Co mají houby společného s inženýrstvím?

Překvapivě hodně. Houby, konkrétně jejich plodnice (tedy část nad zemí, kterou známe jako klobouk), jsou evolučně optimalizované k tomu, aby vydržely vítr, déšť i nápor vlastní váhy – a zároveň byly dostatečně lehké, aby co nejvíce živin a energie zůstalo pod zemí v myceliu.

Tým materiálových vědců a biologů z Curtin University v Austrálii zkoumal vnitřní strukturu klobouků čtyř běžných druhů hub pomocí 3D mikroskopie a zjistil, že mají několik výjimečných vlastností:

• vláknitou strukturu s vysokou porozitou,

• vrstevnaté uspořádání s gradienty tuhosti,

• architekturu, která kombinuje odolnost a schopnost pohlcovat nárazy.

Inspirace přírodou: obor zvaný biomimikry

Věda, která hledá inspiraci v přírodních strukturách, se nazývá biomimetika (biomimicry). Příkladem jsou třeba:

• struktury křídel vážky, které inspirovaly návrh ultralehkých nosníků,

• plástve vos, jejichž hexagonální síť je základem mnoha leteckých kompozitů,

• povrch lotosového listu, který vedl k vývoji samočisticích povrchů.

Houby se teď přidávají jako další kandidát – zejména v oblastech, kde je potřeba spojit pevnost, pružnost a ekologickou šetrnost.

Mikroskop ukázal síť dokonalé geometrie

Pomocí pokročilé rentgenové mikrotomografie vědci vizualizovali vnitřní prostor klobouku ve 3D. Co našli?

• Komplexní houbovou pletivovou síť, připomínající skládaný papír,

• Gradientní rozložení hustoty – těsnější struktura u středu, vzdušnější u okraje,

• Kombinaci symetrie a nepravidelnosti, která pomáhá rozptýlit napětí.

Vědecký tým poté převedl tyto struktury do počítačových modelů a testoval je v softwarových simulacích. Výsledky: struktury inspirované houbami odolávaly nárazům lépe než běžné konvenční pěny nebo plasty.

Aplikace v materiálovém vývoji

Tyto poznatky mohou mít obrovský dopad v několika oblastech:

1. Stavebnictví – lehké, pevné materiály pro energeticky úsporné konstrukce

2. Automobilový průmysl – nárazníky, které absorbují sílu nárazu a přitom jsou lehké

3. Zdravotnictví – implantáty nebo ortézy, které jsou tuhé, ale zároveň pružné

4. Obaly – biologicky rozložitelné pěnové výplně inspirované strukturou hub

Autoři studie tvrdí, že jejich výzkum může vést ke vzniku nové třídy „bioinspirovaných metastruktur“, které budou kombinovat ekologický design a vysokou technickou účinnost.

Udržitelnost jako bonus

Přírodní materiály jako houby navíc fungují v cyklu, který je plně biologicky rozložitelný. Pokud by se jejich struktura přenesla například do výrobků z mycelia (houba jako materiál), může jít o plně obnovitelné alternativy k pěnovým plastům nebo syntetickým výplním.

Co je potřeba dál?

• Přesnější mapování více druhů hub – výzkum zatím zahrnoval jen čtyři

• Vývoj 3D tiskových metod, které umí replikovat houbové geometrie

• Zkoumání chování houbových struktur při dlouhodobé zátěži a změně teploty

Tým plánuje spolupráci s inženýry v oblasti pokročilých materiálů a zkoumá možnosti licencování struktur do CAD softwaru, aby je mohli designéři využít při návrhu produktů.

Shrnutí

• Houby nejsou jen potrava – ale i model dokonalé přírodní architektury

• Jejich klobouky mají strukturální vrstvy navržené evolucí pro odolnost a efektivitu

• Nová studie ukazuje, že tyto struktury mohou inspirovat nové generace materiálů

• Možnosti využití sahají od stavebnictví po zdravotnictví

• Biomimetika hub slibuje materiály, které budou lehčí, pevnější a ekologičtější