Napriek tomu, že názov bionika môže znieť pomerne vzdialene, jej výsledky a uplatnenia sa nachádzajú všade okolo nás. Vybrali sme preto desať príkladov využitia bioniky v praxi, ktoré vám v nasledujúcich riadkoch predstavíme. Dobrou správou je, že niektoré z nich si budete môcť na vlastné oči prezrieť na tohtoročnej Noci výskumníkov.

1. Umelý zrak
Bionika sa pri inšpirácii prírodou často zameriava práve človeka. Vedci sa už roky snažia vytvárať funkčné ľudské orgány, ktoré by mohli mnohým ľuďom skvalitniť život. Do tejto sféry spadá aj prinavracanie zraku slepým. Spôsobov je momentálne testovaných a vyvíjaných viacero.

Jedným z nich je napríklad implantačná technológia Argus II Retinal Prosthesis, ktorá síce neprináša dokonalé videnie, no pacienti dokážu vďaka tomuto bionickému zraku rozoznávať svetlo od tmy a registrovať jednoduché tvary a pohyby. V prípade tohto vynálezu sa implantát umiestňuje priamo do sietnice, pričom pacient nosí špeciálne okuliare s miniatúrnou kamerou, ktorá zábery okolia spracuje do elektronických signálov a tie potom bezdrôtovo posiela do voperovaných elektród. Elektródy následne dráždia neporušené nervové bunky, ktoré ďalej prenášajú signály optickým nervom až do mozgu.

Na podobnom princípe funguje systém vyvíjaný americkým tímom vedcov pod vedením Dr. Johna Pezarisa, s tým rozdielom, že nimi vyvíjaný prístroj by mal signály posielať priamo do mozgu, bez „medzizastávky“ v oku. V oblasti zmyslov sa však výskumníci nezameriavajú len na zrak. Zaujímavosťou je napríklad umelý jazyk, ktorý dokáže merať a dokonca aj porovnávať chute. Spoločnosti ho môžu využívať aj na to, aby vždy vytvorili potravinu alebo jedlo s rovnakou chuťou.

     
                            Ilustračná fotografia, zdroj fotografie: flickr.com, Eric May

2. Nové končatiny a orgány
S predošlými bionickými vynálezmi súvisia aj protézy nahrádzajúce končatiny. Mnohokrát už nejde len o zhruba podobné náhrady, ale o funkčné a prepracované vynálezy. Vo svete bioniky tak môžeme naraziť na robotické a protetické ruky ovládané priamo mozgom či na syntetickú kožu, ktorá pripomína tú ľudskú nielen na pohľad, ale aj na dotyk. Chôdzi s protézou zas môže napomáhať inteligentné koleno, ktoré sa samo prispôsobuje chôdzi nositeľa a prostrediu. 

Vďaka bionike sa však vyvíjajú a vznikajú nielen umelé končatiny, ale aj bionické orgány. Takým je napríklad umelá oblička, ktorá má plniť funkciu dialýzy, s tým vylepšením, že je malá a tým pádom aj ľahko prenosná. Pacient by ju vďaka tomu mohol neustále používať a nemusel by tráviť hodiny na dialýze, čo znamená výrazné zlepšenie kvality života. Tej by mal napomôcť aj bionický pankreas, ktorý by zase slúžil diabetikom. Zariadenie by malo kontrolovať množstvo cukru v krvi a v prípade potreby prispôsobovať dávku inzulínu, ktorú by telo v danej chvíli potrebovalo.

3. Bionická kostra
Doteraz sme uvádzali príklady technologických vynálezov, ktoré dokážu nahradiť časti nášho tela. Existujú však aj technológie, ktoré sa zameriavajú na človeka ako celok. Takými sú aj vonkajšie kostry, vďaka ktorým môže jedinec zdvíhať a nosiť ťažké náklady. Z tohto konceptu sa však vyvinula ešte zaujímavejšia technológia umožňujúca chôdzu ľuďom, ktorí sa bez pomoci na vlastné nohy nepostavia.

Jednou zo spoločností, ktorá začala takéto obleky vyrábať, je Ekso Bionics™. Jej prvým vynálezom bol bionický oblek HULC, ktorý slúži nielen na nosenie ťažkých nákladov, ale napomáha aj pri chôdzi. Tento prístroj sa neskôr začal využívať v armáde, keďže vojakom umožňuje niesť nadmerné náklady na dlhé vzdialenosti bez toho, aby sa unavili.

Neskôr spoločnosť zostrojila nový druh robota, bionickú kostru, ktorá napomáha pri chôdzi ľuďom odkázaným na invalidný vozík. Titánová štruktúra je pokrytá senzormi, pomocou ktorých stroj predvída ďalší užívateľov pohyb a mimikuje ho. Nastaviť sa dajú rôzne stupne samostatnosti, od chôdze za pomoci asistenta a bariel až po úplne samostatný pohyb.

     
                   Bionický robot spoločnosti Ekso Bionics, zdroj fotografie: flickr.com, Ekso Bionics

4. Inteligentné oblečenie
Nielen elektronika či domy, ale už aj oblečenie môže byť inteligentné. Po celom svete sa vyvíjajú nové druhy textilných vlákien s rôznymi špecifickými schopnosťami. V rámci projektu Európskej únie Biotex sa napríklad vyvíjali inteligentné látky, ktoré by dokázali monitorovať fyziologické funkcie a zdravotný stav užívateľa. Vývoj inteligentných textílií má však veľký význam nielen v medicíne, ale aj v oblasti komunikačných technológií. Vďaka inteligentným vláknam by sa naše oblečenie mohlo časom premeniť na prenosný prehrávač hudby či záznamník.

V rámci bioniky však nejde len o oblečenie, ktoré nám miestami môže prísť ako vystrihnuté z nejakého sci-fi filmu. Prírodou sú totiž inšpirované aj pomerne bežné kusy oblečenia, ktoré sú mnohým z nás iste známe. Takým je napríklad termo-oblečenie, zástupca funkčných textílií. Spravidla ide o oblečenie, ktoré napomáha udržiavať optimálnu telesnú teplotu, odvádza pot a bráni nepríjemným pachom, pričom si však zachováva vzdušnosť.

Spoločnosť X-BIONIC napríklad deklaruje, že sa pri vývoji svojich textílií inšpiruje viacerými druhmi živočíchov, ako sú bobor, chameleón, žralok či púštna líška. Pri bobrovi ide napríklad o schopnosť jeho srsti chrániť ho pred vlhkým a studeným prostredím, zatiaľ čo kožuch púštnej líšky naopak chráni pred vysokými teplotami. Práve takéto výnimočné schopnosti živočíchov môžu byť plodnou inšpiráciou pre bionické technológie a vynálezy.

     
                   Bobrí kožuch dokáže svojho nositeľa ochrániť pred vlhkosťou aj pred zimou. 

5. Výroba elektriny inšpirovaná morom
Ďalšími organizmami, ktoré sa pre vedcov stali predlohami pre nové technológie sú riasy a ryby. V tomto prípade bola dôležitou vlastnosťou prírody jej energetická sebestačnosť. Spoločnosť BioPower vytvorila energetické systémy bioWAVE a bioSTREAM, ktoré využili vlastnosti spomenutých živočíchov a zároveň by mali byť šetrné k životnému prostrediu. BioWAVE využíva na produkovanie elektriny morské vlny. Inšpirovaný je obrou riasou Nereocystis Luetkeana, pričom nenapodobňuje len jej vzhľad, ale aj celkovú štruktúru a pohyb. Jednotky systému sa montujú na dne oceánu a pripomínajú rozvetvenú stonku riasy s troma listami, ktoré sa vznášajú vo vode.

Celá bionická riasa sa pohybuje v rytme vĺn, vďaka čomu sa v dolnej časti zariadenia generuje elektrická energia, ktorá je následne odvádzaná káblami. V prípade, že sú vlny príliš búrlivé sa celá jednotka sklopí ku dnu a opäť sa rozvinie až keď sú podmienky bezpečné. Jej udržaniu sa na mieste tiež napomáha flexibilná sieť koreňov. Vďaka všetkým týmto opatreniam by jednotky mali mať dlhú životnosť, čo tiež len podporuje šetrnosť systému k prírode.

Biopower from Click2it on Vimeo.

6. Displeje ako motýlie krídla
Bionické vynálezy sa môžu inšpirovať aj niečím tak krehkým a malým ako sú motýle, a to aj v oblasti, ktorá je skutočne bežnou súčasťou života ľudí. I keď na prvý pohľad môže ísť o nezvyčajnú kombináciu, spoločnosť Qualcomm spojila motýlie krídla s mobilnými telefónmi. Ich displeje Mirasol sú totiž založené na koncepte dúhového sfarbenia motýľov, ale aj kolibríka či rýb. V praxi to znamená, že displeje poskytujú živé farby, vysokú úroveň odrazu a možno ich sledovať aj v priamom slnečnom svetle.

Ako jedna z predlôh technológii poslúžili žiarivo modré krídla tropického motýľa Morpho. Výnimočné sú tým, že ich zafarbenie nie je pigmentové, ale štrukturálne. Štrukturálne farby sú omnoho živšie, pri pohybe sa menia a mnohokrát pôsobia priam dúhovo. Svetlo na ich povrchu totiž nie je lámané dovnútra, ale odráža sa v rôznych uhloch smerom von.

Nielen Qualcomm, ale aj mnohí iní výrobcovia sa v oblasti komunikačných technológií zameriavajú na prírodu a jej schopnosti. Komunikačné technológie neustále smerujú k vyššiemu rozlíšeniu, živším farbám, či k čo najreálnejšiemu zobrazeniu. Ich ambície však idú stále ďalej a obraz na displeji môže byť nakoniec ešte krajší a dokonalejší než skutočnosť.

       
                               Motýľ Morpho, zdroj fotografie: flickr.com, Rachel Kramer

7. Bionické zvieratá a mechanizmy
Od vlastností zvierat sa dostávame k zvieratám samotným. Vzormi pre technológie sú totiž nielen ich výnimočné schopnosti, ale aj rôzne organizmy ako celok. Nemecká spoločnosť Festo, ktorá pôsobí v oblasti automatizačnej techniky je autorom viacerých bionických vynálezov, ktoré prírodu napodobnili nielen vybranými vlastnosťami a spôsobmi fungovania, ale aj vzhľadom. Takéto bionické objekty začala spoločnosť konštruovať v roku 2006. Prvým bola robotická ryba, ktorú pomenovali Airacuda. Postupne nasledovali mnohé ďalšie – od vzniku Airacudy vytvorilo Festo viac ako 40
bionických objektov.

Okrem robotických zvierat sa bionický výskum spoločnosti zameriava aj na praktické pomôcky. Takou je napríklad bionický podávací pomocník (The Bionic Handling-Assistent), ktorého pohyb je inšpirovaný sloním chobotom a je tak jemný, že dokáže bez rozbitia podať aj slepačie vajce. Zaujímavosťou je, že pri jeho výrobe nebol použitý žiadny kov, celý je vytvorený z plastových štruktúr naplnených vzduchom, čo zvyšuje aj jeho ohybnosť.

Na Noci výskumníkov 2014 budete môcť niektoré z vynálezov vidieť na vlastné oči. Festo tam predvedie impozantnú vznášajúcu sa medúzu, ladnú bionickú vážku či lietajúceho robotického vtáka, ktorý sa pohybuje s elegantnosťou čajky.

    
        Mechanické ohybné rameno spoločnosti Festo, zdroj fotografie: Festo AG & Co. KG

8. Autá inšpirované prírodou
Mercedes-Benz ako prvý ponúkol koncept auta, ktoré je vo väčšej miere inšpirované konkrétnym zástupcom zvieracej ríše. Paradoxne však vývojári prototypu s názvom Bionic car čerpali z podmorského sveta. Predlohou bionického auta sa stal rožkatec štvorrohý, malá hranatá rybka s vynikajúcimi hydrodynamickými vlastnosťami. Cieľom projektu bolo nielen vytvoriť bionické auto, ale najmä preskúmať potenciál bioniky v súvislosti s vývojom nových automobilových technológií. Výskumníci a technológovia zisťovali, čo všetko vie príroda tomuto priemyslu ponúknuť, z čoho všetkého sa možno učiť.

Vďaka rožkatcovi štvorrohému dokázali členovia projektu vyvinúť auto, ktoré je vysoko aerodynamické a disponuje ľahkou konštrukciou. Svoju úlohu tiež zohrala koža rožkatca, ktorá je výnimočne ľahká, no zároveň veľmi tuhá a nepoddajná. Bionic car je o tak tretinu ľahšie, čo mu však údajne neuberá na stabilite a bezpečnosti.

Okrem toho je prototyp aj značne úsporný, priemerná spotreba paliva je 4,3 litra na 100 kilometrov. Keďže ide o technológiu inšpirovanú prírodou, výsledný produkt je tiež šetrný k životnému prostrediu – auto produkuje až o 80 percent menej emisií oxidu dusíka. Bionic car bolo predstavené na sympóziu inovácií vo Washingtone v roku 2005 a je prvým automobilom svojho druhu.

          
                                Rožkatec štvorrohý, zdroj fotografie: flickr.com, Jukka Siltanen

9. Biologicky inšpirované metódy pre koordináciu skupinového pohybu mobilných robotov
Od svetových projektov sa dostávame na domácu pôdu. Jeden zo slovenských projektov z oblasti bioniky využil inšpirácie z prírody na koordináciu skupiny autonómnych robotov, ktorých úlohou bolo prehľadávať a následne monitorovať nejaký priestor. Pri vývoji algoritmov na ich ovládanie sa vychádzalo aj z princípov, ktoré využíva tzv. sociálny hmyz, kam patria aj mravce. Využité bolo napríklad používanie feromónových značiek. Celkovo boli uplatnené viaceré princípy založené napodobňujúce biologické systémy.

“Zmyslom používania týchto metód a algoritmov bolo vytvoriť taký spôsob koordinácie, pri ktorom jednotlivé mobilné roboty konajú autonómne, ale výsledné správanie skupiny pôsobí, akoby boli centrálne riadené, a teda plnia spoločný cieľ,” vysvetľuje zodpovedná riešiteľka projektu Ivana Budinská.

Významným výsledkom je, že robotom netreba vopred prikázať v akej formácii sa majú pohybovať, ani kde sa nachádzajú ciele, ktoré majú obkolesiť či koľko ich je – sú schopné adaptovať sa prostrediu, a to aj v prípade, že sa neustále mení. V praktickom živote by sa roboty mohli používať napríklad na stráženie „zelenej hranice‟ či na monitorovanie lesných porastov a podobne.

Hlavnými účastníkmi tohto projektu boli Ústav informatiky SAV a Fakulta elektrotechniky a informatiky STU v Bratislave (prof. Hubinský a kol.). Okrem nich sa na ňom podieľali aj výskumníci a technickí pracovníci z firmy VÝVOJ Martin, a. s. Projekt by mal byť ukončený v októbri tohto roka.

          
                                                               Kvadrokoptéra v akcii. 

10. Meracie a zobrazovacie metódy na báze magnetickej rezonancie pre materiálový a biomedicínsky výskum
Napriek zložitejšiemu názvu ide nepochybne o veľmi prínosný slovenský projekt, vďaka ktorému boli okrem iného vyvinuté nové metódy zobrazovania biologických materiálov, ako aj metódy zobrazovania ľudských končatín pomocou magnetickej rezonancie. Tieto metódy napríklad prispeli k zvýšeniu kvality obrazov získaných na báze magnetickej rezonancie, ale aj k detekcii tenkých vrstiev organických materiálov.

„Všetky tieto metódy boli experimentálne testované a klinicky overené a môžu sa využiť u pacientov na ortopedických klinikách, pri sledovaní pooperačných stavov po transplantáciách, ale aj v diabetologických laboratóriách či pri meraní pečene,“ vysvetľuje vedúci projektu Ivan Frollo z Ústavu merania SAV, „svoj význam majú tieto metódy aj v súvislosti s ďalším výskumom vlastností nových magnetických materiálov, pri výskume vlákien a textilných materiálov pre medicínu, v petrochemickom výskume, pri testovaní magnetických záznamových médií či dokumentov so skrytými magnetickými záznamami, ako sú bankovky, kreditné karty a podobne.“ Výsledky preto znamenajú významný prínos nielen pre ďalší výskum, ale aj pre praktickú medicínu.