Když konstruktéři opisují v přírodě

Bionika je vědní obor, který se při konstruování strojů inspiruje tím, jak věci řeší příroda.

Chytré a překvapivě nápadité.

Některé vynálezy vzniknou náhodou, jindy inženýři po očku sledují, jak na to jdou zvířata nebo rostliny, a někdy od přírody prachsprostě opisují. Třeba jako vývojáři Mercedesu.

Konstruktéři automobilky se už před nějakými třinácti lety snažili najít ideální tvar aerodynamického, bezpečného, prostorného a ekologického auta. A rozhodli se hned od samého začátku opisovat. A to od havýšů.

Jestli víte, jak havýši vypadají, řeknete si, že se ve Stuttgartu asi zbláznili. Vždyť ideální aerodynamický tvar by měl spíš vypadat jako delfín, rejnok nebo žralok. Havýši jsou ale takové vodní krabice, vždyť jejich anglické pojmenování taky zní boxfish.

Tyto ryby žijí na korálových útesech tropických moří a požadavky na jejich „konstrukci“ jsou podobné jako ty na moderní auta. Potřebují se účinně pohybovat a nemrhat energií, proto potřebují silné svaly a co nejlepší tvar těla. Musí odolávat vysokým tlakům, chránit se ve strkanicích a při hledání potravy se musí vejít do úzkých mezer mezi korály — nezbytná je tedy obratnost.

Za miliony evolučních let příroda havýše patřičně vybavila: místo kůže mají krunýř ze šestiúhelníkových plátů. Takový pancíř rybu skvěle chrání a navíc jí poskytuje vynikající manévrovací dovednosti: na hranách horní a spodní části těla se totiž tvoří malinké vodní víry, které ji stabilizují a udržují v potřebném „kurzu“ i v turbulentních oblastech. Když to tedy vztáhneme na auta, máme tu vynikající pevnost a aerodynamiku.

Pevné jako stehno

A teď pár čísel. Experti za ideální tvar považují kapku vody.  Její koeficient odporu vzduchu ve volném proudění činí 0,04. V Mercedesu sestrojili věrný model havýšího těla a nestačili se divit: 0,06! Pak stvořili zmenšený model auta, jehož tvary se rybě významně podobaly. Dá se říct, že to bylo proti všem zákonitostem automobilové aerodynamiky. Jenže test ve větrném tunelu ukázal 0,095. Pokračovali dál a sestrojili reálné auto. Museli tu a tam něco upravit a přistoupit na kompromisy, přesto zkoušky ukázaly koeficient 0,19. A to je velice, velice dobrá hodnota (běžné automobily jako Volkswagen Golf, Ford Mondeo nebo Toyota Auris se pohybují lehce nad 0,27, Mercedes CLA „umí“ 0,22; nejlepší hodnoty dosáhl aerodynamický speciál Volkswagen XL1: 0,189).

Konstruktéři od přírody opisují nejen v aerodynamice, ale taky při vývoji pevných, a přitom lehkých stavebních materiálů. Příroda je totiž mistrem ve tvoření co možná nejpevnějších konstrukcí za použití co nejmenšího objemu stavebnin. Třeba taková lidská stehenní kost. Její pozice v těle a množství hmoty přesně odpovídá veškerým tlakům a tažným silám, které noha musí vydržet. Podobně se můžeme inspirovat růstem kořenů nebo větví stromů.

Inženýři stuttgartské automobilky společně s experty na bioniku vyvinuli počítačový způsob využití přírodních zákonitostí pro lidskou techniku. Pomocí metody „Soft Kill Option“, SKO, se navrhují například podvozkové díly tak, že méně namáhané části jsou méně odolné, případně se zcela vypustí. A naopak, hodně zatěžovaná místa jsou super bytelná.

A to není zdaleka všechno, příroda je pořádná inspirace, takže příště se mrkneme na to, jak se konstruktéři vlaků inspirovali u sov nebo ledňáčků.