Pavouci mění svět: Miliardy investují Airbus, zbrojaři i banky

Přes 20 miliard Kč bylo v posledních deseti letech investováno do společností vyvíjející uměle pěstované proteiny sloužící k tvorbě synteticky vyráběných pavoučích vláken. Výtvory pavouků mají totiž zcela unikátní vlastnosti, kterých lidé zatím nikdy nedosáhli.

Darwinův pavouk žijící na území Madagaskaru tvoří nejen největší pavučiny světa, ale také tká nejpevnější lidem známý materiál. Jeho síť je tvořena tužšími a silnějšími vlákny, než jakými disponuje lidmi vyráběný kevlar využívaný například v neprůstřelných vestách. Vlákna Darwinova pavouka jsou také oproti kevlaru vyráběnému z aromatických polymerů elastická a v přírodě rozložitelná.

Také váha je pro využití vláken v průmyslu zcela klíčovou vlastností. Vlákno pavouka je až o 15 % lehčí než je srovnatelná hmotnost kevlaru využívaného například v letectví a výrobě raket mířících do kosmu – v obou těchto oborech je každé procento na váze ceněno miliony dolarů.

Porovnání s kevlarem ale nemůže zcela obsáhnout neuvěřitelné vlastnosti a sílu sítí, které Darwinův pavouk (a jiní pavouci) vytváří. Výmluvné příkladykombinace síly, elasticity a pevnosti přiblížím níže.

Pokud bychom chtěli zastavit Toyotu Corollu vážící 1 300 kg jedoucí rychlostí 90 kilometrů za hodinu, stačí napnout zhruba 1,5 centimetrový shluk vláken ze sítí Darwinova pavouka a ten bez přetrhnutí vůz zastaví. Síť vytvořená z takových vláken by bez zranění také zachytila 75 kilového člověka padajícího volný pádem ze 100 metrů vysokého mrakodrapu a nepřetrhla by se. Narozdíl od oceli a již zmíněného kevlaru jsou totiž vlákna extrémně elastická a svou délku mohou prodloužit před přetrhnutím až dvojnásobně.

Vlákno o průměru 1 centimetr by vyneslo do vzduchu náklad o váze 11 000 kilogramů. Díky pevnosti v tahu na úrovni 1,6 gigapascalů jde o nejsilnější známý materiál na Zemi.

Nelze se pak divit investorům, kteří do výzkumu syntetické výroby a firem, které se napodobením pavoučích vláken zabývají, investovali přes 20 miliard korun v uplynulých deseti letech. Mezi známé investory patří například japonská společnost Mitsubishi anebo americká investiční banka Morgan Stanley. Sází nejen na využití v armádním, průmyslovém a leteckém odvětví, ale také v oděvnictví, stavebnictví a dalších oborech zejména kvůli další skvělé vlastnosti vláken – udržitelnosti. Vlákna pavouků se také narozdíl od těch vytvořených z aromatických polymerů rozloží ve volné přírodě bez dopadů na životní prostředí.

Z textu výše můžou vlákna Darwinova pavouka vypadat jako materiál budoucnosti – výčet unikátních vlastností ale zdaleka nekončí. Armády na celém světě, zejména v Izraeli a USA již investovaly miliony dolarů do souvisejícího výzkumu hlavně kvůli výrobě kamufláže a systémů, které nemohou detekovat radary. Vlákna neodráží světlo a současné radary nedokážou předmět pokrytý vlákny zachytit. Představte si tak kamufláž využitelnou například pro ochranu protiletecké obrany nebo klíčových zbraňových systémů na frontě – spolupráce na tomto vývoji probíhají již dnes.

Americká armáda také cílí na využití unikátního materiálu u neprůstřelných vest a v medicíně. Vědci z Purdue University ve spolupráci s Pentagonem uzavřeli partnerství o výzkumu pavouků a jejich vláken pro účely lepší ochrany vojáků i výzbroje. Díky zvýšené elasticitě totiž materiál absorbujevíce energie a lépe jí rozloží do prostoru – zásah kulky je tak proti stejné vestě z kevlaru u pavoučích vláken lépe snesitelný a energie zásahu je rozprostřena na větší plochu, dojde tak k menší pravděpodobnosti zranění či častých zlomenin žeber a vnitřních krvácení právě po zásazích projektily. Také komerční firmy uzavřely četná partnerství. Například německá společnost AMSilk vyvinula na základě výtvorů pavouků materiál Biosteela nyní pracuje na jeho masové výrobě pro účely armády USA a Británie.

Aby toho ale nebylo málo, vlákna mají také neobyčejné antibakteriálníúčinky. Obvazy z vláken pavouků vykázaly na zvířatech zvýšené hojení úrazů a zabránily infekcím. Také šicí nitě, zejména ty využívané uvnitř lidského těla, jsou předmětem komerční výroby. Lidské tělo si tento materiál umí samo po čase rozložit a v kombinaci s antibakteriálními vlastnostmi jde o ideální materiál pro medicínské využití, dnes se pro vnitřně používané šicí nitě využívají materiály ze zvířecích střev, které se také po čase rozloží.

Neprůstřelné vesty, kamufláže, obvazy i šicí nitě – na všech těchto materiálech již vědci v současné době pracují a navrhují využití pavoučích vláken v rozličných sektorech průmyslu i v medicíně.

Největší výrobce letadel, francouzský Airbus, také vsadil na pavouky a jejich neuvěřitelně pevná vlákna. Již v roce 2018 se spojil s německou AMSilk za účelem vývoje nových kompozitních materiálů, které by francouzská letadla učinila lehčí i odolnější.

Ke spolupráci tisková zpráva firmy uvádí,

,,Pavučina je jedním z nejúžasnějších materiálů v přírodě. Silnější než ocel, odolnější než Kevlar a neuvěřitelně lehká. Pavučina vyrobená z vláken tlustých jako tužka by dokázala zachytit plně naložený Airbus A350 vážící zhruba 200 tun. Po desetiletí se vědci snažili replikovat úžasné vlastnosti pavoučího hedvábí pro průmyslové využití. Tyto pokusy však byly neúspěšné – až dosud.“

Dále ředitel inovací francouzského výrobce Detlev Konigorski vypichuje klíčové vlastnosti pavučin pro účely Airbusu následovně,

,,Materiál se ohýbá aniž by ztratil sílu. Tudíž může být integrován do součástek u motorů letadel a zabrání srážkám s ptáky. Může také podobným způsobem pomoci při ochraně vesmírných technologií nebo být aplikován do obranného průmyslu. Má také neobyčejné antibakteriální vlastnosti a tak jej plánujeme integrovat i do vnitřku letadla k posílení hygieny.“

Na závěr tiskové zprávy Konigorski dodává,

,,Ještě jsme neodhalili ani část potenciálního využití tohoto přelomového materiálu. Umožní nám inovativní přístup k designu i konstrukci našich strojů.“

I Airbus se tak zhlédl v unikátních vlastnostech pavouků a jejich pavučin. Dle nejnovějších zpráv testování právě probíhá a materiál Biosteel na základě pavučin prošel prvními homologačními testy. Po Airbusu uzavřel partnerství se společností AMSilk i další průmyslový gigant, německý Mercedes-Benz. Krátce po oznámení spolupráce do společnosti investoři vložili dalších 54 milonů eur – více než 1,4 miliardy korun.

Německý AMSilk ale není jediným producentem, který se zabývá výzkumem a využitím pavučin jako industriálního materiálů. Také Izraelský Seevix Materials nebo japonský Spiber inc. jsou lídry v oboru. Právě do japonské firmy investovali giganti Mitsubishi a Morgan Stanley více než 16 miliard korun.

Největší komplikací ale zůstává velkoobjemová produkce vláken, která naráží na limity způsobené přírodou a chování samotných pavouků. Ti nemohou své pavučiny budovat v masové škále na farmách, protože jde o teritoriální jedince se sklony k vzájemné nevraživosti a kanibalismu. Vědci tak musí sítě vyrábět uměle, firmy se tak předhání o prvenství v dosažení průmyslově udržitelné výrobní kapacity. Některé společnosti se snaží pavoučí DNA integrovat do jiných druhů, například do bource morušového produkujícího typické hedvábí a některé pomocí chemických procesů vyrábí proteiny v kádích, jako například zmíněný německý AMSilk. Investice do tří zmíněných společností přesáhly jen v uplynulé dekádě miliardu dolarů – 23 miliard Kč.

Kdo první napodobí to, co pavoucí dělají běžně miliony let, bude zcela jistě miliardářem a změní navždy množství průmyslových oborů. Na to také sází průmysloví giganti a bankéři, kteří do výzkumu pavouků v uplynulých letech investovali desítky miliard.