Téma
Za nebe čistší a „zelenější“
Technická univerzita Delft, Technická univerzita Vídeň a londýnská Imperial College. Tři prestižní zahraniční univerzity jsou partnery projektu, jehož řízení se ujala Fakulta strojního inženýrství. Cílem projektu BAANG je zvýšit vědeckou excelenci brněnské techniky, a to spoluprací na výzkumu v oblasti takzvaného chytrého letectví, které má zefektivnit leteckou dopravu, a tím šetřit náklady i životní prostředí.
Letectví je jedním z hlavních ekonomických a sociálních motorů globálního rozvoje. Světové letecké společnosti každoročně přepraví miliardy cestujících, letecká doprava je klíčovou součástí mezinárodního obchodu. Navzdory těmto nesporným přínosům se odvětví potýká i s řadou problémů, mezi které patří negativní dopady na životní prostředí, zejména podíl na vypouštění emisí oxidu uhličitého do atmosféry. Příroda je zatím chytřejší než člověk. Ptáci umí při svém letu přirozeně pracovat s aerodynamikou a změnou tvaru křídel. Další inspirací je jejich kostra, díky které mají lehké tělo a mohou létat efektivně.
Obojí chtějí výzkumníci využít pro křídla letadel, na která se společný výzkum zaměří. „Cílem je inovovat konstrukci křídla tak, aby bylo lehčí a lépe využívalo aerodynamiku. Podaří-li se snížit aerodynamický odpor křídla a hmotnost konstrukce, dojde ke snížení spotřeby paliva, a tedy i snížení nákladů a emisí skleníkových plynů,“ vysvětluje výzkumník Jan Navrátil z Leteckého ústavu FSI.Vedle mezinárodní spolupráce se očekává i spolupráce napříč obory. Do výzkumu se zapojí odborníci na letectví, mechatroniku, mechaniku materiálů a aditivní technologie. Vědci plánují také využití inteligentních materiálů. Šest studentů doktorského studia a tři asistenti dostanou šanci nastartovat svoji vědeckou kariéru půlroční stáží na jedné ze zmíněných prestižních univerzit.
Jedním z nich je i doktorand Ondřej Červinek, který se věnuje výpočtovému modelování zatěžovaných metamateriálů. „Běžný materiál si můžeme představit jako víceméně konzistentní hmotu z jedné nebo více látek, která je uvnitř poměrně stejnorodá a má určité vlastnosti. Oproti tomu metamateriál se v našem pojetí vyznačuje svojí vnitřní architekturou skládající se z množství někdy pravidelných útvarů, které tvoří složitější strukturu. Zpravidla se ani neskládá pouze z jednoho druhu materiálu, ale obsahuje více různých kombinací,“ vysvětluje Červinek.
I v tomto případě se výzkumníci obracejí pro inspiraci do přírody. „Rostliny a živočichové mají často ve svých tělech nejrůznější duté, porézní a pravidelně uspořádané útvary, někdy dokonce struktury, díky kterým získávají lepší vlastnosti. Což zajímá i nás: chceme dosáhnout vylepšení například v podobě větší únosnosti metamateriálu při snížení jeho hmotnosti,“ popisuje Červinek. V přírodě bychom si mohli jako metamateriál představit třeba strukturu motýlích křídel, v běžné domácnosti například houbičku na nádobí. Většímu využití metamateriálů v průmyslu nahrává 3D tisk, pomocí něhož je možné takto složité struktury vyrobit. „Spolu s tím ale vyvstává otázka, jak tyto komplexní struktury navrhovat. Pokud byste chtěli jít například při hledání výplně nějakého dílu metodou pokus–omyl, máte téměř nekonečné množství možností.Oproti tomu experiment by byla velmi drahá a zdlouhavá cesta. Jako optimální řešení se proto nabízí využít výpočtů a simulací. Problém ale je, že konvenční způsoby navrhování zde selhávají, a je proto potřeba vyvinout nové,“ říká Červinek. Právě to bude jedním z jeho úkolů v rámci projektu BAANG.
Ondřej Červinek teď bude tři měsíce pracovat na výpočtovém modelování, konkrétně jevu zvaném superelasticita. „V kontextu našeho projektu, kdy má být finální aplikací křídlo letadla, jde o vlastnost, která umožňuje flexibilní ohýbání a řízené morfování částí křídel, aniž by došlo k porušení samotného materiálu jednotlivých dílů. Řízené morfování části křídla, která se nazývá odtoková hrana, by mělo výrazně zvýšit efektivitu letu v různých režimech, a to i při vzletu nebo přistání,“ vysvětluje Červinek. Na léto se vrátí na VUT, aby své simulace experimentálně otestoval, a do Vídně pak znovu odjede na další tři měsíce. Podobně jako on vyjedou na zkušenou za hranice i další mladí vědci ze strojní fakulty.
Věda tvoří v rámci projektu BAANG jen část jeho náplně. Neméně významnou položkou je právě navazování zahraničních kontaktů, a zejména možnost učit se od nejlepších. „TU Delft je jednou z mála institucí na světě, která se zabývá všemi environmentálními aspekty letectví. Londýnská Imperial College je řazena mezi deset nejlepších univerzit na světě, TU Wien patří do první dvoustovky. Pro porovnání: naše Vysoké učení technické se pohybuje mezi sedmistou a sedmistou padesátou příčkou. Věříme, že se můžeme od kolegů hodně naučit,“ říká Michal Kotoul z Ústavu mechaniky těles, mechatroniky a biomechaniky, který stojí v čele celého projektu. Projekt BAANG potrvá tři roky a financuje jej Evropská unie v rámci programu Horizon Europe. Celkem bylo v dané výzvě podáno 388 projektů.
Za ČR soutěžilo 38 projektů, devět projektů bylo vybráno k financování. Na VUT se jedná o druhý projekt, který ve výzvě Twinning uspěl. Ondřej Červinek se už na svůj další výjezd za hranice těší. „Rád bych se posunul profesně, ale taky doufám, že prohloubíme vzájemné vazby, abychom mohli ve spolupráci pokračovat i v dalších projektech,“ říká. A co by považoval za úspěch? „Formálních kritérií, která musíme splnit, je celá řada. Mě by ale potěšil i zcela neformální aspekt, totiž kdyby se nám podařilo dát dohromady něco užitečného, co má přislib být do budoucna použité v provozu. Přijde mi skvělé, když dosáhnete výsledku, který slouží lidem, a vy si můžete říct: máme za sebou kus dobré práce,“ uzavírá Červinek.
Článek byl napsán pro časopis Události na VUT, který je k dispozici zde.
Odpadky jsou věda. Díky odborníkům z VUT má Česko prognózu jejich produkce
Výroba tepla a elektřiny z odpadu může být díky umělé inteligenci výrazně efektivnější
S recyklací odpadních vod z vinařství pomůže odparka
Patentovaný systém z VUT na proplachování kanalizace bude pomáhat v Evropě
Filip vyvíjí algoritmy pro analýzu stromů v lese