Robot, který chodí po vodní hladině jako vodoměrka

Vodoměrky jsou jedním ze skutečných zázraků přírody - téměř doslova, protože schopnost chodit po vodní hladině jinak byla náboženskými legendami přičítána pouze svatým mužům. I proto se tomuto vodnímu hmyzu patřícímu mezi ploštice v angličtině říká Jesus Bug, Ježíšova blecha. Ale zatímco světci kráčejí po vodě jen občas, vodoměrky na hladině tráví celý život: loví, páří se i odpočívají. Výzkumníci se teď schopnosti vodoměrek snaží uplatnit při konstrukcích lodí a vznášedel.

Donedávna se pohyb vodoměrek po hladině vysvětloval tím, že je udrží povrchové napětí kapaliny způsobené přitažlivými silami mezi molekulami. Ty způsobují, že se povrch kapaliny chová jako tenká pružná vrstva. Jenže pouhé povrchové napětí by vodoměrkám ke spokojenému životu na vodě nestačilo. Není těžké to dokázat. Při troše opatrnosti sice lze v pokojových podmínkách na povrchovou blanku vody v nehybné nádobě položit třeba i kovovou žiletku a udrží se tam - jenže i při nepatrném otřesu se poroučí ke dnu. Pokud je totiž tenká elastická vrstva na povrchu kapaliny nějakým vnějším vlivem porušená, efekt se ztratí. Naproti tomu vodoměrky na hladině jsou jen málokdy v klidu. Nejen že po vodě běhají, ale umí i vyskakovat do výšky, a přesto povrchovou vrstvu neporuší. Kromě toho jim samozřejmě nesmí vadit ani otřesy způsobené proudem či dešťovými kapkami a hladina zvlněná větrem, zčeřená pohybem jiných živočichů. Navíc v přírodě snižuje hodnotu povrchového napětí vody celá řada vliv ů: rozpuštěné látky, změny teploty, nasycenost plyny a podobně.

Tajemství superodpudivosti

Výzkum prováděný pomocí elektronového mikroskopu prokázal, že vodoměrka se nespoléhá jen na pouhé povrchové napětí, díky němuž plave například žiletka z našeho pokusu. Živočich efekt způsobovaný povrchovou blankou ještě umocňuje zvláštním uspořádáním svých končetin. Jejich zakončení jsou opatřená tisíci chloupky dlouhými přibližně 50 mikrometrů, v nichž se nacházejí miniaturní kapsy zachycující bublinky vzduchu. Vodoměrku tak drží nad hladinou síla, která je 15krát větší, než kdyby její tělo jen nadnášel vztlak vody dle známého Archimédova zákona. Tomuto jevu se říká superodpudivost. Díky ní neklesne pod hladinu.

Superodpudivost ale vodoměrce především umožňuje žít na vodě a přesto - na rozdíl od jiných vodních tvorů - být s tekutinou ve styku jen nepatrnou částí povrchu těla. Kromě konců nohou je skoro celá ve vzduchu, který při pohybu klade mnohem nižší odpor. V případě potřeby tak může tento vodní hmyz vyvinout rychlost, o jaké se jeho kořisti nebo potravní konkurenci žijící ve vodě může jenom zdát: za vteřinu urazí vzdálenost rovnající se stonásobku délky jejího těla. Kdyby totéž uměl člověk vysoký 1,8 metru, vyvinul by na vodní hladině rychlost 644 km/h.

Záchranná vesta pro koně

Čínští výzkumníci Qinmin Pam a Min Wang se rozhodli, že systém "vynalezený" vodoměrkou uplatní i na konstrukci lodí, vodních robotů a vznášedel, které by se při nízké spotřebě mohly pohybovat nad hladinou velkou rychlostí. Sestrojili měděnou síť potaženou dusičnanem stříbrným a dalšími látkami, které jejímu povrchu dodaly superodpudivé vlastnosti. Malé lodičky velikosti poštovní známky z tohoto materiálu pak unesly několikanásobně větší náklad, než kdyby byly z obyčejné mědi. "Plavou i tehdy, když už jsou jejich okraje pod úrovní hladiny," říká jeden z vynálezců. "Kdyby byly velké jako běžná záchranná vesta, unesly by koně. Aplikovat je na plavidla běžné velikosti ještě bude znamenat mnoho obtíží, ale věříme, že to půjde."

Robota, který se pohybuje po hladině, se zase snaží zkonstruovat vědci z Carnegie Melon University. Umožňují mu to tenké nohy potažené vrstvou speciálně upraveného teflonu. Na rozdíl od skutečné vodoměrky stroj zatím urazí jen pět cm za vteřinu. Jeho vynálezce Metin Siti ale věří, že jednou budou právě taková zařízení monitorovat kvalitu a znečištění vody.

AUTOR: Jan A. Novák
AUTOR-WEB: www.ihned.cz