Lidé

15. června 2015

Inspiraci hledáme v přírodě, říká uznávaný vědec Josef Jančář

Autor: archiv Josefa Jančáře

Když jsem po zaklepání vešla do jeho pracovny, stál u tabule a rychle, se zápalem na ni psal. Stejně energicky působil při rozhovoru, po hodině už byl ale trochu nervózní, bylo vidět, že má spoustu jiné, důležitější práce. Není divu. Josef Jančář z Fakulty chemické VUT v Brně patří mezi světová esa v oblasti polymerů a kompozitů. Málokdo rozumí fyzice a fyzikální chemii polymerů tak jako on. Dokládá to nejen množství patentů a odborných textů, které má na kontě, ale i studenti, kteří ho obdivují, a fakt, že se ve svých čtyřiceti letech stal jedním z nejmladších profesorů v České republice.

Co jste to psal, když jsem vcházela?
Poznámky k připravovanému projektu. Obecně řečeno teď pracuji na vývoji zcela nového přístupu k výrobě lehkých konstrukčních materiálů, pro které jsme našli inspiraci v přírodě. Unikátně v sobě spojí tuhost, pevnost a houževnatost.

Často se inspirujete v přírodě?
Pořád. Učíme se ze základních přírodních procesů, které vznikaly a fungují miliony let. Třeba pro růst kostí a stromů příroda vyvinula postupy, díky kterým vznikají obdivuhodně funkční biologické materiály. Naším cílem není takové struktury jen slepě replikovat, ale poznat přírodní zákony a výstavbové principy, kterými se řídí, a potom je využít v nových nanotechnologiích. Třeba vytvořit materiál, který se bude chovat jako dřevo i při pěti stech stupních Celsia. Takže základ je pro nás pochopit principy a najít jejich obraz v syntetických postupech.

Učíme se ze základních přírodních procesů pro růst různých materiálů, například kostí, stromů a podobně. Nechceme je ale jen replikovat, chceme je pozměnit, vylepšit způsobem, aby využití bylo pro lidstvo prospěšné.

V určitém momentě se tedy od přírody odkloníte.
Samozřejmě. Zatímco přírodní materiály obsahují uhlík, dusík, vodík, kyslík plus pár dalších prvků, my můžeme použít celou periodickou tabulku. Pouhé napodobování by nevedlo k uspokojivému výsledku. Takže se od přírody učíme, ale pak už základní stavební bloky syntetizujeme normálním způsobem. Příroda „vyrábí“ tkáně z nanometrických bloků samouspořádávacími procesy, které se umí přizpůsobit vnějším podnětům. Jistě, mohli bychom nechat tyto procesy pracovat i s našimi syntetickými nanobloky, tedy nechat například letadlo růst, ale je nereálné čekat, až nám třeba za padesát let vyroste v laboratoři letadlo, které bude mít tvar závislý na teplotě, vlhkosti, směru slunečního záření a podobně.

A vyrostlo by?
Teoreticky ano. Problém je, že růst je založen na dokonalé termodynamické rovnováze. Když ji narušíte, samouspořádávací procesy se změní, což může vyvolat změnu vznikajícího tvaru nebo dokonce zastavit růst či látku rozložit. Takže my růst, tedy samouspořádávací proces, nahrazujeme řízeným uspořádáváním, kdy třeba magnetickým nebo elektrickým polem cíleně orientujeme stavební jednotky tak, jak potřebujeme, a tím vznikající struktury urychlíme na technologicky přijatelnou rychlost.

Josef Jančář s laureátem Nobelovy ceny za chemii Alanem Heegerem. | Autor: archiv Josefa Jančáře

Dokážete i po letech praxe žasnout nad přírodními procesy?
Člověk musí žasnout pořád. Každý vědec v sobě má něco, čemu se říká božská zvědavost. Proto vědce přirovnávám k umělcům či sportovcům. Tak jako nevychováte umělce, který založí nový umělecký směr, nevychováte ani špičkového vědce, ale „pouze“ dělníka vědy. Proto skutečný umělec či vědec v sobě musí mít jistou dávku talentu spojenou s touto zvídavostí. Prostě pokud to v člověku není, tak z něj formálním vzděláním umělce ani vědce nevychováte.

Kolik máte na fakultě takových talentů?
Řekl bych, že jednoho dva za deset let. 

Není to málo?
Těžko říct. Tabulky ministerstva školství určují, že patnáct procent absolventů by mělo pokračovat v doktorském studijním programu. Z toho by se dalo usoudit, že patnáct procent studentů má vlohy pro vědeckou dráhu, že mají tento talent. To je samozřejmě nesmysl. Ve většině případů jsou to takzvaní dělníci vědy, tedy velmi schopní, inteligentní, samostatní lidé, ale nevymyslí nic, díky čemu se lidstvo posune dopředu. Nicméně na tom není nic špatného, talentovaní vědci se nerodí každý den a vzhledem k tomu, že věda je týmová činnost, jsou k vizionářům potřeba i ti, kteří jejich myšlenky ověřují či prakticky realizují. 

Čtyři roky jste vyučoval v Americe, je tam situace podobná?
Studenti doktorských programů tam jsou obecně mnohem více zapálení pro věc, v tomto se podobají těm zmíněným umělcům. Když je něco napadne v neděli odpoledne, jdou do laboratoře a dělají na tom, nečekají na pondělní ráno. Pojem pracovní doba neznají, bádají, dokud je potřeba. Ne proto, že musí, ale protože chtějí. Rozdíl je i v tom, že v Americe si na doktoranda musí jeho školitel vydělat prostřednictvím svých projektů, což trochu odděluje zrno od plev. U nás tomu tak není. Vůbec náš systém je takový trochu „kočkopes“ vzhledem k právnímu postavení doktorandů, což poněkud deformuje celý systém doktorského studia.

Proč jste šel zrovna do Ameriky? Je to ve vašem oboru vědecká velmoc?
Což o to, vědecká velmoc je i Velká Británie, Německo, jižní Korea či Japonsko. Ale Amerika je země příležitostí, Líbí se mi i to, že si tam lidé velmi váží individualit. Když někdo něco umí, je jedno, jakou má barvu kůže, odkud pochází, společnost ho prostě oceňuje. To se promítá třeba i do financování vědy. Odpovědnost za zdroje a jejich využití tam leží na individualitách mnohem víc než u nás. Tady, myslím tím v Evropě, si libujeme v institucích, jenže v těch bohužel platí Parkinsonovy zákony. Ty říkají, že v hierarchii je každý povýšen na základě svých schopností, což pokračuje dál a dál až do bodu, kdy se dostanete na úroveň, na kterou už nestačíte. Každá hierarchie má tedy v jistém okamžiku ve své špičce neschopné lidi. Na Americe se mi taky moc líbilo inspirativní prostředí, hodně času trávíte v kampusu a neotravuje vás tolik byrokracie. U nás se vědecké práci mohu věnovat tak dvě hodiny denně, zbytek mi zabere byrokracie.

To je hrozně málo, ne?
Jistě. Dám vám příklad: představte si, že s kolegy z dalších čtyř evropských univerzit připravujete asi šest týdnů projekt do výzvy EU H2020, přičemž šance na úspěch jsou asi dvě procenta. Takže osmadevadesát procent projektů, tisíce hodin práce vědců i podpůrného aparátu se vyhodí do koše. To představuje mnohdy víc peněz, než kolik se rozdělí těm dvěma procentům úspěšných žadatelů. To je podle mě šílené.

Nemáte ambice to změnit, zasáhnout do systému?
Byly doby, kdy jsem měl, ale záhy jsem pochopil, že chybí vůle něco změnit. A tak si myslím, že mohu být pro společnost užitečnější jako vědec než jako politik.

Vraťme se na pole chemie. Na co jste nejvíce pyšný?
Jednoduchá otázka, složitá odpověď. Nejvíce asi na šikovné absolventy, kteří se prosadili u nás i ve světě. 

A z výzkumu?
Máme na svém kontě mnoho fundamentálních výsledků především v oblasti vlivu nanočástic na molekulární dynamiku a uspořádávací procesy v polymerních systémech. Vytvořili jsme i řadu modelů pro chování heterogenních polymerních sítí, které jsou schopny se samoopravovat, což znamená, že se po porušení v důsledku třeba velké deformace vrátí do původního stavu. Pak se nám povedlo několik zajímavých výsledků v oblasti kinetiky vzniku hierarchických struktur, tedy rychlosti růstu materiálů.

Jaké mají tyto objevy využití v praxi?
Třeba při povrchové úpravě plastů či kovů, kdy zvyšují odolnost proti poškrábání. Ovšem v tomto případě je otázka, jak moc je chtějí výrobci používat, jak moc se slučují s jejich obchodní strategií. Kromě odolnosti proti škrábání mohou vykazovat i samočistící účinky. Konkrétně u aut. Díky povrchové struktuře se kapka nerozplizne, ale kutálí se dolů a cestou sbírá prach a nečistoty, takže stačí, když zaprší, a auto je čisté. Nebo jsme řešili povrchovou úpravu lopatek větrných turbín v Severním moři. Když se na ně nachytá voda a zmrzne, působí to velké škody, takže jsme vymysleli nátěr, který vodu odpudí. Teď pracujeme na vývoji technologií, které vytvoří mechanicky robustní lehké konstrukční materiály.

Co to znamená?
Materiály jsou pevné, tuhé, nebo houževnaté, každý z nich má většinou zvýrazněnou jen jednu vlastnost, ostatní zůstávají potlačeny. Třeba keramika je tuhá, ale ne pevná a houževnatá. Naopak guma je houževnatá, ale zase postrádá pevnost a tuhost. Materiály s vylepšenými více vlastnostmi chceme vyrobit díky inspiraci v přírodních procesech a vytvořit je z nanometrických částic. Vznikne tak materiál tuhý jako keramika a houževnatý jako guma.

Kde ho využijete?
Když z něho vyrobíte třeba auto, bude výrazně lehčí, bezpečnější, ekologičtější a nabídne funkce, které dosud v autech vůbec nemáme.

Vždycky míváte na začátku výzkumu jasno o praktickém použití?
Musím říct, že většinou ano. Měl jsem v tomto vynikajícího učitele, profesora Karla Veselého, který spolu s akademikem Wichterlem patřil ke dvěma nejvýznamnějším poválečných polymerním chemikům u nás. Právě on dokázal už v laboratoři vidět budoucí využití v praxi. Vyvíjeli jsme nějaký materiál a on už mluvil o tom, jak se díky němu budou na Sahaře zavlažovat oázy. Dělali jsme si z něho kvůli tomu trochu legraci, ale po dvaceti třiceti letech se ukázalo, že měl v mnoha ohledech přesný odhad.

Když se potom daná věc nevyrábí, cítíte zmar?
Ne, to ne, intelektuální vlastnictví je totiž zboží jako každé jiné. Obecně se na světě využije asi jen pět procent patentů, drtivá většina zůstává na papíře a slouží jako minové pole pro ochranu firem, které patent vlastní. Některé společnosti třeba nakupují patenty v balících, bez cíle uvést je do praxe, chrání se tak proti konkurenci. Vědci vymysleli spoustu věcí, které jsou lepší než to, co se používá, ale kvůli vysokým nákladům na prvotní výrobu, drahému i zdlouhavému testování a nejistému komerčnímu úspěchu nemají firmy mnohdy motivaci je začít vyrábět. Za patenty, tedy jen za práva, se ročně utratí asi sto miliard dolarů, a zhruba dalších 300 miliard se ztratí nedovoleným používáním patentů v některých zemích.

Je tedy poptávka tím, co určuje směr vašeho bádání?
Ne tak docela, myslím, že toto funguje na principu osobností. Například profesor, který vede vědeckou skupinu, má určité zaměření, program, klade přírodě jisté otázky a podle toho nabírá i studenty a kolegy. Pokud je jeho vize nadčasová, někteří v ní pokračují, nebo se prostě oddělí s vlastním vědeckým programem. Směr bádání také výrazně ovlivňuje zaměření a technické vybavení daného pracoviště.

Jaké je vaše zaměření?
Jsem takový hybrid. Základní vzdělání mám ve fyzice pevné fáze, pak jsem přešel do makromolekulární chemie. Vždycky mě zajímaly biologické věci a medicína, takže z toho nakonec vznikla mezioborová disciplína materiálů inspirovaných přírodou, které se využívají třeba v medicíně nebo strojírenství. Mým cílem je vyrábět funkční materiály pro konstrukční aplikace i tkáňové inženýrství.

Co to znamená?
Že by se nevyužívaly jako dosud jen v tenkých vrstvách pro povrchovou úpravu, ale jako nosný materiál pro samotné konstrukce. Letecký a automobilový průmysl využívá kompozitní materiály na bázi uhlíkových vláken. Jejich problém ale je, že jsou křehká. Mají průměr asi sedm mikrometrů, jsou sice velmi tuhá, lehká, ale snadno se zlomí. My chceme vzít uhlíkové nanotrubičky s průměrem jeden nanometr, kterých se do sedmi mikrometrů vejde sedm tisíc, a z nich vytvořit vlákno, které tedy už samo o sobě bude mít strukturu. Opět je to inspirace přírodou, v tomto případě perlorodkou, která je pevná, a přitom není křehká. Vytvořili bychom tedy houževnatá uhlíková vlákna například pro zmiňovanou výrobu aut.

Kateřina Konečná

TémataFakulta chemická Ocenění patent Mezioborovost Doktorské studium CEITEC VUT

Související články:
Důležité je znát prostředí, pro které produkt navrhuji, říká držitel Red Dot Award 2017
Na FIT VUT vyvinuli automaticky kalibrovatelnou dohledovou kameru. Spoluautor systému získal prestižní ocenění
Německý odborník na obnovu historických budov převzal zlatou medaili od VUT
Absolventku Fakulty architektury ocenili za její práci o sociálním bydlení
Vojtěch Adam získal milion eur na výzkum rakoviny. Pomoci může protein metalothionein