení textilií. Nevyžaduje totiž žádná barviva a pigmenty a tedy ani dodatečné vstupy vody a energie, které by byly zapotřebí v barvícím procesu.