TÉMA

Co nás může naučit příroda – samohojivé materiály

Jaký je zásadní rozdíl mezi výtvory lidí a přírody? Když se něco vyrobené člověkem pokazí, samo se to neopraví. Pokud si poraníme například kůži, skoro okamžitě se začne scelovat. Tato pro nás samozřejmá a rychlá reakce je dílem rozličných typů buněk, které jsou povolány k ozdravné aktivitě. Ale představme si třeba betonové mosty, které by si samy opravily vznikající mikrotrhliny dřív, než by došlo k jejich destrukci a následné nákladné opravě.

Co nás může naučit příroda – samohojivé materiály
Co nás může naučit příroda – samohojivé materiály

Text a úvodní foto: Barbora Kolenčíková

I když příroda inspiruje lidstvo ve všech možných oblastech už tisíce let – od umění, vědy, architektury až po medicínu – zvýšený zájem o přírodní svět na úrovni biologických procesů se dostává do popředí především v posledních letech, motivovaný environmentální krizí způsobenou lidskou činností. (Pozn.1)

Jak získávat z přírody inspiraci při navrhování materiálů a systémů, které dokážou napodobovat strukturu a funkce přirozených biologických systémů? Tím se zabývá vědní obor Biomimetika založený na přesvědčení, že následování přírodních vzorců při řešení problémů lidstva, může vést k optimalizovaným, udržitelným řešením a přírodou inspirovaným inovacím.

Foto: Pixabay: Zamysleli jste se někdy nad tím, jak si stromy zacelí rány po odlomení větve?

Rostliny a zvířata jsou vybaveny překvapivými samohojivými a obrannými mechanismy. Je mnoho příkladů, kdy nás živá příroda učí, jak se vyhnout škodám dřív, než k nim dojde. Anebo když už k poškození dojde, jak co nejrychleji a nejefektivněji obnovit strukturu i funkci. (Pozn. 2)

Samohojivé materiály

Sám výraz samohojení nám připomíná něco biologického a je charakteristickým znakem živého světa, v němž jsme schopni zotavit se z jakéhokoliv druhu poškození automaticky bez vnějšího zásahu.
Materiály vyrobené lidskou činností nebo jakkoliv uměle samozřejmě živé nejsou. Proces samohojení jim umožňují přidané materiály a vnější stimulace, kterými může být teplo, světlo, elektrický stimul nebo rozpouštědlo.

Foto: Pixabay

Všudypřítomný beton

Právě beton je nejpoužívanější materiál na světě a podle posledních odhadů je zodpovědný za 9 % celosvětových emisí uhlíku. Ve své podstatě je křehký a vyžaduje časté opravy nebo výměny, které jsou drahé a vytvářejí velké objemy CO2.
S cílem řešit tyto problémy, se objevilo vícero výzkumů. Některé dřívější experimentálně samoopravné betony používaly na opravy bakterie, ale tento proces je dosud velmi pomalý a finančně nákladný. Bakterie také mohou představovat bezpečnostní problémy.

Inspirace enzymem

Nima Rahbar spolu s výzkumníky z Worcesterského polytechnického institutu (WPI) začala hledat novou alternativu samoopravného betonu. Inspirovali se tím, jak lidské tělo zpracovává CO2. Použili karboanhydrázu, enzym nacházející se v červených krvinkách, který rychle přenáší CO2 z buněk do krevního oběhu. Protože enzymy v našem těle reagují úžasně rychle, je možné je použít jako účinný mechanismus na opravu a zpevnění betonových struktur.

Foto:: Worcester Polytechnic Institute

Video: WPI - Self-Healing Concrete in Action

Podobný postup je možné použít i na trhliny v už ztuhlém betonu. „Nastříkáme na betonovou plochu roztok, který se skládá z enzymu, vody a vápníku,“ říká Rahbar. Foukáním se přivede CO2 a dojde k reakci, která v průběhu pár minut vyplní praskliny. Možností je i přirozené působení CO2 ze vzduchu, což však vyžaduje delší čas na opravu trhlin.

Delší životnost betonu

Použití inovativní technologie, kterou má Rahbar patentovanou, může zacelit milimetrové trhliny do 24 hodin. Díky ní je možné dosáhnout, aby měl beton až čtyřikrát delší životnost než obvykle. Tento princip pomáhá efektivně zachytávat určité množství CO2 ze vzduchu a snižovat škodlivé emise, což je dalším vstřícným krokem pro klima. Kromě toho ozdravování tradičního betonu, který se už použil, pomůže snížit potřebu výroby a přepravy dalšího betonu. (Pozn. 3)

Budoucnost materiálů

Vývoj samoopravných materiálů přichází jako obrovská výzva pro vědce, inženýry a designéry. Zdroj surovin na výrobu materiálů je omezený a také již víme, že nekonečný růst na naší planetě není reálný. Čím více bude námi vytvořený svět vypadat a fungovat tak jako ten přírodní, tím je pravděpodobnější, že nás planeta, kterou nazýváme svým domovem, dokáže přijmout.

Tip autorky: ucelenou sbírku inovací inspirovaných přírodou můžeme najít na asknature.com.

Poznámky:

1. Téma se dostalo i do letošní online agendy Ekonomického fóra světových lídrů, kde v příspěvku Self-Healing Materials | 10 Years of EmergingTech Abir Al-Tabba, profesorka stavebního a environmentálního inženýrství University v Cambridgi, sdílí své postřehy o samoopravných materiálech, které se v roce 2013 dostaly na seznam Top 10 rozvíjejících se technologií.

2. in: Bioinspired self-healing materials: lessons from nature; Joseph C. Cremaldi and Bharat Bhushan
3. in: WPI Researcher Develops Self-Healing Concrete that Could Multiply Structures’ Lifespans, Slash Damaging CO2 Emissions; Sharon Gaudin

Barbora Kolenčíková

vystudovala interiérový design na Technické univerzitě ve Zvolenu na Slovensku a absolvovala studijní pobyt na univerzitě v německém Wismaru.
Aktuálně pracuje jako stážistka v materiálové knihovně matériO Prague. Zajímá se o životní prostředí, udržitelnost a inovativní přístupy v interiérovém designu.
Inspiraci k tvorbě nachází v přírodě. Při řešení designérských výzev používá principy biomimikrů, kterým se začala věnovat v průběhu diplomové práce s názvem Biofilie v prostoru.