Aparaturu pro výboje ve zředěných plynech sestavili v ateliéru designera Petra Bakoše. Samotnou výbojku tvoří dvoumetrová skleněná trubice z varného skla, která dříve sloužila jako atypická vitrína pro prezentaci obuvi. Vývěvu našel jeden z našich známých známých v kontejneru poblíž jakéhosi výzkumného ústavu a po vlastnoručním rozebrání a repasi nám posloužila k dosažení vakua o hodnotě 0.01Pa. Dalšími prvky experimentální výbavy jsou manometr Pirani, autotransformátor a vysokonapěťové trafo k neonové reklamě. Elektrody jsou z OBI, trubici uzavírají silonové vysoustružené zátky. Ventily jsme použili obyčejné k hadici na vodu. Pro zvýšení estetického dojmu jsme před natáčením pro Technet trubici pověsili na řemenech ze stropu, takže levituje v prostoru. „Výboje ve zředěných plynech jsou pro mě v tomto provedení něco jako světelná socha,“ komentuje Petr.
„Klasické“ uspořádání experimentu pro pozorování výbojů ve zředěných plynech se skládá ze skleněné vakuově těsné trubice, do které jsou zapuštěné dvě elektrody – kladná anodu a záporná katodu. Když elektrody připojíme k elektrickému napětí, nebude se zpočátku dít nic. Vzduch je dobrý izolátor – jeden milimetr vzduchu udrží napětí řádově tisíc voltů.
Z válce ale začneme vzduch postupně vyčerpávat.
Elektrické napětí se stále snaží odtrhnout lehoučké elektrony z vnější slupky atomů plynu a přitáhnout je k anodě. Zbytek atomu, těžký kladný iont, si bude probojovávat svou cestu ke katodě. Při atmosférickém tlaku to nepůjde snadno. Elektrony či ionty brzy narazí na další atomy a tím jejich cesta končí. Ani se nestačily pořádně rozeběhnout a získat energii. Je to jako v americkém fotbale, kde hráče s míčem (elektrickým nábojem) brzy složí jeho protihráč. Představme si ale, že na hřiště nastoupí hráčů jenom polovina. To jo podobná situace, jako když tlak v trubici snížíme na půlku. Elektrony či ionty „doběhnou“ dále. Tím získají i větší energii. Není vyloučené, že při srážce s dosud neutrálním atomem z jeho slupky vyrazí další elektron. Atom, kterému „ulétl“ záporný elektron, se sám stává kladným iontem.
Při dosažení jedné dvacetiny atmosférického tlaku se v trubici objeví načervenalý výboj, který se hadovitě vlní.
Překážek pro průchod elektrického proudu je stále mnoho a nabité částice si musí hledat cestu nejmenšího odporu. To nám trochu připomene blesk na obloze. I ten si hledá místa, kudy se bude moci nejsnáze vybít jeho energie.
Když snížíme tlak ještě více, asi na šedesátinu atmosférického tlaku, vyplní výboj nejprve postupně celý objem trubice.
Při dalším snížení tlaku už nabité částice vydrží letět beze srážky dost dlouho. Lehké elektrony za tu dobu získají velkou rychlost a ionizují zbytky plynu. Tím vzniká růžový anodový sloupec. U katody zase dochází k velkému zrychlení kladných ionty, které pak z elektrody vyrážejí nové elektrony. Tady vzniká modré katodové světlo. Na principu anodového sloupce fungují zářivky.
Zajímavý efekt také lze sledovat při přiložení magnetů, díky nimž můžeme plazmatický výboj „tvarovat“ – tento princip používají i vědci v tokamaku, kde je plazma natolik horké, že by jej žádný materiál nemohl udržet, a proto se izoluje uprostřed prostoru díky magnetickému poli.
Pokud budeme tlak snižovat dále, nezbyde v trubici už mnoho atomů plynu. Přenos elektrického proudu pak převezmou hlavně elektrony, které budou vytržené z katody. Světlené efekty budou tedy postupně slábnout. Aby mohla fungovat třeba televizní obrazovka nebo elektronka, která vytváří mikrovlny v naší troubě, nesmí elektronům stát v cestě žádný zbytek plynu.
Máme již rámcové schéma hardwarového řešení našeho projektu. Na základních systémech se již aktivně pracuje. Po konstrukci jádra bude následovat připojování jednotlivých periferií.
Gondola stratosferického balónu, která ponese GPS moduly, dostala jméno dropion. Název vznikl kombinací slov "drop" a "onion" - čili inspirace přírodou je opět zjevná.
Koncept nového modulu 2.0 prošel zásadními změnami, takže nyní stratokešky tvoří celý spodní díl modulu a nepotřebují být kryty další vrstvou materiálu.
Změnil se rovněž vypouštěcí mechanismus, rovněž jsme zavrhli variantu, kdy se dropion při pádu otočí horní částí dolů.
Počátkem června jsme se při přípravě článku pro Technet sešli v ateliéru Petra Bakoše s video redaktory serveru iDnes. Experiment před kamerou odprezentoval Ivan Miller jakožto jeho hlavní inženýr. Ačkoli záběry ve výsledném videu neukazují všechny stavy výbojů pozorovaných při našem soukromém experimentování, kouzlo pokusu snad diváci pocítí.
V České republice je celý ústav, který se fyzikou plazmatu a jeho využitím zabývá již od roku 1959 - Ústav fyziky plazmatu AV ČR. Ústav má šest oddělení a každé z nich se věnuje jinému typu a jinému využití plazmatu. Velmi nadějným projektem je tzv. tokamak, což je v podstatě ohromná výbojka, v níž se vědci snaží pomocí magnetického pole udržet horké plazma a docílit termojaderné fúze. Český tokamak Compass je jedním z předstupňů obřího projektu výstavby tokamaku ITER ve Francii. Podaří-li se nakonec zvládnout termojadernou fúzi, mohly by podobné plazmové výboje, jaké známe ze Slunce, sloužit lidem na Zemi jako neomezený zdroj energie.
Čtyři osobní úvahy nezávislého designera o prostých nápadech a nejjednoduších výtvarných formách.
Prostor, kde ožívám a tvořím
Mým prostorem jsou prostorové objekty. Jsem designer, protože mě vždy zajímaly technologie a každodenní život, i když hranice mezi sochou, instalací, volným uměním a designem dnes už nakonec splývá. Hledám tenhle moment: Když přes nějakou běžně používanou věc můžu poslat do světa sdělení. Myšlenku, která nezůstane v galerii, ale rozdistribuuje se díky tomu předmětu mezi lidi. Třeba poháry Second drink – z nerezové oceli jsem vytvořil kolečko, do něhož lze zasunout uříznutý vršek libovolné PET láhve a vytvořit si tak recyklovanou cestovní skleničku. To kolečko chce říct: „Lidi, seberte se a nebojte se udělat si to po svým! Materiálu máme kolem sebe dost.“ Při práci se snažím najít nejjednoduší možnou formu a nejsem spokojený, dokud ji nenajdu. Dělat věci draze a komplikovaně umí každý.
Prapodivná věc, kterou jsem zde objevil
Kristus na hliníkovém profilu. Jednou jsem dostal nápad, že by bylo zajímavé pověsit Krista na nový kříž z hliníkového systému, který jsme používali v naší produkční společnosti. Nejsem vůbec věřící, ani se víře nechci posmívat. Nebyl v tom žádný hlubokomyslný záměr, prostě mi přišlo zajímavé vytrhnout ten symbol z běžného kontextu. Kristus visící na systému… Začal jsem se tím zabývat a kupodivu jsem zjistil, že samostatní Kristové sundaní ze starých křížů se dají běžně koupit. Začal jsem je pořizovat na bleších trzích nebo na Aukru a věšet na hliníkové profily. Co mě ale skutečně překvapilo, byla reakce lidí. Žijeme přece v ateistické zemi. Ale většina lidí reagovala s emocemi a rozpaky: Jak to myslí? Je to výsměch, nebo snaha vyjádřit víru v novém kontextu? Pověsí si tenhle výtvor na zeď moderní věřící nebo zavilý ateista? Zatím jsem prodal jeden ... věřícímu.
Neustále mě přivádí k úžasu
Že vlastně nejde dělat umění, které by bylo nezávislé na době a tom, kdo ho hodnotí. Fotografie nahých holek se přece třeba takovému orangutánovi vůbec nebudou líbit. A člověk za sto let je možná taky bude považovat za ujetý. Ale musí být přece něco, co osloví i takovou žábu!
A další věc jsou technologie. Jsme vlastně poslední generace, která vyrostla ještě v analogové éře. Pamatuju si, jak jsme na škole diskutovali o tom, co bude v umění dál. A pak přišla digitální revoluce, internet, designové programy a s nimi třeba CNC frézy a 3D tiskárny. Díky neuvěřitelně složitým strojům se ale dostáváme zpátky k těm nejjednoduším organickým tvarům! Třeba spojení kloubu s jamkou člověk po tisíce let neuměl vyrobit – prostě je to téměř nemožné. A tak si vymyslel spojení přes hřídel. Dnes už ale kloub díky strojům vyrobit jde… A tak se nakonec dostaneme k tomu, že věda, umění a design splynou v jedno jako v přírodě – z informace v jednom semínku vyroste rostlina, která má taky v sobě všechno.
Mám lehce bláznivý, ale nadějný nápad
Třeba vytvořit nábytek ze stínu. Vymodelovat například židli podle tvaru stínu, který by taková židle vrhala. Samotná židle by pak byla jen prázdné místo vytvořené zhmotněným „stínem“.
Nebo vytvořit gradient mizejícího materiálu, podobně jako známe plynulé škály přechodu z jedné barvy na druhou. Jak by vypadal prostorový objekt, v němž by materiál plynule přecházel v nic? A z čeho by se to dalo udělat?
Nebo vzít strunovou sekačku a místo kotouče se strunou přišroubovat vrtuli. Pak bych se pověsil na horolezeckém laně z mostu a se zapnutou sekačko-vrtulí bych se roztočil v prostoru...
Petr Bakoš (1976) je nezávislý designer a zakládající člen sdružení Žádná věda. Po deseti letech řízení úspěšné produkční společnosti se rozhodl vykročit na volnou nohu a věnovat se vlastním nápadům a rozvoji designové galerie Harddecore na pražském Senovážném náměstí. Večer občas pomáhá své ženě Josefině (autorce oděvní značky Chi-chi) s jejich třemi holkami, které se musí najíst, vykoupat a spát.
Vývoj létajících semínek si žije trochu svým vlastním životem. Po návštěvě občerstvovny na biologické fakultě a prostudování materiálů, které z toho vzešly, jsem se pustil do prvních "prototypů". Nelétalo z toho nic. Respektive nic, co by stálo za řeč.
1 - Papírové modely dle návodu pro děti ze stránek NASA.
2 - Můj původní koncept, kde jsem chtěl tvarovat list prostorovým řezem hmotou těžiště: nefunkční.
Na správnou cestu mě navedl až článek Jonathana Millse z Indiany. Ten se docela podrobně zabývá problematikou. Po sérii pokusů se začalo dařit.
3 - Původní origami model dle Johnatana Millse.
Pak už to bylo jednoduché - podařilo se mi na dílně nakreslit a vyřezat celou sadu semínek, která všechna létala. Největší měřilo cca 390mm a vážilo přes 100g. Jako protivariantu, která by létat neměla, jsem zkonstruoval dva tvary z truhlářského "chipsu", který se používá na spojování desek - kupodivu seménko létalo také, i přes úplně opačný tvar listu.
4 - Funkční překližkovo - kartonové modely různých velikostí
5 - semínka z truhlářského chipsu
Následovat bude nějaké 3d modelování a další prototypy.
Řešení kontejneru, výpustného zařízení a samotných létajících kešek představovalo pro designera Petra několik výzev. Zdálo se, že určitou inspirací by mohla být biomimetika, neboli “obor vědy (zvláště biologie), který zkoumá zajímavá konstrukční řešení v přírodě u živých organismů a snaží se je napodobit” (Wikipedia). Za tím účelem jsme se počátkem září v pražské hospůdce nedaleko přírodovědecké fakulty UK setkali s biologem Karlem Kleisnerem. S jeho přispěním se nám dostal do ruky dokument o různých typech letu semen.
Jaký model budou napodobovat zhruba padesátigramové stratokešky, které mají letět z výšky třiceti kilometrů tak, aby se “přiměřeně” rozptýlily? Rozhodli jsme se pro model javorové nažky a rotaci kolem jedné osy.
Fig.I Typické příklady semínek. (a) přímé klesání, (b) klouzavý let, (c) klouzavý let do spirály, (d) houpavé klesání, (e) rotace okolo osy, (f) rotace okolo dvou os - Zdroj: Various flying modes of wind-dispersal seeds - Shizuka Minamia, Akira Azumab
Abychom vytvořili ideální design stratokešek, oslovili jsme přední specialisty v oboru aerodynamiky z Výzkumného a zkušebního leteckého ústavu, kteří nám ochotně vyšli vstříc. Základní koncept "javorového semínka" jsme s jejich konzultací mohli rozvinout správným směrem. Spolupráce s VZLÚ v budoucnu umožní také test prototypu ve standardizovaných podmínkách a odpovídající výpočty na základě záběrů padající kešky pořízených vysokorychlostní kamerou.
Stratokešky musejí odpovídat jasně definovaným bezpečnostním předpisům, které stanovuje Úřad pro civilní letectví. Například hodnota dopadové energie čehokoli, co padá na zem, nesmí překročit 33,9 J, což musí být doloženo výpočtem. Kešky tak nemohou nikomu ublížit, ani kdyby dopadly na hlavu chodce nebo přední sklo rychle jedoucího automobilu. Z toho důvodu vyvíjíme moduly s pokročilým materiálem Tyvec s váhou do 50g.
Další otázkou je rozptyl "semének". Ačkoli ten bude hlavně ovlivněn počasím a tudíž je to spíše otázka pro meteorology, testy s pomocí aerodynamiků nám poskytnou přesnější odhad.
Po řadě pokusů je na světě funkční prototyp semínka. Prozkoumali jsme princip autorotace a přicházíme s jednoduchým a funkčním řešením. Konstrukci finálního tvaru tvoří polypropylenový plášť, karbonová vzpruha a lůžko GPS trackeru tištěné na 3D tiskárně. Před optimalizací tvaru máme skvělé parametry: Paylod (gps tracker) - 55g
Váha křídla - 24g
Volný pád max cca 10m
Klesání cca 2.4 m/s
Stratocaching je vědecký experiment a zároveň dobrodružná hra pro širokou veřejnost, kterou jsme uskutečnili v listopadu 2013 a později v říjnu 2014 . Jedná se o kombinaci dvou populárních aktivit: geocachingu a stratosférického balonového létání. Z meteorologické stanice Praha-Libuš jsme vypustili balón osazený kamerami, z jehož speciální gondoly se pak ve výšce 30 kilometrů uvolnily létající kapsle v podobě velkých javorových semínek s GPS trackerem (tzv. Stratocache). Na zemi pak odstartovala geolokační hra o nalezení těchto "semínek". Do hry o nalezení Stratocache se nakonec zapojilo přes 13.000 lidí a živý přenos videa z balónu sledovalo 220.000 diváků.
Kinspire je provozní název online experimentu, který chystáme s biologem Mgr. Karel Kleisnerem, PhD. z Katedry filosofie a dějin přírodních věd. Pokud se nám podaří projekt realizovat, budete se moci zapojit do skutečného výzkumu týkajícího se morfologie lidského obličeje. O detailech budeme informovat.
Klasický experiment s umělým výbojem ve zředěných plynech spočívá ve vakuově těsné skleněné trubici se zapuštěnými elektrodami, z níž se postupně odsává vzduch. Se snižujícím se tlakem můžeme v trubici pozorovat různě intenzivní, různě zbarvené a různě tvarované výboje. Je to poučná a inspirativní podívaná. S použitím nalezených a netradičních komponentů jsme parádně velkou výbojku sestrojili i my. Je to napůl didaktický objekt, napůl světelná socha. Nedosáhli jsme sice ještě takové úrovně, na jaké jsou kolegové z Ústavu fyziky plazmatu se svým tokamakem, obří výbojkou slibující zajistit pro budoucí generace nový zdroj energie, ale úžas z pozorování plazmatu máme podobný...
Seriál interview Moje Zóna představuje zajímavé osobnosti, které jsme při přípravě našich experimentů potkali. Každý z těchto lidí se z celého srdce věnuje nějakému oboru, koníčku či vášni. Mají svou Zónu: prostor, kde tvoří, řeší tajemství a žasnou nad objevy. Žádná věda nyní přichází se čtyřmi jednotnými tématy k úvaze pro všechny oslovené. Jsme zvědaví, co zajímavého jejich různé světy odhalí.
Čtyři osobní úvahy biologa Karla Kleisnera o tajuplném světě přírodního designu.
Prostor, kde ožívám a tvořím
Můj prostor je biologie barev, zjevů a tvarů. Zajímají mě ty části těl živočichů a rostlin, které jsou na odiv, třeba lidský obličej nebo křídla motýlů. Proč vypadají tak, jak vypadají? Jaký význam mají jednotlivé proporce, tvary a vzory? Jak se tento význam v čase proměňuje? Příkladem může být tvář s vyceněnými zuby: u primátů, psů a jiných savců to znamená jasný projev agrese. Když ale při úsměvu odhalí zuby člověk, je to na důkaz přátelství a dobré nálady. V historii tedy evidentně muselo dojít k „přeznačení“ - symbol vyceněných zubů získal jiný význam. Ale proč a jak? Můj tvůrčí úkol spočívá v tom, že se snažím hledat nové souvislosti, nahlédnout za horizont běžných událostí. Tahle práce je z velké části založena na sběru empirických důkazů a jejich statistickém zpracování, nevyhýbá se však ani filosofické spekulaci. Věda bez filosofie (a platí to i naopak) je něco jako kurtizána bez zákazníků – moc si neužije a k tomu pořád trpí hlady.
Prapodivná věc, kterou jsem zde objevil
Záhadou je jakákoli výjimečná událost, která změní směr vývoje živé přírody. Protože se takové události stanou jen občas, nelze je statisticky zkoumat, a tak jsou obestřeny tajemstvím. Co například způsobilo, že Evropané mají širokou škálu barev očí, když ostatní populace a mají pro náš druh původní hnědou barvu duhovky? Byly snad modré oči coby evoluční novinka při výběru partnera atraktivnější než hnědé, a tak se vyvinuly různé barevné modifikace?
Kdybych měl ale vybrat jednu výjimečně prapodivnou věc, byl by to jeden brouk – drabčík (Coatonachthodes ovambolandicus). Tento tvoreček žije pospolu s termity a svým podivným vzhledem se jim nápadně podobá, a to zvláště při pohledu seshora. Záhada je ale v tom, že se na něj takto nikdy žádný termit nepodívá. Brouk totiž žije celý život v naprosté tmě a v úzkých chodbičkách termitiště. Termiti prostě nemají příležitost „ocenit“, že vypadá seshora jako oni! Je to snad tak, že se drabčík se svými hosty natolik niterně sžil, že nosí jejich podobu, i když to nikdo nevidí? Že by něco jako „koho chleba jíš, toho píseň zpívej"?
Neustále mě přivádí k úžasu
Že příroda při té vší praktičnosti a funkčnosti vypadá tak, že se na ní dá s gustem dívat. Opravdu není banální uvědomit si, jak velký důraz kladou organismy na svůj vzhled!
Mám lehce bláznivý, ale nadějný nápad
Klasičtí evoluční biologové tvrdí, že v přírodě jde v zásadě jen o co nejefektivnější prosazení genů do dalších generací. V evoluci organismy vyvinuly nejrůznější specifické adaptace a designy svých těl tak, aby zvýšily pravděpodobnost, že uspějí v přirozeném výběru a prosadí své geny. Jedním příkladem takové adaptace je mimikry, napodobování. Například moucha pestřenka, jež sama nemá žihadlo, napodobuje černožlutý výstražný vzor žihadlem a jedem obdařené vosy, která dokáže případnému agresorovi způsobit bolest. Pestřenka tím vlastně parazituje na výstražném signálu vosy, aniž by se sama obtěžovala nějaké zbraně vytvářet. Vztah je to asymetrický, pestřenka profituje z vosy tím, že se za ni schovává, vosa však z pestřenky nemá nic.
Teď ale k tomu nápadu. Co když to v přírodě funguje i jinak? Možná nejde jen o reprodukci těl jakožto prostředku šíření genů. Paralelně se totiž mohly předmětem přirozeného výběru stát i samotné vzory. Emancipované obrázky, které skrze mimikry postupně obsazují více a více tělesných schránek jednotlivých živých forem. Podobně jako reklamní slogan na konstrukci billboardu nebo na vagonu tramvaje. Co záleží, jestli reklamu nese autobus nebo tramvaj, vosa nebo pestřenka? Jednou třeba vosy z naší planety vymizí úplně, ale „vosí design” se bude šířit dál na tělech jiných organismů a bude svým způsobem věčný. Má to ovšem jednu podmínku: pokud by vymřely všechny chráněné modely, vzor by časem přestal působit výstražně a pravděpodobně by rovněž vymizel.
Karel Kleisner(1979) sídlí v podkrovní cele č. 248A Katedry filosofie a dějin přírodních věd UK ve Viničné ulici 7. Je autorem řady studií dotýkajících se problematiky morfologie exponovaných organismálních povrchů, jejich percepce a evoluce. Sdružení Žádná věda vděčí Karlovi za pomoc s tvorbou organického designu létajícího GPS modulu v projektu Stratocaching.
