Klíčová slova: technologie, technika, fyzika, metalografie, elektronika, mechatroniky, kybernetika, kybernetický stroj, umělá inteligence

Titulní stránka

Studijní materiál k popularizačnímu workshopu „K3/WPOP6 Technologie, znovu objevená perspektiva byl vytvořen v rámci projektu „Poznej tajemství vědy“. Projekt s reg. č. CZ.1.07/2.3.00/45.0019 je financován z Evropského sociálního fondu a státního rozpočtu České republiky. První den workshopu 13. 10. 2014 se věnuje teoretické bázi technologií se zaměřením na nejfrekventovanější a v podstatě i nejsložitější technologie strojírenského a elektrotechnického průmyslu. Druhý den 14. 10. 2014 je věnovaný vystoupení expertů před kolegiem učitelů partnerských základních a středních škol se záměrem především přiblížení vědních oborů patřících do technologického rámce a zdůraznění důležitosti technologií v životě lidí. Pozitivním rysem je zdůraznění role člověka a perspektiv technologií v budoucím rozvojovém portfoliu znalostí lidstva. Jednání se účastní významní zahraniční a domácí experti. Součástí práce ve workshopu je interdisciplinární diskuse na daná témata zaměřená na popularizátory, kterým je představeno, jak jednoduchou formou seznámit studenty s nejnovějšími poznatky přírodních věd a moderních technologii v životním prostředí. Závěrečný den workshopu 15. 10. 2014 je zaměřený na žáky/studenty, jimž budou prezentovány osobní příběhy senior expertů/vědců, zajímavé projekty a poznatky moderních technologií. Diskuse probíhá interaktivní formou. Oborní pracovníci – senior experti navštíví min. 10 zapojených škol (skupiny po 25 žácích/studentech), přičemž jeden senior expert navštíví 2 - 4 školy. Klíčová slova: technologie, technika, fyzika, metalografie, elektronika, mechatroniky, kybernetika, kybernetický stroj, umělá inteligence Materiál vytvořil expertní tým Vysoké školy podnikání, a.s., Michálkovická 181/1810, Ostrava – Slezská Ostrava, www.vsp.cz

Vysoká škola podnikání, a.s. působí na trhu vzdělávání již dlouhých třináct let. Sídlem vysoké školy je Ostrava, dále pak máme několik konzultačních středisek po české republice, z nichž nejvýznamnější je v Pardubicích. Jsme zaměřeni na praktickou výuku, na podnikavost, tvořivost a kreativitu. Absolventi naší vysoké školy jsou velmi žádání na trhu práce a jsou snadno uplatnitelní. Poskytuje vysokoškolské vzdělání prakticky orientované, s odbornou praxí ve firmách během studia. Věda a výzkum patří k významným aktivitám Vysoké školy podnikání, a.s. (VŠP). Základním tématem vědeckovýzkumné činnosti je podnikavost a podnikání, které je na VŠP řešeny od počátku jejího vzniku. Dalšími tématy, které jsou řešeny zejména v rámci programů Evropské komise, regionálních programů a interních grantů školy, je problematika rozvoje vzdělanosti, propojení vzdělání s praxí a téma konkurenceschopnost. Garant worskhopu: doc. Ing. Peter Ponický, Ph.D. Pracovní verze. Publikace neprošla jazykovou korekturou. Zpracováno ke dni 13. 10. 2014.

Popularizační workshop – Technologie, znovu objevená perspektiva

ÚVOD ........................................................................................................................................ 5 1

2

Technika a technologie v životě lidí .................................................................................. 8 1.1

O smyslu a významu moderní techniky (obsah celé 1. kapitoly je citací) .................. 8

1.2

Technika je podmíněna vývojem technologií ............................................................ 16

1.2.1

Technologie tady jsou odjakživa ........................................................................ 17

1.2.2

Průmyslové technologie ..................................................................................... 17

1.3

Revoluce 21. století ................................................................................................... 19

1.4

Matematika je nástroj ................................................................................................ 20

1.5

Technika a technologie jako součást společenských procesů ................................... 22

1.6

Symbióza techniky technologie a přírody ................................................................. 23

Fyzika předpoklad rozvoje techniky a technologií .......................................................... 25 2.1

Historický přehled ..................................................................................................... 25

2.2

Nanomateriály ........................................................................................................... 28

2.3

Ekonomické aspekty vývoje fyziky a vědy - proč nás věda neosvobodila? .............. 30

2.4 Filozofické pohledy na výsledky vědy ........................................................................... 31 2.5 Vyučování fyziky- nedostatky ....................................................................................... 33 2.6 Vyučování fyziky- jak to zlepšit .................................................................................... 34 3

4

Barevný mikrosvět kovů .................................................................................................. 35 3.1

Úvod .......................................................................................................................... 35

3.2

Konstrukční materiály ............................................................................................... 35

3.3

Metody zkoumání struktury....................................................................................... 37

3.4

Barevný kontrast v metalografii ................................................................................ 38

3.5

Závěr .......................................................................................................................... 41

Spolehlivost, bezpečnost a výkonnost technických systémů ........................................... 42 4.1

Úvod .......................................................................................................................... 42

4.2

Kultura bezpečnosti – předpoklad rozvoje moderní společnosti ............................... 43

4.3 Legislativní předpisy – předpoklady pro jednotný přístup v rámci managementu rizik v systému člověk – stroj - prostředí ..................................................................................... 46 4.4

Údržba a bezpečnost strojů ........................................................................................ 48

4.5

0bsah návodu na použití ............................................................................................ 49

4.6

Teorie a vybrané aplikace managementu rizik .......................................................... 51

4.6.1 Kauzální závislost vzniku poruchy a/anebo nehody - vznikne porucha a/anebo nehoda náhodou? .............................................................................................................. 52 3

4.6.2 4.7

Definování etap kauzální závislosti vzniku poruchy a/anebo nehody. .............. 53

Management rizika a jeho aplikace v systémech Safety a Security .......................... 56

4.7.1

Člověk jako objekt bezpečnostních analýz v rámci Security a Safety. .............. 56

4.7.2 Společné prvky mezi Safety a Security při zohlednění možnosti aplikace metod technické diagnostiky ....................................................................................................... 57 4.7.3 4.8 5

5.1

Úvod .......................................................................................................................... 62

5.2

Elektronika – akcelerátor technického technologického pokroku ............................. 63

5.2.1

Elektronika ve světě techniky a technológie ...................................................... 63

5.2.2

Elektronika akcelerátor technického pokroku .................................................... 66 Mechatronika a mechatronický systém .............................................................. 73

5.3.2

Mikroelektronika a mikromechatronika ............................................................. 79

4

Podpora vzdělávaní technických odborů ................................................................... 83

5.4.1

Aktivity na základních školách .......................................................................... 83

5.4.2

Aktivity na středních školách ............................................................................. 86

5.5

8

Elektronika a mechatronika ....................................................................................... 73

5.3.1

5.4

7

Závěr .......................................................................................................................... 59

Elektronika – akcelerátor technického a technologického pokroku ................................. 62

5.3

6

Příklad jaderné elektrárny .................................................................................. 58

Závěr .......................................................................................................................... 89

Kybernetické stroje a aplikace umělé inteligence ............................................................ 91 6.1

Úvod .......................................................................................................................... 91

6.2

Kybernetika ............................................................................................................... 91

6.3

Filozofie, kybernetika, umělé inteligence .................................................................. 93

6.4

Umělá inteligence ...................................................................................................... 94

6.5

Oblasti výzkumu umělé inteligence .......................................................................... 95

Vztah přírodních a technických věd – cesta k budoucnosti ............................................. 99 7.1

Úvod .......................................................................................................................... 99

7.2

Jak funguje Vesmír? ................................................................................................ 102

7.3

Země – naše rodná planeta ...................................................................................... 104

7.4

CERN – největší experiment všech dob. Jak vzniká hmota? .................................. 111

7.5

Závěr ........................................................................................................................ 112

ZÁVĚR........................................................................................................................... 113


ÚVOD Technika a technologie jsou nejviditelnějším důsledkem vědeckého bádání a úspěšnosti vědy. Záměrně neuvádím vědce, neboť i ve vědě je to často jak v oblasti umění (pojítko vědy a umění, které je možno zformulovat i tak, že věda je umění), že mnoho vědců se nedočkalo adekvátního ocenění za svého aktivního pracovního života, což je typické pro mnoho velikánů umění. V celém průběhu našeho pracovního semináře se tato myšlenka spojení vědy pro život a práci lidí táhla jako tzv. červená nit. V tomto ohledu byla jednoznačně sledována hlavní myšlenka projektu „Poznej tajemství vědy“ jako jakési metodologie důvěrnějšího poznávání světa kolem nás, vědy jako prostředku pro poznávání přírody, subjektu, který představuje dlouhodobě ucelený a vyvážený systém, jehož jsme malou součástí. Příroda je pro člověka nejlepší a nejefektivnější nápovědou poznávání. Je i prostorem pro pozorování důvodů a důsledků působení zákonů a zákonitostí v naší přírodě fungujících ne staletí či tisíciletí naší přítomnosti, ale často milionu a dokonce miliardy let a většinou bez naší přítomnosti. Hrubá analýza zneviditelňující negativa naší působnosti na ekosystém, ve kterém žijeme, je důkazem zvyšující se materiální kvality pro většinu lidské populace. Nesmíme však tento „vzorec chování“ lidské společnosti povyšovat nad jiné vzorce vyplývající z existence života, existence univerza a existence sebeuvědomování se. Materiální bohatsví civilizačně vyspělých společností je a vždy bylo důsledkem technického a technologického pokroku. Ten svoje komerční „výplody“ – produkty tvoří většinou jako nástroje přirozené lidské lenosti na jedné straně a přirozeného pocitu intelektuální nadřazenosti biologického světa naší přírody. Proto je opakovaná ambice lidstva dokazovat tuto nadřazenost (bohužel ne jen jiným součástem přírody, ale i jiným lidem, jiným etnikům apod.) výsledky svojí činnosti a budováním tzv. nesmrtelných výtvorů člověka (např. egyptské pyramidy, řecký panteon – demokracie a shopnost spojovat se a nenávidět, římská městská kultura a naše dnešní snaha přenášet nám příjemné součásti přírody do našich obrovských městských aglomerací apod.) Výsledky a důsledky působení člověka jsou všudypřítomné a patrné již na jakékoliv zeměpisné šířce a nejen na Zemi, stopy naší civilizace jsou i v blízkém kosmu. To jsou nepochybně důkazy naší intelektuální vyspělosti, ale dnes si čím dál naléhavěji uvědomujeme, že náš důvtip a tuto intelektuální schopnost musíme více využívat pro zachování prostředí, ve kterém jsme se vyvinuli a žijeme. Většina našich expertů má datum narození v druhé polovině minulého století a proto mají ledacos za sebou a jsou zkušení. Zkušenost je jednou z klíčových vlastností usměrňujících vědu. Můžete namítat, že většina objevů posouvající lidstvo kupředu spatřila světlo světa, když lidem, jež je prezentovali, bylo mezi dvaceti až čtyřiceti. Je to pravda a je to tak asi správně i proto, že člověk v tomto věku má méně zábran, více odvahy a má menší starost o budoucnost. V neposlední řadě je méně „devastován“ konvencemi a zkostnatělostí „kamenných“ vědeckých institucí (v roce 1933 se Albert Einstein před svým odchodem do USA neúspěšně snažil zaměstnat na francouzské univerzitě – College de France v Paříži a to již byl autorem Teorie relativity). Ale objev je jenom necelou půlkou úspěšné aplikace jakéhokoli objevu, cesta k praktickým a ověřeným výsledkům je často dosti dlouhá a komplikovaná a u toho člověk stárne a více si uvědomuje nutnost propojení s praktickým životem lidí. Měli jsme vzácnou možnost diskuse s lidmi s touto zkušeností a schopností poradit těm méně zkušeným. I jejich vytrvalost je obrazem možné úspěšnosti práce v prezentovaných oborech, neboť většina našich expertů má i bohaté mezinárodní zkušenosti a výsledky. Peter Ponický

5

Popularizační workshop – Technologie, znovu onjevená perspektiva Stručné anotace jednotlivých příspěvků: Technika a technologie v životě lidí (doc. Ing. Peter Ponický, CSc.) Vše co nás obklopuje a není produktem evoluce přírody, je výsledkem konání lidí. Zemědělství a lesnictví je uvědomělá činnost pro zajištění potravin a kultivaci přírody devastované skrze „životních potřeb“ a „životního prostoru“ lidských komunit v lidských sídlech a jejich okolí. Řemeslná produkce a dnešní průmyslová výroba je založená na použití technických prostředků a aplikaci výrobních (technologických) postupů. Efektivita tohoto postupu tvorby přidané hodnoty je závislá od znalostí výrobních postupů „tvořících“ požadované vlastnosti produktů. Celý a základní význam technologií je v tom, že je to způsob jak uspokojovat postupně rostoucí potřeby lidí. Bohužel je nutno konstatovat, že obyčejně bylo zbrojení a válečné konflikty největšími akcelerátory technického a technologického pokroku. Fyzika předpoklad rozvoje techniky a technologií (prof. RNDr. Pavel Koštial, CSc.) Fyzika je spolu s filosofií nejstarší vědní disciplinou a dnes víme, že i všudypřítomnou. V podstatě všechny přírodovědné a technické obory mají svůj původ a základ v některé části fyziky. Pokud budeme chtít, můžeme najít analogii se samotnou přírodou. V čem, vzhledem k délce existence fyziky vůči délce uvědomělé existence člověka, má fyzika doslova evoluční charakter a stejně jak příroda prodělává v jistých fázích doslova skokové změny. Možná to je důvod na historickou reminiscenci a zdůraznění významu osobností vědců, kteří byli často původci oněch akceleračních skoků ve vývoji fyziky. Dnes jsme možná víc než kdykoli v minulosti závislí na znalostech a aplikacích fyziky, na rozdíl od akcelerace techniky a technologií z fyziky vzešlých, naše povědomí důležitosti fyziky a schopnosti ji porozumět naopak klesá. S tím je nutno něco dělat! Barevný mikrosvět kovů (prof. Ing. Petr Skočovský, DrSc.) Naše civilizace je založená na materializaci svého bytí. Základem použití jakéhokoli materiálu jsou jeho vlastnosti. Na rozdíl od minulosti, dnes umíme vlastnosti nejen předvídat ale i programovat. To je důsledek znalosti vnitřního uspořádání materiálů, které je důvodem jistých vlastností všech látek materiální povahy na Zemi. Nejfrekventovanějším materiálem v oblasti techniky jsou kovy a jejich slitiny a disciplínou odhalující právě vnitřní uspořádání je vědní disciplina, která se nazývá METALOGRAFIE. Mikroskopie a barevná metalografie je moderním postupem posuzování vnitřního materiálního uspořádání prvků struktur kovů a jejich slitin.

Spolehlivost a bezpečnost technických systémů (prof. Ing. Juraj Sinay, DrSc.) Bezpečnost a její subsystém – spolehlivost jsou pojmy dnes již dosti známé, ale v minulosti zvláště v odborných kruzích byla spolehlivost frekventovaným pojmem, zejména ve výrobě. Spolehlivost byla jedním ze stěžejních ukazatelů kvality. Ale až v posledních dvaceti letech se k vrcholu zájmu výrobců i spotřebitelů, zvláště složitých systémů dostal pojem 6

Popularizační workshop – Technologie, znovu objevená perspektiva BEZPEČNOST. Proto řešení bezpečnosti a prevence před různými typy nebezpečí má jednu z priorit společnosti. Dnes méně hrozí globální nebezpečí, ale o to intenzivněji se vynořilo nebezpečí lokální. Elektronika – akcelerátor technického a technologického pokroku (doc. Ing. Jozef Tkáč, CSc.) Dnes je již slůvko „elektronika“ samozřejmostí, ale v první polovině minulého století tomu tak nebylo. Výrazným akcelerátorem technického a technologického pokroku v aplikaci oboru fyziky, která se zabývá elektrickými účinky jistých elementárních mechanizmů – byly komunikace v podobě předávání a zpracování zpráv a posléze komerční využití masové komunikace v oboru zvuku (radiokomunikace) a v oboru mnoha frekvencí přenášených paralelně (telekomunikace), zpravidla přenos obrazu a zvuku (televize). Bez aplikace elektických a magnetických polí nepředstavitelná věc. Hlavním energetickým nosičem se stala elektrická energie a transportní vlastnosti elektronů. Fyzika polovodičů, byla stěžejní podmínkou miniaturizace, zvyšování výkonů a masovosti komerčních aplikací (zejména těch zmiňovaných). Dneska jsme se po etapě miniaturizace dostali dál, do etapy přelínání dvou průmyslových odvětví (strojírenství a elektroniky), které dostalo názen MECHATRONIKA. Kybernetické stroje a aplikace umělé inteligence (Ing. Andrea Julény) Před padesáti lety bylo u nás neperspektivní a možná i kontroverzní věnovat se kybernetice, kterou někteří považovali za pavědu. Dnes má každá dobrá světová univerzita mezi prestižními technickými obory právě kybernetiku a robotiku. Na konci minulého století již byli roboti a robotika v průmyslu skoro samozřejmostí. Dnes v oblasti kybernetických systémů je v popředí a akceleruje obor, který se nejprve usadil v literatuře sci-fi a svůj název sdědil právě odtud, od humanoidních robotů s umělou inteligencí. V současnoti je toto spojení takřka zapomenuto, protože prvky umělé inteligence nacházíme v mnoha systémech a zařízeních na hony vzdálených od vize humanoidů.

Vztah přírodních a technických věd – cesta k budoucnosti (prof. Ing. Vítězslav Zamarský, CSc.) Dnešek je těhotný existenční nutností změny myšlení lidí. Porodní bolesti bývají vždycky zdrojem strachu a očekávání, ale nesmí to znamenat jak přerušení, tak potrat. Ve stejné situaci je dnes lidstvo, zvládlo nebývalým způsobem akcelerovat svůj materiální blahobyt. Není to ovšem bez následků. Vše co máme a známe je sice produktem poznání člověka, ale ne výtvorem člověka. Vše co známe je výtvorem přírody a proto je více než naléhavé, abychom začali velice intenzivně svoje životní prostředí chránit (což znamená chránit Zemi jako takovou, celou planetu). Příroda měla na svoje změny k dispozici evoluci a miliony let a my musíme „napnou všechny síly“, abychom pomoci principů, které jsme odpozorovali z přírody, a proměnili na výkonné stroje a technologie ZAČALI VRACET PŘÍRODĚ JEJÍ PŘIROZENÝ ŘÁD a abychom už co nejméně generovali nevratné změny ekosféry, kterou obýváme. garant workshopu doc. Ing. Peter Ponický, CSc. 7

Popularizační workshop – Technologie, znovu onjevená perspektiva

1 Technika a technologie v životě lidí doc. Ing. Peter Ponický, Ph.D. Vysoká škola podnikání, a.s. Dovolte mi na úvod zařadit proslov prezidenta Československé republiky, Dr. Edvarda Beneše pronesený při prohlášení čestným doktorem věd technických na České vysoké škole technické v Brně dne 16. března 1937. Tento projev byl převzat a otištěn v díle Ing. Mansfelda, „Průvodce světem techniky“, které v Praze vydala Národní informační služba technická v březnu 19371.

1.1 O smyslu a významu moderní techniky (obsah celé 1. kapitoly je citací) Pane rektore, páni kolegové, dámy a pánové! Děkuji Vám, pánové za čest, kterou jste mi prokázali jmenováním čestným doktorem své Vysoké školy technické; děkuji zvlášť za zcela mimořádnou poctu, již jste mi prokázali návrhem, aby Vaše Vysoká škola nesla moje jméno. Vláda Vašemu přání vyhověla, obě sněmovny ve věci té učinily významným způsobem rozhodnutí - na mně je, abych všem za to projevil upřímnou vděčnost a chápal to jako projev uznání mé práce, kterou jsem dosud konal. Před válkou jako docent pražské techniky jsem se obíral filosofickou a sociologickou stránkou problémů moderní techniky. Po válce jsem se mnoho zabýval smyslem, významem a důsledky moderní techniky v politice, v hospodářství, v sociálním a kulturním životě. Beru dnešní slavnost brněnské techniky jako uznání této práce i celkové své práce politické. A děkuji Vám za to ještě jednou. Filosofie techniky Uvažoval jsem mnoho o tom, co bych Vám při této příležitosti řekl. Rozhodl jsem se pro několik poznámek z filosofie a sociologie techniky, techniky ve světle bolestí, jež nám přináší naše doba. Pojem techniky dá se nejvšeobecněji formulovat jako soubor jednak všeho technického tvoření v celém jeho historickém vývoji, jednak výsledků a následků tohoto tvoření v životě sociálním, hospodářském a kulturním. Filosofie techniky je pak uvažování a souzení o tomto souboru všeho technického tvoření a jeho výsledků v jeho historickém vývoji a s hlediska určitého filosofického názoru na svět. Ve svých konečných úvahách vyúsťuje filosofie techniky logicky ve zkoumání filosoficko-historická a metafysická. 1

http://www.tech-info.cz/benes.html

8


V praxi je technika souborem všech činností, majících za cíl umožňovati a usnadňovati tvoření především nových hospodářských hodnot a hlavně všeobecná ovládání přírody ve všech jejích částech a oborech za pomoci zvlášť k tomu tvořených a vymýšlených prostředků, cest, nástrojů a strojů. V tomto smyslu je technika jedním z nejstarších výtvorů člověka - lidské kultury vůbec. Je současná s člověkem, s lidstvem, s prvními počátky jeho kulturního života. Do pojmu techniky náleží tudíž také onen duševní proces, to duševní tvořivé, vynalézavé a umělecké - a to od nejstarších dob lidského vývoje - jímž technické vymoženosti, prostředky, nástroje, stroje vznikají a energie se vybavují. Proto je v technice tak důležité to, čemu se říká vynález, objev, objevitelství. Během staletí se tyto objevené a vytvořené prostředky techniky měnily. Primitivní člověk chtěl ovládnout přírodu magickými a mystickými silami - to byla jeho technika. Starověký člověk měl první začátky primitivní techniky řemeslné; středověký řemeslník dospěl již k vyšší technice výrobní a stavební a moderní inženýr už má k dispozici celý rozmach přírodních věd z 19. století a podle toho celý systém prostředků ke své práci. Ale cíl všech těchto různých epoch a lidí byl vždy ve všech stadiích lidského vývoje týž: utvářeti a ovládnouti přírodní látky a přírodní energii ke speciálním lidským cílům a úkolům. Filosofie techniky je výrazněji pěstována od posledních desetiletí 19. století. V Německu se chápe jako součást tzv. Philosophie der Kultur, ve Francii a v zemích anglosaských se pěstuje spíš jako sociologie techniky. Filosofy techniky byli již antičtí fysikové a technici, dále Plinius, Roger Bacon, Galilei, Kepler, Newton, Goethe, Lamarck, do jisté míry byli jimi všichni vynikající přírodovědci; v podstatě pěstovali filosofii techniky také mnozí sociální reformátoři, národohospodáři, socialističtí myslitelé, dnešní sociologové. V době nejposlednější pěstuje se filosofie techniky jako disciplina zvláštní; u Němců jsou dnes známi v tom smyslu zejména Ernst Kapp, Max Eyth, Eduard von Mayer, Du Bois-Reymond, Viktor Engelhardt, v poslední době píší o filosofii techniky a všech jejích problémech Dr. Eberhard Zschimmer, Hans Zbinden, Manfred Schröter, Hans Freyr, F. Dessauer, Hardensett a mnoho jiných. Také u Anglosasů je literatura dnes veliká, zejména o problému technokracie. K historii techniky Stav techniky ve starověku je dnes v historickém bádání celkem dobře znám. Připomínám technickou vyspělost starých Egypťanů v ovládání vod Nilu, ve stavbě obelisků a pyramid, jejich znalost hornictví - dále Babyloňanů, Etrusků, Řeků a Římanů, u obou posledních jmenovitě v budování měst, silnic, vodovodů atd. Celkem však i u těchto pokročilých národů práce rukou byla tehdy základem všeho hospodářského života, a i když se pracovalo na odbyt, byla příroda a její statky a produkty zpracovávány prostředky primitivními, pokud šlo o mechanické výkony pracovní. Počátek středověku nebyl sice v Evropě pro rozvoj techniky do té míry přízniv jako vrcholné doby starověku, zato však rozkvétají v této době řemesla. Je tu již kovářství, hutnictví, zbrojířství, papírnictví, tkalcovství aj. V oboru vodních staveb vynikají ve středověku Číňané a Arabové a ve stavebnictví měst zvláště v pozdější době jest v popředí Indie. Uplatňuje se v této době snaha nahraditi práci lidských rukou prací zvířat a silami neorganickými, přichází doba techniky vyspělých řemesel a mechanisace práce.

9

Popularizační workshop – Technologie, znovu onjevená perspektiva Filosofové techniky celkem správně zdůrazňují, jak zdokonalující se technika hluboce působí na stav a rozvoj všeobecné kultury duchovné a materiální. Z toho pak vyvozují někteří poněkud upřílišený závěr filosoficko-historický, že totiž vývoj lidské kultury vůbec je vlastně vývojem techniky. Je třeba tu dát hodně pozor - snadno bychom se dostali prostě k historickému materialismu. Nezvratným faktem ovšem je, že objevitelský čin je vždy novým velikým faktorem dalšího vývoje lidské kultury. To znamená, že technika je jedním z nejúrodnějších polí činnosti lidského ducha, jako taková má bezprostřední vliv na formy lidského myšlení, na formy lidské práce a tím v důsledcích na sociální, politickou a mravní organisaci společnosti vůbec. To vyniká nejvíce právě v poslední fázi historického vývoje techniky v době moderní. Od 16. století začíná se ponenáhlu objevovat to, co se stalo vlastním základem triumfu moderní techniky: vývoj a rozkvět přírodních věd. K vrcholu se dospívá během 19. století a v době dnešní - žijeme v klasické době techniky. Fysika od 16. století, kdy se stala skutečnou vědou, a chemie od té doby, kdy definitivně odstranila alchymii, jsouce nesena jmény: Galilei, Newton, Clairaut, Lagrange, Euler, d'Alembert, Laplace, Boyle, Lavoisier, Mendělejev, Kirchhoff, Beckquerel, Curie, Berthellot, Helmholtz, Maxwell, Hertz, Faraday, Thomson. Daly základ novým epochálním vynálezům, týkajícím se světla, tepla, elektřiny, chemické analysy a synthesy - počínaje parním strojem a konče v dnešní době radiem, televisí, teoriemi relativity, kvant, vlnové mechaniky a elektrické teorie valenční, kdy vodíkové jádro a elektron tvoří základní stavební jednotku všech ostatních prvků, a prahmota o které již před Aristotelem se zmiňuje při výkladu složení a rozličných vlastností látek Demokritos, se stává vědeckou realitou. Tyto objevy daly ráz celé moderní technice a tím rozhodujícím způsobem spoluvytvářely hospodářskou, sociální a politickou strukturu společnosti, jak se nám jeví od začátku století devatenáctého. Hospodářské a sociální důsledky moderní techniky Vynalezení parního stroje, lokomotivy a železnice a jejich využití způsobilo velkou hospodářsko-sociální revoluci století 19. a vytvořilo to, čemu dnes říkáme průmyslová civilisace, tj. strojní a tovární masovou výrobu, budování velikých aglomerací městských, zesílení výroby a spotřeby, seskupení a později i organisování velikých soustředěných mas dělnických, silný obchod vnitřní i mezinárodní a veliké zbohatnutí celé třídy buržoasní a tím i její velikou politickou a sociální moc. Doplněním stroje parního strojem elektrickým a užitím elektřiny vůbec se tato takzvaná průmyslová civilisace ještě zdokonalila a zesílila. Vznik průmyslové civilisace odpovídá politicky pádu feudalismu, vytvoření nové vládnoucí třídy buržoasní a ustanovení vládního režimu liberálního a konstitučního, vzniklého z francouzské revoluce. Od let šedesátých do konce století 19. stává se moderní buržoasie pánem situace, páteří moderní společnosti, symbolem daného sociálního řádu. Masové hnutí dělnické, které se po prvé jasně objevuje jako čtvrtý stav v revoluci r. 1848, je nutným jejím průvodním zjevem: vynucuje si je továrna a její řád sociální a mravní a městská aglomerace mas dělnických. Ve 20. století ten vývoj ještě dále pokračoval. Parní stroj, užitý ke konání práce téměř na každém místě, ve všech oborech výroby, u železných drah k pohonu ve formě lokomotiv a při plavbě k pohonu parníků, zvláště po uplatnění lodního šroubu, byl doplněn elektromotorem, parní turbinou a motorem výbušným, který znamená novou epochu ve vývoji dopravy - vznik automobilismu a letectví. Pára a elektřina byly doplněny výbušnými plyny, a to v době, kdy se již telegraf a telefon stal pro komunikaci podstatnou součástí dnešního 10

Popularizační workshop – Technologie, znovu objevená perspektiva denního života. Tím se vytvořil nový div světa: vzdálenost je překonána, prostor jest zmenšen, přeprava lidí, jejich styk na největší vzdálenost je tak zdokonalen, že svět se sjednotil do nebývalé a nečekané míry. Sjednocení světa znamená jeho velikou vzájemnou souvislost a tím závislost: závislost hospodářskou a finanční, závislost politickou a kulturní. Výměna lidí, zboží, idejí, stala se tak rozsáhlou a rychlou, že se svět sobě rychle přizpůsobuje, navzájem se napodobuje o sobě rychle informuje a vlivy všeho druhu přejímá, krátce ve všech směrech se vyrovnává a unifikuje. Dopravní technika, odstranivší prostor, vynutila si v celém životě moderního člověka nové tempo, nebývalou rychlost a změnila tím ve všech směrech povrch země a celý náš život. Průmyslová civilisace, založivši však všecku svou činnost a existenci na stroji parním, pak elektrickém a výbušném, jehož vnitřní podstatou je pracovat rychle a pracovat stále, aby se co nejvíce rentoval, vytváří továrny stále větší a větší, provádí dělbu práce velmi specialisovanou, vytváří sériovou výrobu a standardisaci produktů a potřeb, jedním slovem: zesiluje úžasně tempo celé výroby. Ford a Baťa je poslední slovo tohoto stavu průmyslové výroby. Průmyslový dělník je nucen ke stálému napětí, jež svým monotóním mechanicismem vede k soustavnému přepínání fysickému, duševnímu a nervovému. Na tom nic nemění moderní ochranné zákonodárství průmyslové a sociální, jež je skutečným dobrodiním průmyslového dělníka. Stroj se prostě začíná míjet původním posláním. Původně byl symbolem onoho velikého zjevu v lidské společnosti, který je svým dosahem jakousi revolucí: ovládnutí přírody člověkem. V tom dosáhl moderní člověk skutečného triumfu. Triumf je bohužel tak dokonalý, že nakonec začal stroj zotročovati člověka samotného - jako součást dnešního stavu přírody a společnosti. Vývoj mašinismu vytvořil prostě z dělníka na konec také jen mašinu, lidská ruka ve velikém počtu případů stala se už jen kolečkem stroje. Je však faktem, že tento nový stav způsobil zvýšený standard životní, že v mnohém zpříjemnil život nejširších vrstev lidu a jejich úroveň materiální a kulturní velmi zdokonalil. Zintensivněná výroba úžasně obohatila dnešní lidstvo jako celek a dnešní buržoasii jako třídu. Po pravdě budiž řečeno, že i třídy ostatní. Rozšířila spotřebu, zjemnila a zvýšila životní úroveň, rozšířila materiální i kulturní zájmy dnešních lidí - udělala z většiny z nich tzv. kulturní a moderní lidi. Věda, filosofie, umění, literatura, vůbec celý kulturní život se ve větší prosperitě nesmírně zmnožil, zintensivnil; vymoženosti vědy a filosofického bádání, tvorba umělecká a literární staly se nezbytným předmětem denního života veliké části dnešního lidstva. Co jen v tomto smyslu dnes znamenají např. kniha, noviny, divadla, kinematografy a rádio! Tento nový stav zmnožil ovšem také práci: dnešní člověk pracuje a musí pracovat více nežli člověk civilisace předcházející. Stroj, který měl být sluhou člověka v práci, její kvantitu a pracovní úsilí nezmenšil; naopak nutí člověka pracovat více, systematičtěji, intensivněji a promyšleněji. Dopravní prostředky dnešní doby stávají se pak měřítkem rychlosti a efektivity práce a zároveň symbolem horečné činnosti dnešní společnosti, která je stále v úžasné aktivitě, ve stálém pohybu, nervositě, neklidu, nejistotě. Strojovou výrobu, zdokonalenním dopravy, mezinárodním obchodem, sjednocením světa byl vytvořen dále zvláštní národní a pak mezinárodní systém finanční, peněžní a pak úvěrní, který svět navzájem ještě více spoutal a učinil jej po všech stránkách všeobecně vzájemně závislým. To v okamžiku hospodářské deprese a krise - jež, jak známo, zvýšenou výrobou a v poslední době racionalisací při nedokonalé distribuci pravidelně se dostavuje - nejistotu, nervosnost, neklid a strach zmnohonásobuje, neboť v institucích finančních a úvěrových je každý 11

Popularizační workshop – Technologie, znovu onjevená perspektiva hospodářský a sociální systém nejcitlivější. Naše civilisace se vším tím dostáva do stadia, kdy překonává sama sebe a kdy výsledky jejího úsilí přinášejí s sebou zárodky vlastní smrti nebo aspoň ohrožování vlastní existence. Konečně bych chtěl konstatovat poslední významný fakt, charakterisující dobu průmyslové civilisace: zlepšená životní úroveň a zvýšené bohatství jí umožnily zvyšovat vitalitu obyvatelstva a snižovat jeho úmrtnost. Na počátku 19. století počítalo se ve světě asi 800 milionů lidí; dnes vzrostlo lidstvo přibližně asi na 2 000 milionů jedinců. Větší hustota obyvatelstva zintesivňuje styk společenský, zejména činnost výrobní a spotřební, a automaticky žene společnost do tendencí kolektivistických, poněvadž vyvolává organisační problémy, jež se nedají řešit jinak nežli stále větším a stoupajícím státním intervencionismem. Ani na to nesmí naše doba a politika zapomínat. Dilema moderního technika Tak stojíme v první třetině 20. století po staletém vývoji techniky před sporem dvou potírajících se názorů o technice a jejich důsledků pro moderního člověka: na jedné straně obdiv a nadšené opěvování techniky jako vrcholu lidské duševní a materiální činnosti, základu všeho pokroku, moderní zjemnělé kultury a masového blahobytu - na druhé straně odsouzení techniky jako hlavní příčiny všeho zla našeho století, jako příčiny hospodářské anarchie, sociálního a mravního rozvratu, nezaměstnanosti, zotročení jedince, jeho rozmělnění v mase, zmaterialisování doby a jejích tužeb, odduševnění člověka vůbec a konečně hnaní společnosti ke kolektivismu a komunismu. Ten boj začal už Rousseauovou polemikou proti moderní civilisaci a obhajobou štěstí primitivního, přírodního člověka, vedl přes Goetha, Ruskina, Dostojevského, Tolstého ke Ghandimu a nacházel svůj výraz u řady sociálních reformátorů a filosofů techniky v době poslední; objevuje se často hodně výrazně u filosofů historie - Oswald Spengler např. je sám se sebou důsledný, když i důsledky moderní techniky pro vývoj Evropy a světa vidí krajně pesimisticky - a končí u spisovatelů (jako Wells), kteří ve své fantasii dovedou krásně domyslit vývoj techniky anebo hrůzně domalovat konce jejích výzkumů - náš Karel Čapek v RUR podal nám také svou analysu moderní techniky. Na jedné straně jsme unášeni grandiosními výsledky moderní techniky: stroje vše přemáhající, telegraf, telefon, elektřina, magnet, divy techniky světelné, železnice, auto, letadlo, rádio, televise, grandiosní stavby a divy stavitelské techniky, železné konstrukce, výsledky chemické analysy a synthesy - to vše jsou aktiva, která nelze ani dost docenit a kdo by mohl pochybovat o sociální hodnotě jiných důsledků moderní techniky jako zvýšení a zlepšení podmínek zdraví, výživy, životnosti a prodloužení života, zvýšení celkové sociální a hospodářské úrovně lidových mas, účast ve vyšší kultuře a vzdělání širokých vrstev lidu, všeobecné zvýšení bohatství materiálního i kulturního a duševního. Na druhé straně zastánci boje proti modernímu mašinismu a proti důsledkům moderní techniky vedle zdůrazňování pustoty moderních měst a fabrik, zotročení, odduševnění člověka, zničení přírody, zkomplikování sociálního života, vytvoření moderního nemocného člověka k nám volají: technika, která telefonem, telegrafem, železnicí radiem, letadlem národy a státy sblížila, svět zmenšila a jedny na druhých učinila v nebývalé míře závislými, současně se stává v neuvěřitelné míře nástrojem nacionalistických a expansivních cílů a instinktů tzv. dynamických států a národů, nástrojem průmyslových, kapitalistických nemilosrdných vysavačů, politických bezohledných ovladatelů. Místo aby zdvihala 12

Popularizační workshop – Technologie, znovu objevená perspektiva všeobecnou kulturní a duchovou úroveň mas, dopomáhá moderní fysika, chemie a biologie k vytváření grandiosních výzbrojních průmyslů, pekelných strojů, bomb, otravných plynů, tanků a letadel; místo aby chemie a biologie zdvihala zdravotní podmínky lidského žití, předstihují se státy v přípravách války chemické a bakteriologické, neuvědomujíce si ani, k jaké perversitě se došlo v morálních a duchovních koncepcích také následkem dnešního ohromného rozvoje moderní techniky. A pesimisté vidí již v celé své hrůze příští válku, jež bude vedena nejhrůznějšími technickými prostředky a výzkumy a která fatálně vyvolá zpustošení, zničení všeho moderního života, vší moderní kultury, průmyslu, zemědělství, měst, vyhubí národy a zničí státy, krátce: technika dojde k svému poslednímu paradoxu: zničí svět, kulturu a samu sebe. V tom je celá tragédie dnešního technika a moderní techniky vůbec. Jak se máme k problému tomu my všichni a jak se máte k němu postavit Vy, technikové? Víme všichni, že návrat zpět není možný. Jaký má a může býti tudíž úkol našeho technika, když si problém ten takto položí? Moderní technika a československý národ a stát Nežli odpovím na tuto otázku, chtěl bych se aspoň krátce zmínit o významu moderní techniky pro nás jako národ a pro Československo jako stát. Úloha a místo, které měla technika v našich československých zemích, jsou prvořadé. České země od dob nejstarších byly ve střední Evropě vedle Německa hospodářsky, průmyslově a kulturně nejvyspělejší. Za staré monarchie se české země staly středem průmyslu, obchodu, hospodářského a kulturního pokroku, v němž jen umělé zcentralisování všeho života do Vídně v posledním století stavělo meze vývoji ještě pronikavějšímu. Po stránce čistě národní byl náš národní vývoj nesen za posledních 150. let dvěma podstatnými prvky: naše obrození začalo bojem o obrodu jazykovou, literární a kulturní a z ní přešlo na pole politické. Ale provésti obrození cele znamenalo dokonati je hospodářsky, průmyslově, obchodně, zemědělsky, finančně, aby byl národ zralý k tomu, co přišlo za války světové. Od let šedesátých byla to práce našich národohospodářů a techniků. V dozrávání českých zemí k samostatnosti před válkou hrál náš technik a inženýr rozhodující roli - nechci tím nic ubírat ostatním stavům a zaměstnáním. Techniky 19. století, která dělala divy ve všech ostatních státech, bylo s úspěchem užito i naší obrozenskou a osvobozenskou generací. A v samostatném státě to platí více než dvojnásobně. Zdědili jsme části Rakouska a Uherska, válkou vyčerpané a zchudlé. Zdědili jsme však prostředí a prostředky, které dobře použity, mohly nám dát podklad k úspěchům jedinečným. Rád konstatuji, že se náš národohospodář, technik a inženýr dovedl v době budování státu chopit starého dědictví s nadšením, odvahou a s úspěchem opravdu dokonalým. Co republika vykonala dosud - vedle otázek dopravních, pošty, železnice, automobilu, aviatiky a stavby a dopravy vodní - v další organisaci průmyslu a obchodu, co dala našemu zemědělství, co dala a vykonala v oboru veřejných prací, ve stavebnictví veřejném i soukromém, hutnictví cukrovarnictví, textilnictví, elektrotechnice a průmyslu chemickém, co dělá dnes ve školství odborném a co dovedla technicky provésti ve věcech obrany státu - to vše ukazuje nejlépe na stav techniky a úkol i místo inženýra a technika u nás. Máme po této stránce v Evropě místo čestné. Vím, že naši technici a inženýři nejsou dosud s mnohým u nás spokojeni. Ani my sami s mnohými věcmi spokojeni nejsme. Vím zejména, že si naši technici a inženýři stěžují, že jejich místo v naší společnosti státní a národní neodpovídá významu jejich práce. Vím také, 13

Popularizační workshop – Technologie, znovu onjevená perspektiva že si stěžují, že i v ústrojí státním a ve veřejných službách stará tradice, která dávala přednost inteligenci, vycházející ze studií tzv. klasických či humanitních - tj. gymnasií a universit dosud se u nás udržuje na újmu potřeb praktických a na rozdíl od států, které jako Německo, Anglie nebo Spojené státy americké, kulturu technickou od počátku 20. století posunuly na místo první. Leccos z této kritiky uznávám, i když klasická studia stejně hodnotím a hledám rozumnou rovnováhu mezi nimi a studiemi technickými. A aniž chci ukvapeně vše zvrátit, chci závěrem své úvahy o významu moderní techniky pro Československo a pro československý národ říci toto: Československá republika je stát, který má-li vzkvétat, sílit a zejména k plné své existenci, síle a blahobytu se udržet, nesmí zůstat v ničem za technicky nejvyspělejšími státy v Evropě. Často opakuji, že jsme a musíme ještě více býti státem západoevropským, to mně znamená zejména také technicky evropsky a světově plně vyspělým. Abych dal příklad: nestačí mi, abych konstatoval, že mimo Německo jsme u nás např. v elektrifikaci na předním místě ve střední Evropě. Nám musí jít o to, abychom měli aspoň slušný průměr západoevropský anglický nebo německý a to platí o oborech všech. Náš stát svůj boj o existenci musí budovat nejen na dobré armádě a dobré diplomacii - mohou být doby, kdy vysoká kultura, evropsky vyspělá technika a na jejím základě vybudovaný celý náš život hospodářský, sociální, politický a kulturní bude pracovat o upevnění naší existence a záchranu našeho státu více nežli všecky ostatní prvky našeho státního a národního života. Právem se upozorňuje, že naše technické vědy potřebují nové a větší podpory hmotné a že národ, který nemůže imponovat a ani bojovat svou rozlohou a početností, nýbrž silou ducha, to znamená dnes také technikou, musí věnovat podpoře technického výzkumnictví tolik péče, kolik jí potřebuje, aby naše technika stála opravdu na výši světové. Chtěl bych, aby si to uvědomila naše politika, chtěl bych, aby to měli stále na paměti naši technici a inženýři. To ovšem znamená, že také oni osobně musí býti na výši evropské a světové a že naše odborné školy, naše vysoké školy technické a odborné nesmějí v ničem zůstati za světovou výší technických a odborných škol velikých světových národů. Mravní a sociální poslání techniky v budoucnosti Dovolte mi nyní, dámy a pánové, abych učinil závěr ze svých úvah. Zdůraznil jsem, myslím, dost ostře dilema moderního technika a přesto nenáležím k těm, kdož posuzují vývoj moderní techniky s hlediska filosoficko-historického pesimisticky. Je pravda, že technika spolu nesla na svých bedrech vývoj lidské kultury a spolutvořila nové periody lidské historie a nových společenských režimů a je pravda, že téměř každý nový veliký vynález technický automaticky přinesl mnohá dobrodiní národům a státům a hned potom ho bylo užito tak, že z toho vznikly další bolesti, zla, tragedie a katastrofy. Jsou myslitelé, kteří soudili, že ohromné výsledky moderní techniky vyřeší automaticky těžké sociální a hospodářské problémy lidské společnosti, jejího štěstí, rozkvětu a blahobytu samy sebou. Efektivita strojů v oboru hospodářském, neomezené možnosti rozšířiti sociální pohodlí, požitky a blahobyt, tělesný a duševní - jak to všecko by samo sebou nebylo mohlo rozřešit otázky bídy a vyřešit tzv. sociální problém dneška? Dnes však už je nám všem jasno, že problém nového člověka není jen otázkou mechanického pokroku techniky. Každý nový objev techniky může přinést neomezený prospěch sociální, hospodářský a mravní, ale stejně ho může býti sociálně, hospodářsky a mravně zneužito ve zlém. Záleží prostě na tom, kdo a jak ho používá a tak se vracíme ke starému problému 14

Popularizační workshop – Technologie, znovu objevená perspektiva pořád jednomu a témuž: boj o nového člověka a novou kulturu není problémem technickým. Je to problém mravní. Jde prostě o to, dát grandiosní objevy moderní techniky do rukou správných, řádných lidí v řádně a správně vedené společenské a státní organisaci. Technik si to dnes stále více a více uvědomuje. Ví, jakou úžasnou zbraň má v ruce, a vidí, že ji společnost vždy řádně neužívá. Bouří se proto proti té společnosti. Chce, aby jeho objev dostával posvěcení mravní, posvěcení sociální. Chce, aby jeho objevitelské úsilí nebylo jen námezdnou prací pro jednotlivce, sociální službou pro všechny. Stroj, který je s to rozmnožovat v nebývalé míře statky a materiální i duchovní blahobyt lidstva, nesmí šířit zkázu a neštěstí. Svět nemůže jít zpět, nemůže opustit dnešní stav techniky a půjde jistě v jejím zdokonalování dále. Nemá-li však býti zničen, musí se dostat technika do rukou člověka s novými ideály, s novými koncepcemi a s novou morálkou, s novým vědomím sociální a mravní odpovědnosti. Moderní technika bude se tudíž nutně vyvíjet v duchu nové mravnosti, nové kultury, nové sociálnosti. Technik a inženýr začínají v poslední době myslit nejen technicky, ale také sociálně a mravně. Laboretismus nebo technokracie, jak se pěstuje ve Spojených státek amerických, je příkladem těchto nových tendencí. v technokracii se jeví především snaha technika zdůraznit své právo a možnost účastnit se v organisování společnosti, v její výkonné správě, v jejím vedení v duchu výkonnosti, hospodárnosti a účelnosti. Ale je v tom také vědomí povinnosti sociální: výsledků moderní techniky má býti plně využito ve prospěch společnosti a v duchu sociální etiky. To platí zejména o techniku a inženýru československém. Československý technik a inženýr musí stát na prvních místech mezi techniky světovými. Musí svému státu a národu dávat k dispozici moderní techniku do míra největší, abychom v tom svém vypjatém a obtížném postavení geografickém v Evropě odolali všem obtížím a nebezpečím politicky, vojensky, hospodářsky, komunikačně, ve veřejné hygieně, ve stavbě měst, ve zdokonalení venkova atd., atd. Musí dále - chápaje poslední vývojové fáze techniky - spoluvytvářet vnitropoliticky s politiky, právníky, filosofy, lékaři a s kulturními pracovníky sociálně nové společenství národní a sociální solidarity, v němž všecky velké výsledky moderní techniky budou dány do služby nového všeobecného společenství, nové sociální mravnosti, nové účelné a spravedlivě spravované národní a státní společnosti. A musí konečně s námi všemi ukázat světu, že je nejen pro společenství národní a státní, ale i pro společenství všelidské - neboť věda a technika je všelidská. Náš technik a inženýr je a bude proti válce, v níž by se jeho vlastní práce stala kletbou lidstva, ale postaví se všemi svými prostředky, věděním a energií do služby státu, půjde-li o to, aby chránil svůj stát a národ před těmi, kdož by chtěli učinit výsledky moderní techniky nástrojem expanse, výboje a poroby. Vidím v duchu náš stát a národ za 50 - 100 let (1987 - 2037). Představuji si, že vytvoříme ze své republiky s pomocí moderní techniky jeden z nejkrásnějších koutů světa, kus malého ráje. Města - s moderními komunikacemi a zdravým bydlením, se zahradními čtvrtěmi, venkov na výši moderních potřeb zdravotních, spojen bezvadnými komunikacemi se všemi nutnými moderními vymoženostmi; hory, lesy, přírodní krásy, přístupné, ale právě i uchráněné moderní technikou. Blahobyt materiální a duchovní bude tu aplikací moderní techniky postupně v duchu sociální spravedlnosti tak zdokonalován a rozšiřován, že náš stát bude moci býti kladen za vzor moderního demokratického státu, v němž moderní techniky je skutečně užíváno v duchu opravdové sociální služby a kde moderní technika pomáhá politikům, sociálním pracovníkům a myslitelům vytvářet nového člověka a novou kulturu budoucnosti 15

Popularizační workshop – Technologie, znovu onjevená perspektiva sociálně i národnostně spravedlivou, opravdu evropskou a světovou. Tak náš technik a inženýr bude řešit dilema moderní techniky. Věřme všichni, že se nám to podaří a budeme-li věřit, budeme to provádět.

1.2 Technika je podmíněna vývojem technologií Každý kdo si chce pomoct při práci, hledá nástroj (pomůcku), kterou by si práci ulehčil či zjednodušil. K tomu „odjakživa“ slouží technické prostředky, jejichž konstrukce bývá motivována děním v přírodě nebo tvůrčí schopností, kompilace znalostí a zkušeností člověka. Zkuste bez takové pomůcky zvednout těžký kámen. Pokud má menší váhu, cca do 20 kg, možná to zvládnete rukama, ale když to bude 50 kg, zvládne to málo kdo, a když budete chtít přemístit 200 kg kámen, nezvládne to žádný člověk pouze sílou svých svalů. Ale lidé ve své historii zvedali a dokonce přemisťovali daleko těžší břemena (například v různých megalitických stavbách, pyramidách apod.) Páka, kolo, kladka a jiné nástroje jsou technickými produkty, které musíte nějak vyrobit. Výrobní postup (i rukodělné opracování kamene jiným pevnějším kamenem byla paleolitická technologie) je TECHNOLOGIÍ a jeho variací (změnami) měníme i výsledné vlastnosti vyráběných technických produktů. Čím je technologie dokonalejší, tím lepší a dokonalejší je i technika. V druhé polovině 20. století aplikace fyzikálních poznatků kvantové mechaniky umožnila obrovský rozmach mikroskopie a technologií založených na principech mikroskopie (jako postupu „zviditelňování“ neidentifikovatelných objektů našim smyslům). To umožnilo aplikaci polovodičů v miniaturních objemech a vznik mikroelektroniky, produktem které jsou počítače, tablety, telefony a dnes již i DVD, televize, vesmírné roboty (např. americké vozítko na Marsu – KURIOZITY) apod. Technické prostředky a mechanizmy vymýšleli lidé s fantazií, dobrou prostorovou představivostí a manuální zručností (museli totiž své výmysly postavit, aby tak mohli přesvědčovat ty méně tvořivé a zdatné o jejich užitečnosti či dokonalosti. Jedním z takových dávných konstruktérů byl jeden z nejznámějších středověkých umělců, Leonardo da Vinci, který zejména v severní Itálii vymýšlel ve volném čase různé stroje a mechanizmy. Využíval postupy moderní vědy založené na pozorování, experimentu a důsledné analýze získaných poznatků. Přenášel mnoho v přírodě pozorovaných principů do svých návrhů různých strojů a mechanizmů (studoval křídla ptáků, podle kterých navrhoval létací pomůcky pro člověka – předchůdci letadel na přiloženém obrázku apod.). Právě Da Vinci je možná dobrým vzorem pro vytvoření formule charakterizující vědce jak v minulosti tak dnes: VĚDA = UMĚNÍ = ODVAHA, protože vše co k hledání nových postupů a konstrukci nových mechanizmů potřebujete je:    16

TVOŘIVOST ZVĚDAVOST POZOROVACÍ TALENT (pozornost a citlivost k okolí).

Popularizační workshop – Technologie, znovu objevená perspektiva Dnes je však obrovské množství poznatků ve všech oborech lidské činnosti, proto pokud chceme držet krok se světem, nestačí se spoléhat jen na vrozené schopnosti, odvahu a pozorovací talent. Je nutno opakovaně nastavovat startovací pozici, na které budou stát uvedené vlastnosti a to je především vzdělávání a vzdělávací systém. Tam se pěstuje mimo jiné vytrvalost, stálost a schopnost tvořit vazby mezi různými činnostmi a různými „vědními“ obory.

1.2.1 Technologie tady jsou odjakživa Již pravěký člověk v „boji o život“ sahal k nástrojům na ulehčení lovu (pěstní klin, oštěp, sekyra), jinak neměl vůči medvědovi či mamutovi šanci nebo při obdělávání půdy (primitivní pluh a pro sběr kosák s pazourkem). Tyto pomůcky musel vyrobit pomoci nějakého postupu. Rozdělávání ohně pomoci luku a tětivy je taky technologický postup, a když už máte oheň, můžete jej využít k výrobě keramiky, skla, kovů a to jsou všechno historické technologie známé někdy i tisíce let. K technickým prostředkům, ale brzy člověku docházely síly a proto bylo zapotřebí energií pro pohánění mechanizmů a zrychlení přesunů. Kůň je takovým domestikovaným pomocníkem zrychlujícím přesuny a tažení břemen. Ale kůň potřeboval podkovy, aby to vydržel, zvláště na zpevněných cestách. K výrobě pomáhala technologie, kterou dnes nazýváme „TVÁŘENÍ za TEPLA“, prováděli ji a dosud provádějí kováři. Děti si zajisté budou pamatovat pohádku o Pyšné princezně, kde prince a princeznu na útěku ukryla rodina uhlíře vyrábějícího na okraji lesa dřevěné uhlí v milířích. Dneska tuto technologii používáme nadále v modernizované podobě a nazýváme ji „KARBONIZACE BIOMASY a ORGANICKÝCH ODPADŮ“. Dokonce v době absolutního nedostatku fosilních pohonných látek (benzínu), v čase druhé světové války, v celé okupované Evropě mnozí civilní podnikatelé v dopravě předělávali své automobily na zplyňování bukových špalků tzv. dřevoplyn, kterým se daly po malých úpravách pohánět tehdejší jednoduché benzínové motory. Dovolte ještě jeden příklad pro České země tak typický – PIVO. Výroba piva je založená na kvasných procesech a vaření piva bylo známo již ve starověku, je to tedy biochemická technologie.

1.2.2 Průmyslové technologie Zejména 18. století a rozvoj manufaktur, stěhování lidí do městských aglomerací, neustálá poptávka produktů, výroby a tím zajišťování zaměstnanosti = pravidelný zdroj peněz = vyvolaly objektivní potřebu vysoké produktivity, což znamenalo vytvoření výrobních systémů pro sériovou výrobu v opakovaných dávkách = PRŮMYSLOVÁ PRODUKCE s vysokou koncentrací výrobních prostředků a výrobních sil (pracovníků). Poptávka po strojích a 17

Popularizační workshop – Technologie, znovu onjevená perspektiva nástrojích s vysokou produkční schopností generovali tzv. technický a technologický rozvoj, což znamenalo další koncentraci lidí a optimalizaci výrobních prostředků do výrobních linek s technologickým, či předmětovým uspořádáním. Nejprogresivnějšími průmyslovými výrobními odvětvími jsou strojírenství a elektrotechnika. Ve druhé polovině 20. století dochází k postupné kompilaci strojírenství + elektroniky + řídící logiky, čímž vznikl nový obor dnes nazývaný MECHATRONIKA. Nejběžnějším mechatronickým systémem (produktem) dneška je automobil. Stroje spojené logistickými vazbami tvoří základ výrobního systému. Podle charakteru zpracovávaných materiálů a fyzikální podstaty využívané pro materiální změnu pak takové komplexy zařazujeme do nějakých typů technologií, například obrábění, tváření, svařování, odlévání apod. Nejkomplexnější a technicky nejsložitější strojírenská technologie je obrábění (na obrázcích jsou uvedeny všechny základní typy obrábění podle principu jejich pracovních relativních pohybů dvou určujících prvků, což je nástroj a obrobek (výrobek).

Stejně jak v případě opracování dřeva, kdy lítají třísky, hobliny či piliny i v případě obrábění kovů vzniká kovový odpad obecně nazývaný „tříska“. Pro zdárný průběh těchto technologií je, ale důležitá forma tohoto „odpadu“ procesů obrábění. Podle toho se totiž nastavuje systém tzv. odpadového hospodářství a zajisté budete se mnou souhlasit, že je rozdíl v manipulaci s ostrými dlouhými a různě stočenými „třískami“ a relativně malými úlomky či odřezky kovové hmoty. Je zcela evidentní, že způsob uložení a manipulace s nimi je o mnoho jednoduší ve druhém případě. Byť tyto procesy a operace nepatří do hlavního výrobního řetězce, jsou mnohdy 18

Popularizační workshop – Technologie, znovu objevená perspektiva určující pro nastavení účinnosti a efektivnosti výrobních procesů, byť se zařazují do kategorie pomocných či podpůrných procesů a operací. Již z takovéhoto detailu je zřejmé, že v podmínkách průmyslové výroby mají právě mezi-procesní vazby klíčovou roli v naplňování vizí a plánů firem. Jednou ze základních průmyslových charakteristik jsou stroje a zařízení, které vytváří celou základní infrastrukturu výroby a služeb. Stačí se rozhlédnout i v domácnostech, abychom mohli konstatovat, že ne jen v průmyslu a v institucích, ale i u nás doma velkou část moderní infrastruktury tvoří technika a technologie. Kolik z nás dnes používá technické prostředky k úklidu (vysavače, pračky, sušičky, myčky nádobí apod.), pokud vlastníte rodinný dům, pak jistě máte kotel pro topení (na pevné palivo, plyn, tepelná čerpadla apod.) ve studni čerpadlo, různé regulační prvky, přístroje typu televizoru, videa apod.

1.3 Revoluce 21. století Mnozí možná již pojmenovali druhou půlku minulého 20. století jako informační revoluci, kterou vyvolalo hromadné používání počítačů s grafickými operačními systémy (zejména Microsoft a Apple). Dnes jsme již dál, kompilace programového vybavení s prvky umělé inteligence se dostávají do všech oborů lidské činnosti a „učící se“ stroje v průmyslových podnicích nejsou již žádnou novinkou. Pokud se nic nestane, dovolím si odhadnout, že 21. století by mohlo dostat přívlastek „století umělé inteligence“. Kapacita toho čemu se říká hardware (tedy v podstatě elektronický stroj, či možná lépe přístroj), totiž umožňuje zpracování obrovského množství dat (skrze obrovskou kapacitu pamětí) za pomoci velice komplexních a vnitřně se rozvíjejících (na principu neuronových sítí) softwarových nástrojů ve velice krátkém čase (což umožňuje vysoká pracovní frekvence a komplexnost více-jádrových procesorů) a jejich paralelní pracovní režimy. 19


Revoluční zapojení „inteligentních“ strojů však vyvolává i revoluci sociální, neboť je potřebné tomuto příštímu obrazu měnit stav a charakter společnosti. To vyvolává a zřejmě bude vyvolávat pnutí ve společnosti, neboť již dnes po finanční krizi z konce první dekády 21. století a v důsledku zmiňované „revoluce“ je zvyšující se nezaměstnanost. Zaměstnavatelé, ve snaze udržet své zisky, sahají často k nahrazování lidské práce právě výkonem těchto tzv. inteligentních strojů. Obávám se, že dlouhodobá neochota řešit tento společenský problém vyvolá revoluci další „sociální“ a s ohledem na minulé zkušenosti je možné ji předjímat jako „revoluci společnosti“. Rozsah tohoto příspěvku mi neumožňuje se zabývat touto úvahou detailněji.

1.4 Matematika je nástroj Strašákem většiny žáků a studentů ve vyspělých zemích je jedna ze základních znalostních disciplín lidstva, tj. MATEMATIKA. Není jediná a jednoznačná odpověď na otázku: proč je tomu tak. Zcela jistě je to obor lidské činnosti, který předpokládá určité schopnosti pro jeho vrcholovou úroveň, avšak svou nepopularitu získává už na těch nejnižších úrovních, zejména na základních školách. V první fázi vyžaduje jistou trpělivost a paměť, zejména při operacích s čísly. Pro využití matematiky k popisu a řešení životních, později i pracovních situací vyžaduje zejména od učitelů velikou motivaci a zkušenost ve výběru příkladů, které vychází ze životní reality. Podle mého názoru v tom spatřuji největší chybu výuky matematiky. Matematika není studenty vnímána jako nástroj, pomůcka pro ulehčení života, zlepšení či zvýšení vlastností a parametrů různých strojů a nástrojů, které nám ulehčují život. Dle mého názoru právě zvládnutí a pochopení základních principů jednotlivých součástí matematiky tak, aby je bylo možné kreativně použít především v pracovních situacích a procesech, které aplikaci matematických metod vyžadují. Tohle je nejvíce propojeno se základními fyzikálními principy, které se promítají do různých technických prostředků, strojů, zařízení a jejich částí a do jisté míry i do technologií a jejich tzv. okrajových podmínek aplikovatelnosti. Zejména při bazálním (základním) vzdělávání je součástí matematiky i geometrie, která z hlediska technických prostředků a aplikací má nenahraditelnou roli při vytváření prostorové představy a pak schopnosti veškeré myšlenky přenést na médium, tj. do výkresové a projekční dokumentace, se kterým můžou pracovat všichni, včetně odborníků. Zde vidím nenahraditelnou ztrátu faktu, že na technických vysokých školách se výuka „DESKRIPTIVNÍ GEOMETRIE“ přestala vyučovat nebo se její výuka výrazně omezila. 20


Abych byl důsledný v tom, jak si to přestavuji. Příklady, které dokumentují nutnost použití některých oblastí matematiky v reálném praktickém a pracovním životě, jsou nejvýstižnější. Možná ani není třeba podrobně komentovat obrázek uvedený nad tímto odstavcem. Proudový motor na zkušebním stavu - „stendu“ (vlevo část a) a vpravo je uvedené schéma, vysvětlující jak jsou jednotlivé části tohoto systému propojené. Nakreslení tohoto schématu vyžaduje dobrou grafickou (prostorovou) představivost a alespoň základní znalosti technického kreslení, které je ovšem založené na principech deskriptivní geometrie. To tedy znamená, že kromě znalostí fyziky a tzv. číselné matematiky pro konstrukci těchto zařízení, je potřeba poznatků geometrie i při čtení a porozumění tohoto systému, tedy ne jen pro konstrukci, ale i pro obnovu a údržbu těchto zařízení. Dovolím si okomentovat ještě jeden příklad, který by měl ukázat potřebnost aplikace poznatků matematiky, proto abychom mohli žít úspěšne a efektivně tak, jak je tomu dnes. Na dalším obrázku je Francisova vodní turbina používaná v některých vodních elektrárnách. Nebudu a nechci komentovat principy výroby elektrické energie spočívající v proměně energií (potenciální a kynetické), což je v plné míře vlastně záležitostí fyziky. Chci se zastavit a jako příklad uplatnění matematiky použít „meditaci“ o efektivitě práce takové turbiny, vlastně o účinnosti s jakou k uvedené proměně energií dochází. Jak je z obrázku pod tímto odstavcem vidět, turbina je vlastně oběžné kolo na hřídeli. Toto kolo je tvořeno soustavou lopatek, na které dopadá proud vody z vodní nádrže elektrárny. Využívá se k tomu spádu, tedy principu gravitace, nutno však počítat i s tím, že padající voda má nějakou hmotnost a tím pádem působí i dynamické síly na soubor lopatek. To vyřeší konstruktéři ovládající zejména znalosti mechaniky jako je statika, dynamika, resp. jejich alternativy pro kapaliny tj. hydrostatika a hydrodynamika. Skrze práce konstruktérů a jejich návrhu se dopracujeme k základnímu mechanickému návrhu lopatek, tak aby nedošlo k jejich statickému a dynamickému porušení (např. kavitaci, dynamické únosnosti v místě uložení, atd.). Když již máme nějaké soustrojí, nějakou turbínu, pak zjistíme, že stupeň / účinnost využití energie padající vody může být velice rozdílná, což závisí od tvaru a sklonu lopatek. Právě zde chci ukázat potřebu znalosti matematiky, jako praktického nástroje, který vnímáme a cítíme každodenně v životě. Zde se to týká zejména ceny získané elektrické energie. Investice do špatně spočítané turbíny jsou v podstatě stejné jak u té dobré, tato skutečnost o ceně elektrické energie nerozhoduje klíčovým způsobem. Ale čím vyšší je účinnost turbíny, řekněme z jednoho hektolitru vody proudícího turbinou, při účinnosti 10% vyrobíte málo energie a tím pádem je drahá, ale při účinnosti 60% může být 5x levnější. MÁ TO SMYSL? 21

Popularizační workshop – Technologie, znovu onjevená perspektiva To všechno je spojené s tím jak je turbína navržená pro konkrétní elektrárnu, podle propočů konstruktéři nakreslili správný tvar a velikost lopatek, dále podle lopatek, jejich způsobu uložení a hmotnosti se navrhne oběžné kolo a nosná hřídel. BEZ MATEMATIKY JAKO NÁSTROJE PRO KONSTRUKCI A VÝROBU TURBÍNY, ELEKTRICKÉ ENERGIE, BYCHOM NEMĚLI MOŽNOST VYUŽITÍ DALŠÍCH POMÚCEK A NÁSTROJŮ PRO PRÁCI I HRY.

1.5 Technika a technologie jako součást společenských procesů Kdysi se s jistou mírou nadsázky říkalo, že „práce polidštila opici“. Fakt je, že práce člověka je již tisíce let spojená s nástroji, pomůckami a od jisté doby i stroji pro ulehčení, zrychlení a zlepšení výsledků práce. Lidé zpravidla až na výjimky žijí v komunitách a tedy logicky v takovém společenství i pracují. Zemědělství a později ještě výrazněji průmyslová revoluce extrémním způsobem sblížila „svět“ práce se světem rodiny, komunity, společenství. Práce a prvky pracovních procesů zasahují čím dál víc vztahy mezi lidmi a vztahy skupin lidí a to už jsme v oblasti společenských procesů a sociálních vztahů. Proto lze hledat společenské změny, napětí a konflikty ve vztahu „neživého světa techniky“ k „živému světu lidí a konstatovat, že zejména skokové společenské změny (typu revolucí) vždy souviseli s nutností použití technických (zejména vojenských) prostředků. V moderní době dneška je to však zejména elektronika a informační a komunikační prostředky, které masově ovlivňují lidi a jejich komunitní chování (např. sociální sítě). Dovolil jsem si jisté heslovité vyjádření vztahu techniky a technologií ke společenským procesům a jevům:  Filosof a politický ekonom Karel Marx již v 18. století ve 13 kapitole Kapitálu (Stroje a velký průmysl) napsal: „Každé vyvinuté soustrojí se skládá ze tří podstatně odlišných 22


 

 

částí: z hnacího stroje, převodového mechanismu a konečně ze stroje s nástroji čili pracovního stroje. Hnací stroj působí jako hnací síla celého mechanismu. Převodový mechanismus, reguluje pohyb, mění jeho formu a přenáší jej na pracovní stroje. Obě tyto části mechanismu jsou tu jen proto, aby přenesly pohyb na pracovní stroj, který uchopí pracovní předmět a účelně jej mění. Právě z této části strojů, vychází průmyslová revoluce XVIII. století. Vychází z něho dosud po každé, kdykoli se řemeslná nebo manufakturní výroba přeměňuje ve strojovou.“ 20. a 21. století navazuje na průmyslovou revoluci, revolucí informační a elektronickou, což znamená zvýšení rychlosti všech procesů a zvýšení energetické potřeby jak pro průmysl a služby, tak pro domácnosti Akcelerace materiálních potřeb života, o Akcelerace energetické spotřeby, o Akcelerace požadavků na inovace, o Akcelerace chudoby a rozdílů v materiálním zajištění života,  Akcelerace sci-fi očekávání budoucnosti (psychopatické klima neustálého růstu).

1.6 Symbióza techniky technologie a přírody

Člověk, chce-li nebo ne, je součástí naší přírody. Proto je zřejmě nejméně konfliktní situace pro budoucnost zjevně nejpřijatelnější resp., nejlépe v čase udržitelnou. Fyzikální/přírodní zákonitosti platí i pro synergii prvků společensko-ekonomického systému a má následující společné znaky:  transformace podléhají zákonům zachování hmoty a energie,  délka života člověka podléhá principům relativity,  systémová rovnováha musí být nastolena, pokud nechceme systémový kolaps,  když ne, pak to vyřeší evoluce a vesmírná dimenze času, ALE BEZ NÁS. Kvalitním řešením pro nižší zátěž jednotlivých součástí životního prostředí je např. dopalovací katalyzátor motorových vozidel, který z výfukových plynů: a. nejprve odstraní zbytky paliv, b. zredukuje obsah CO, c. zredukuje obsah Nox (proto se nazývá 3-cestní katalyzátor).

Dobrá jsou komplexní řešení propojená podobným způsobem jak je to na níže uvedeném obrázku, tedy propojení produkce s jejími doprovodními efekty (např. bioplyn apod.).

23


Literatura: 1. 2. 3.

24

Marak, J. a kol., Konstrukce CNC obráběcích strojů, MM Publishing, 2014, ISBN 9788026067801 Schmidt, D. a kol., Řízení a regulace pro strojírenství a mechatroniku, EuropaSobotáles, 2005, ISBN 8086706109, Häberle, H. a kol., Průmyslováelektronika a informační technologie, EuropaSobotáles. 2003, ISBN 8086706044.


2 Fyzika předpoklad rozvoje techniky a technologií prof. RNDr. Pavel Koštial, CSc. Vysoká škola báňská - Technická univerzita

2.1 Historický přehled

15.století Leonardo da Vinci (1452 - 1519). Kolem roku 1483 začíná Leonardo studovat aerodynamiku, fyziku, anatomii, meteorologii, astronomii. Zajímá se také o Pythagorovy výsledky v matematice, kterou si velmi rychle osvojuje a ta se stává pro něj základem dalších vlastních bádání. Poznatky získané vědeckým studiem využíval k dramatickému efektu celé kompozice svých obrazů. Umění a věda jsou u něj nerozlučnými entitami. 16.století Nejvýznamnějším vědcem 16. století byl snad Mikuláš Koperník, který vzkřísil heliocentrický model sluneční soustavy, formulovaný již v antice například Aristarcha ze Samu. William Gilbert v Anglii publikoval výsledky svých pokusů s magnety v díle De Magnete, Magneticisque Corporibus, et de Magno Magnete Tellure a formuloval teorii zemského magnetismu. 17.století 25

Popularizační workshop – Technologie, znovu onjevená perspektiva V sedmnáctém století přichází další průkopník, který navazoval na Koperníka a jeho základy Slunečního systému a to zmíněným dynamickým systémem planet. Není to nikdo jiný než Johannes Kepler. V těchto časech provokoval vědce a společnost další neochvějný vědec Galileo Galilei, který podkládá své objevy fakty, které byly v podobě pokusů a to nám zůstalo až dodnes. V roce 1687 vydal Izak Newton knihu s titulem Principia Mathematica, která pojednávala o dvou rozsáhlých a hlavně úspěšných fyzikálních teoriích Newtonův pohybový zákon, kde byla zachycena klasická mechanika a Newtonův gravitační zákon. 18.století Od počátku osmnáctého století se začal klást důraz na termodynamiku. Na termodynamice a její konceptech se podílelo kromě Roberta Boylea a Thomase Younga spoustu dalších fyziků. Současně s vývojem parního stroje se také vyvíjely zákonitosti o termodynamice a její odvětvích. V roce 1752 Benjamín Franklin přišel na to, co vlastně je elektřina. 19.století Úplným začátkem 19. století ve fyzice byl roku 1800 dopis Alexandra Voltu určen královské společnosti, který podrobně popisoval jeho vynález elektrické baterie což bylo poprvé, kdy někdo vytvořil konstantní elektrický proud a otevřel tím nový obzor ve fyzice, který bylo třeba přezkoumat. Významným pokračováním v objevování byl James Prescott Joule, který zformuloval zákon o zachování energie roku 1847. Faraday později také zjistil, že elektřinu způsobuje tedy spíše vytváří rotující mechanický pohyb a na základě tohoto poznání přišel roku 1831 na jev elektromagnetické indukce, což znamenalo, že mechanický otáčivý pohyb magnetu byl přeměněn na elektřinu. Teoreticky elektromagnetismus dotvořil Maxwell. Tyto práce vyústily do elektromagnetické teorie světla. Piezoelektrina je charakteristická tím, že pokud vhodně orientované ploténky umístíme do vysokofrekvenčního pole, tyto začnou mechanicky kmitat s jeho frekvencí. Pokud takovéto plotýnky mechanicky deformujeme, dochází k jejich elektrické polarizaci. Tento jev objevili v roce 1880 Pierre a Jacques Curie (obr.1).

Obr. 2.1 Piezoelektrický jev

26

Popularizační workshop – Technologie, znovu objevená perspektiva Koncem devatenáctého století (v roce 1888) byly poprvé připraveny syntetické kapalné krystaly (Liguid Crystal, LC). U kolébky zrodu stáli Reinitzer, Lehmann, Ostwald a další.

Obr. 2.2 Činnost zobrazovací jednotky LCD displeje 20.století 20. století bylo charakteristické zejména rozvojem následovných vědeckých disciplin: o Kvantová mechanika o Jaderná fyzika a teorie relativity o Výzkum elementárních částic o Jednotná teorie pole o Teorie chaosu Mikroskopy atomárních sil pracují na principu monitorování sil působících mezi atomy sondy a povrchu vzorku. Tunelové mikroskopy používají skenovací sondy nad povrchem vzorku a měří tunelové proudy a můžeme rekonstruovat povrchovou strukturu materiálu. 21.století Nejvýkonnější technologie - robotika, genetické inženýrství, biotechnologie, nanotechnologie. Přehled vývoje jedntlivých věd v budoucnu je na obr.3.

27


Obr.2.3 Přehled vývoje jednotlivých věd v budoucnu

2.2 Nanomateriály Nanomateriály zvyšují užitné vlastnosti výrobků, miniaturizují a zvyšují intergraci v IT. Richard Feynman v roce 1959, konstatoval, že "Je tu spousta místa na dně" a je třeba manipulovat přímo s molokulami a atomy. Tokyo Science University - profesor Norio Taniguchi v 1974 roce popsal výrobu materiálů s nanometrovou tolerancí (obr.4).

Obr.2.4 Nanokonstrukce

28

Popularizační workshop – Technologie, znovu objevená perspektiva Typy nanomateriálů: o uhlíkové nanotrubice o Bio-Nano-materiály o termoelektrické nanomateriály Pojem nanotechnologie je často používán zaměnitelně s molekulární nanotechnologií (MNT): o MNT zahrnuje pojem mechanosyntézy. o MNT je technologie založená na polohově řízené mechanosyntéze. o supramolekulárního chemie. o Self-montáž do větších struktur Vybrané vlastnosti nanomateriálů a výrobků jsou uvedeny na obrázku 5 -8.

Obr.2.5 Závislost elektrické vodivosti polymerů na hmotnostním procentu jednostenných nanotrubiček Material

Young’s modulus (GPa)

Tensile strength (GPa)

Density (g/cm3)

SWCNT

1054

150

1,4

MWCNT

1200

150

2,6

STEEL

208

0,4

7,8

EPOXI-RESIN

3,5

0,005

1,25

WOOD

16

0,008

0,6

Obr. 2.6 Materiálové konstanty vybraných klasických ma teriálů a nanotrubiček

29


Obr. 2.7 Nanohradlo

Obr. 2.8 Nanotranzistor

2.3 Ekonomické aspekty vývoje fyziky a vědy - proč nás věda neosvobodila?   30

IT korporace v čele s Google vyvíjejí stroje na bázi umělé inteligence. Do roku 2034 bude 47 procent současných pracovních míst automatizovaných (podle studie Oxford Martin School).

Popularizační workshop – Technologie, znovu objevená perspektiva    

Vzniká technologická nezaměstnanost. Keynes v díle Ekonomické možnosti pro naše vnoučata předpokládal, že koncem 20. století bude většina lidí pracovat jen 15 hodin týdně. Obrovský nárůst produktivity se nepřenesl do volného času zaměstnanců, ale do zisku podnikatele. V rámci poklesu populace v EU se realizuje projekt imigrace Afričanů do EU založen opět na vykořisťování pracovní síly a zvyšování zisků.

2.4 Filozofické pohledy na výsledky vědy Je málo pravděpodobné, že vesmír vznikl náhodně. Pokud bychom připustili, že jeho existence je následkem náhodného procesu, je třeba si uvědomit, že příčiny takového procesu (rozuměj Big Bang a následný další vývoj) jsou přísně deterministické (hustota hmoty, teplota, atd.). Chování nicoty jako nelineárního systému (stav před Big Bang) a zjevně i stvoření po explozi je deterministické a závislé na okrajových podmínkách. „Módem vivendi“ vývoje vesmíru z filozofického hlediska je, zdá se, boj protikladů, způsobený jeho bipolarity. Nic neexistuje o samotě, všechno "slouží" něčemu. Jung tvrdil, že Bůh je jednota protikladů. Theilard de Chardin to vyjádřil slovy: "Vesmír, kde se zlo jako protipól dobra vyskytuje ne náhodou, ale z povahy celého systému, v takovém množství a s takovou vážností, jak si jen dokážeme představit, ano, vesmír, který se nabaluje a vesmír, který se zvnitřňuje, ale také a zároveň vesmír, který bolí, který hřeší a který trpí. Za každý krok uspořádání a soustředění se musí draze zaplatit - podobně jako při horolezeckém výstupu. Samotný proces vytváření struktur na atomární nebo molekulární úrovni je způsoben afinitou v jejích nejrůznějších formách počínaje vznikem molekul z atomů, přes organickou syntézu až po vznik života a jeho další vývoj. Smysl této afinity je tedy tvořivý, zajišťuje podmínky pro existenci života, zabezpečuje život samotný. Naše vůle a naděje spoluvytváří vesmír (může, ale nemusí zmenšovat entropii) - v tom má každý z nás svůj podíl na stvoření. Jsme triumvirát mysli těla a ducha. Albert Einstein to vyjádřil myšlenkou, že vědecké teorie a pojmy jsou fikce - svobodné výtvory lidského ducha. Člověk intuici nevytváří, ta přichází sama a je nemateriální povahy (z pohledu dnešních poznatků o hmotě). Tvrdil to dokonce i Lenin ve svém díle „Materialismus a empiriokriticizmus“. Mysleli jsme si, že deterministické příčiny musí mít i takové následky, dnes však víme, že tyto následky mohou být tak složité, že působí jako náhoda. Ukazuje se, že poznání pravidel není identické s předpovídáním budoucnosti systému. S chaosem se setkáváme v systémech citlivých na okrajové podmínky, tedy systémech s efektem "motýlích křídel" (Pokud v Tokiu zamává motýl křídly, o měsíc později může být na Floridě hurikán). Chaos však není náhoda, je to skrytá forma pořádku. Jaké jsou předpoklady jeho vzniku? Především je to "nevratné" prostředí a pak jeho nelinearita. Život tedy nemůže být "esencí" 31

Popularizační workshop – Technologie, znovu onjevená perspektiva přilitím do chemicko-fyzikálních procesů, je to cílený proces vytváření řádu ze zdánlivého chaosu. Chaotické systémy se zdály bezvzorové až do doby, kdy H. Poincare nezavedl pojem fázového prostoru v němž zdánlivě bezvzorové chování systému se projeví jako atraktor, tedy křivka charakterizující stav systému v každém okamžiku. Atraktor transformuje numerickou analýzu na geometrickou a vnáší do chaosu determinismus (obr.9,10).

Obr.2.9 Konstrukce křivky pohybu kyvadla ve fázovém prostoru

32


Obr.2.10 Atraktor náhodných kmitů a Kochova křivka Z filozofického hlediska je v tomto smyslu zajímavá i myšlenka Farmer, že chaos je funkční způsob jak definovat svobodnou vůli způsobem, který by ji slučoval s determinismem. Systém je deterministický, ale nevíme, co se stane v následujícím okamžiku.

2.5 Vyučování fyziky- nedostatky        

Pokud změníme školy, změní se celá společnost (Zem a věk, říjen 2014). Učebnice pro základní a střední školy píší vysokoškolští pedagové bez pedagogických zkušeností na nižších stupních vzdělávací soustavy. Redukce počtu hodin fyziky a matematiky. Vyučování fyziky je zaměřeno na memorování poznatků. Znalosti jsou povrchní a "nevžité". Vše je vybudované na vzájemné nedůvěře. Neustále se píší testy a písemky, ztrácí se kontakt učitele s žákem. Chybí dostatečná praktická výuka v laboratořích.

33


2.6 Vyučování fyziky- jak to zlepšit             

Pär Ahlbrom - intuitivní pedagogika. Základem je komunikace s dětmi. Odpovědnost dospělého spočívá v budování vztahu s dítětem. Veškeré vzdělávání v prvních třech letech probíhá formou hry. Další tři roky jsou charakteristické hrou a komunikací. Poslední tři roky jsou věnovány hře, komunikaci a učení. Učení je něco, co se děje, pokud jsou vytvořeny podmínky. Zavést duální vzdělávání na SOŠ. Na gymnáziích posílit laboratorní výuku. Studenti nejsou připraveni na studium technických věd na VŠ. Povinná maturita z matematiky. Možné východisko je O-tý ročník na VŠ. Zrušit bakalářský stupeň a nahradit jej

Literatura: 1. 2. 3. 4.

34

KAKU, M. Fyzika budoucnosti. Praha: Dokořán, 2011. ISBN: 978-80-7363-523-7. ŠOLL, I. Dějiny fyziky. Praha: Prometheus, 2009. ISBN: 978-80-7196-375-2. SAMEK, L., ČERNÝ, F. Fyzika v příkladech. Praha: Academia, 2014. ISBN: 97880-200-2319-3 McPHEE, I. Fyzika bez (m)učení. Praha: Grada, 2012. ISBN: 978-80-247-4124-6.


3 Barevný mikrosvět kovů prof. Ing. Petr Skočovský, Dr.Sc. profesor emeritus Žilinské univerzity

3.1 Úvod

Rozvoj technických oborů ve vědě a vzdělávání je úzce spojen a podmíněn rozvojem materiálových věd. Materiály jsou všeobecně látky sloužící k dalšímu zpracování. Podle užitkových vlastností můžeme materiály rozdělit na dvě skupiny: 1. Konstrukční materiály. Jsou to tuhé látky, určené na stavbu konstrukcí, strojů a nástrojů v nejširším slova smyslu. Jejich společným znakem je, že se od nich požadují mechanické vlastnosti, tzn. vlastnosti projevující se pod účinkem vnějších sil. Konkrétně dosahované hodnoty mechanických vlastnosti se u různých materiálů odlišují a pochopitelně se vyžadují i jiné vlastnosti (fyzikální nebo chemické). 2. Funkční materiály. Jsou určeny na výrobu takových výrobků, od kterých nejsou požadovány mechanické vlastnosti výchozího materiálu, ale využívají se výlučně vlastnosti jiné, především fyzikální (např. wolframový drát v žárovce nebo magneticky měkký materiál na relé). Materiálové vědy se zabývají konstrukčními materiály v nejširším slova smyslu a zaměřují se především na souvislosti mezi jejich chemickým složením, vnitřní stavbou (strukturou), technologií zpracování a jejich vlastnostmi. Příklady studijních odborů v zahraničí: USA – Material Science and Engineering, Massachusetts Institute of Technology; UK – Materials Science, University of Cambridge, Austrálie – Materials Science of Engineering, University of New South Wales, Sydney, Německo – Materialwissenschaften, RWTH Aachen, Švýcarsko - Materialwissenschaften/ Werkstoffe, ETH Zürich, Itálie – Ingegneria dei Materiali, Politecnico di Milano. Na těchto institucích (a celém řadě dalších) je studijní obor Materiály prioritním oborem.

3.2 Konstrukční materiály Konstrukční materiály je možné podle jejich vnitřní stavby a charakteristických vlastností rozdělit (viz obr. 3.1) do tří základních skupin na kovové materiály, keramické materiály a plasty. Fyzikálním spojením nejméně dvou materiálů odlišných vlastností (ze stejné základní skupiny, např. kov-kov, nebo z různých základních skupin, např. plast-keramika) vznikají sdružené materiály, čili kompozity [4]. Vlastnosti jednotlivých materiálů vyplývají z jejich vnitřní stavby. Materiály pozůstávající z atomů, které jsou vzájemně spojeny jednak magnetickými silami (fyzikální vazba), jednak elektrostatickými silami mezi elektrony a jádry (chemická vazba). Chemická vazba je charakteristická tím, že některé elektrony naslouchají několika atomům jako důsledek překrytí části vnějších elektronových obalů. Toto společné vlastnictví elektronů směřuje k energeticky výhodnějšímu uspořádání, kterým je valenční oktet (plný počet 8 elektronů ve valenční sféře). To je možné třemi způsoby, které závisí od struktury elektronového obalu atomů: iontová vazba (je výsledkem elektrostatických přítažných sil mezi opačně nabitými ionty) je proto 35

Popularizační workshop – Technologie, znovu onjevená perspektiva možná jen mezi atomy různých prvků a nepřichází do úvahy u jednoho čistého prvku – obr.3.2a) kovalentní vazba (vzniká rovnoměrným sdílením elektronů dvěma nebo vícerými atomy a uplatňuje se u prvků s velkým počtem valenčních elektronů – obr.3.2b) a kovová vazba (je výsledkem přítažných sil mezi kladnými ionty pravidelně uspořádaným v krystalické mřížce a elektrony, které v tomto druhu vazby nejsou vázány k určitému atomu a jsou proto snadno pohyblivé - obr. 3.2c). Obr. 3.1 Rozdělení materiálů

MATERIÁLY

3.2.1.1.1

Funkční

Konstrukční

Jednoduché

Sdružené

nekovové

KOVOVÉ MATERIÁLY

KONSTRUKČNÍ KERAMIKA

krystalické materiály krystalické na báze materiály s anorganických kovovou vazbou sloučenin s iontovou mezi částicemi nebo kovalentní vazbou

a)

b)

PLASTY

KOMPOZITY

materiály na báze makromolekulárníc h látek

fyzikální spojení minimálně dvou jednoduchých materiálů

c)

Obr. 3.2 Druhy vazeb mezi atomy a částicemi: a) iontová vazba - MgO, b) kovalentní vazba - diamant, c) kovová vazba –Li

Pro kovy je charakteristická kovová vazba, pro keramické materiály iontová nebo kovalentní vazba. Kovové materiály je možné z hlediska jejich vlastností charakterizovat jako dobré 36

Popularizační workshop – Technologie, znovu objevená perspektiva elektrické vodiče a jako materiály, které odrážejí světlo, jsou i při nízkých teplotách plasticky tvárné a chemicky jsou většinou málo odolné. Z hlediska aplikace jsou to materiály s výhodnou kombinací mechanických vlastností, proto se v široké míře zejména v posledních desetiletích používají v konstrukční praxi. Kovové materiály (i keramické materiály) jsou látky krystalické. Pod pojmem struktura kovu nebo slitiny, zejména z praktického hlediska, rozumíme projevy krystalické stavby na vhodně upraveném rovinném řezu nebo lomové ploše. Materiálové vědy se zabývají vlastnostmi kovů a jejich slitin v souvislosti s jejich vnitřní stavbou, fázovým a chemickým složením a výrobní historií. Hlavním cílem je objasnit vliv struktury materiálů na jejich vlastnosti. Poznání souvislostí mezi strukturou a vlastnostmi kovů má zásadní význam především při poznávání příčin degradačních procesů (nežádoucí změny struktury a vlastností během provozu) a při vývoji nových materiálů a jejich technologií.

3.3 Metody zkoumání struktury Experimentální metody, které využívají materiálové vědy, můžeme rozdělit na metody studia struktury a na metody zkoušení kovů (metody zjišťování vlastností). Studium vnitřní stavby (struktury) kovů a slitin umožňují metody strukturní analýzy. Základní rozdělení metod strukturní analýzy uvádí obr. 3.3 [4]. Obr. 3.3 Rozdělení metod strukturní analýzy Metody strukturní analýzy

Zobrazovací

Studium struktury povrchu

Studium vnitřní struktury

Analytick é

Fázové identifikace (krystalová struktura)

Lokální analýza chemického složení

Zobrazovací metody strukturní analýzy tvoří základ laboratorních metalografických metod. Nejpoužívanější metody strukturní analýzy jsou mikroskopické metody, mezi které patří: - světelná metalografická mikroskopie, - transmisní elektronová mikroskopie (TEM), - rastrovací elektronová mikroskopie (REM). Světelná metalografická mikroskopie je základní metalografická metoda s vysokou informační schopností, která se uplatňuje při studiu mikroskopických a makroskopických objektů. Založená je na pozorování odrazeného světla od rovinných řezů vzorků kovových materiálů světelným mikroskopem. Umožňuje pozorovat a hodnotit strukturní útvary s rozměrem v rovinném řezu řádově 103 až 106 nm při zvětšeních do 2000x. V speciálních případech se využívají úpravy konvenční světelné mikroskopie, jako je fázový kontrast nebo interferenční mikroskopie. Rozvíjí se metodika i technika kvantitativního vyhodnocování struktur. 37

Popularizační workshop – Technologie, znovu onjevená perspektiva Příklady mikrosnímků ze světelného metalografického mikroskopu jsou na obr. 3.4. Jde o litiny, tj. slitiny železa na odlitky, obsahující v struktuře grafit, kterého tvar významně ovlivňuje vlastnosti litiny. Litina s lupínkovým grafitem má vynikající slévárenské vlastnosti, ale poměrně nízké mechanické vlastnosti, které má naopak podstatně vyšší litina s kuličkovitým grafitem. Hodnocení tvaru grafitu v litinách je proto důležitou součástí strukturní analýzy.

Obr. 3.4 Mikrosnímky ze světelného metalografického mikroskopu (vlevo: Mikrostruktura litiny s lupínkovým grafitem, vpravo: Mikrostruktura litiny s kuličkovým grafitem).

Základní úlohou metalografické analýzy je identifikace a klasifikace strukturních složek kovových materiálů. Metalografické zkoušky (většinou v kombinaci s mechanickými zkouškami, s jinými metodami zkoumání struktury apod.) se používají zejména na posouzení: a) vhodnosti materiálu na zvolený účel (vstupní kontrola materiálu); b) kvality některých technologických operací, včetně stanovení příčin případných chyb (mezioperační a výstupní kontrola materiálů); c) dosažení požadované struktury, případně na vysvětlení dosažených změn vlastností při vývoji materiálů a jejich technologií; d) příčin porušení součástí a konstrukcí.

3.4 Barevný kontrast v metalografii

Výrazové prostředky a informační hodnotu světelné metalografické mikroskopie může v řadě případů významně rozšířit využití barevného kontrastu strukturních složek, který je možné získat a zvýraznit při použití dostupných přídavných zařízení světelného metalografického mikroskopu nebo úpravou povrchu metalografických vzorků. Barevný kontrast mezi mikrolokalitami umožňuje např. odlišit fáze (případně výrazné odlišení v tuhém roztoku), které jsou při využití černobílého kontrastu těžko odlišitelné, nebo je odlišit nemožno. V tom je přínos jeho využívání v metalografii. Barevný kontrast mezi mikrolokalitami je možné získat několika způsoby. V metalografii je využitelné barevné leptání, napařování interferenčních vrstev a vyvolání barevného kontrastu 38

Popularizační workshop – Technologie, znovu objevená perspektiva speciálním osvětlením, např. polarizovaným světlem nebo diferenciálním interferenčním kontrastem. Každá metodika má jinou strukturní podstatu a poskytuje proto jiné informace o struktuře. Většina způsobů vyvolání barevného kontrastu je založena na interferenci dvou různých vlnových svazků světla. Barevné leptání metalografických vzorků umožňuje především zvýraznit rozdíly v chemickém složení mikrolokalit a proto se osvědčuje při studiu segregačních jevů, tepelně ovlivněných zón, difusních vrstev a při rozlišovaní fází s výrazně rozdílným chemickým složením [5]. Barevné leptadla reagují s povrchem výbrusu za vzniku sulfidového, chromátového, oxidického nebo jiného transparentního filmu, který má funkci interferenčního povlaku. Tloušťka tohoto povlaku závisí od chemického složení materiálu výbrusu v dané mikrolokalitě. Pokud se výrazně mění chemické složení jednotlivých mikrolokalit, bude se měnit i tloušťka povlaku a v důsledku toho i barva jednotlivých mikrolokalit už při osvětlení ve světlém poli. Je-li totiž pozorovaný vzorek pokrytý transparentním filmem, vzniká interference světla v důsledku skládání světla odrazeného na rozhraní vzduch - vrstva a světla odrazeného na rozhraní kov - vrstva. Interferenční jev závisí na vlnové délce světelného zdroje (λ), tloušťce filmu (t) a indexu lomu světla v něm. Po osvětlení bílým světlem se při splnění této podmínky objeví pro některou složku světla v důsledku interference odrazeného světla komplementární barva (modrá-žlutá, zelená-zrzavá).

modr á hněd ážlutá



Obr.3.5

Podstata barevného leptání: vlevo – transparentní vrstva proměnlivé tloušťky na povrchu vzorku; vpravo světle

–

obraz v odrazeném

39

Popularizační workshop – Technologie, znovu onjevená perspektiva Obr.3.6 Vlevo: Ni-superslitina, lept.Beraha III Vpravo: Cementovaná ocel, lept.Beraha I.

Konkrétní příklady jsou na obr. 3.6 Vlevo je zviditelnění chemické heterogenity u niklové superslitiny [1], vpravo zvýraznění cementované vrstvy, mezivrstvy a základního materiálu po nasycení uhlíkem [2]. Obr.3.7 Nahoře: Růstové roviny v kuličkovém grafitě, polarizované světlo Dole-vlevo: Plastická zóna v okolí čela únavové trhliny (ADI), leštěné, diferenciální interferenční kontrast, zv. 50 x Dole-vpravo: Nízkouhlíková ocel (0,08 % C) s 0,15 % Ti; leštěné, napařená vrstva ZnSe, zv. 1600 x (1-MnS, 2-Ti(CN), 3Ti(CS))

40

Popularizační workshop – Technologie, znovu objevená perspektiva Pozorování v polarizovaném světle umožňuje rozlišit fáze s různými optickými vlastnostmi a je proto vhodné zejména na identifikaci těžce leptatelných fází s jinou jako kubickou mřížkou, které jsou opticky anizotropní. V grafitických litinách je např. vhodné na detailnější studium částíc grafitu (zviditelnění jeho růstových rovin – obr. 3.7) [6]. Diferenciální interferenční kontrast vytvořený přídavným zařízením mikroskopu, zvýrazňuje povrchový reliéf, a je proto vhodný např. na studium povrchových projevů deformačních procesů (na obr.4.3 je viditelná plastická zóna v okolí únavové trhliny) [6]. Napařování interferenčních vrstev na povrch metalografických výbrusů umožňuje zvýraznit rozdíly v odrazivosti světla, a je proto vhodný zejména na detailnější studium inkluzí (obr.3.7)

3.5 Závěr Byly prezentovány vybrané základní poznatky z oblasti materiálových věd, které jsou důležitou skupinou technických věd. Technické vědy jako celek jsou rozhodující pro úroveň a rozvoj průmyslové výroby, která sehrává v struktuře hospodářství vyspělých zemí rozhodující úlohu. Patří mezi dominantní zaměstnávatele tvůrce HDP, přidané hodnoty a investicí. Základem pokroku v průmyslové výrobě je využívání moderních technologií, co zdůrazňuje aktuálnost vědy a vzdělávání v této oblasti. To vše jsou důvody proč studovat vědu a techniku. Literatura: BELAN, J., NĔMEC, K., PODRÁBSKY, T.: Vplyv mikroštruktúry na mechanické vlastnosti Ni superzliatin. In: Materiálové inžinierstvo, ročník 10, č. 3/2003, s. 359 – 362. [1]

BRCKOVÁ, D. - SKOČOVSKÝ, P.: Využitie farebného kontrastu pri metalografickom hodnotení chemicko-tepelne spracovaných vrstiev. In.: XV. dny tepelného zpracování, Brno, 1994, 168-169. [2]

BÜHLER, H. E. - HOUGARDY, H. P.: Atlas der Interferenzschichten-Metallographie. Oberusel, 1979. [3]

SKOČOVSKÝ, P. - BOKŮVKA, O. - KONEČNÁ, R. - TILLOVÁ, E.: Náuka o materiáli pre odbory strojnícke. 3. vyd., EDIS Žilina 2013. [4]

SKOČOVSKÝ,P.-PODRÁBSKÝ,T.: Farebná metalografia zliatin železa / Colour Metallography of Ferrous Alloys. EDIS Žilina, 2001. [5]

SKOČOVSKÝ,P.-PODRÁBSKÝ,T.: Grafitické liatiny. EDIS Žilina, 2005

41


4 Spolehlivost, bezpečnost a výkonnost technických systémů Dr.h.c. mult. prof. Ing. Juraj Sinay, DrSc Technická univerzita v Košiciach

4.1 Úvod Bezpečné a spolehlivé stroje, strojní systémy a průmyslové technologie, bezpečné prostředí a schopnost vnímat bezpečnost jako součást všech činností člověka jsou základními atributy současného života. Pokud se vychází z tvrzení, že neexistuje 100% bezpečnost, v důsledku toho nejsou rizika nulové, pak je však důležité připravit lidi na to, že vždy a všude budou konfrontování s nebezpečím, případně ohrožením [1]. Vývoj nových technologií, nových materiálů, stárnutí pracovní síly a globalizace pracovních trhů vytvářejí podmínky pro vznik nových druhů rizik. Uvědomění si této skutečnosti musí být taktéž součástí prostředí, ve kterém má kultura bezpečnosti svoje nezastupitelné místo protože je objektivně součástí všech činností člověka. Nové a nově vznikající rizika nevyžadují speciální přístup pro jejich minimalizaci. Rozšiřují jen portfólio činností odborníků ze všech oblastí techniky, včetně specialistů pro řízení rizik s tím, že stále více získávají na významu informační a komunikační techniky a technologie. V této souvislosti platí, že v systému člověk – stroj - prostředí – obr. 1 je „nejslabším“ článkem člověk. I když to v rámci analýzy úrazů nebo poruch někdy vypadá tak, že selhala technika, při podrobnějším zkoumání mechanismu vzniku těchto negativních jevů je na konci skoro vždy člověk. Výjimku tvoří nebezpečí typu „vyšší moci“ jako např. zemětřesení, povětrnostní vlivy, i když současná věda tvrdí, že i za klimatické změny je částečně zodpovědný člověk. Kultura bezpečnosti předpokládá, že v rámci všech etap řízení managementu bezpečnosti se vykonávají cílevědomé a systémové opatření a systemizovaná činnost s cílem vytvořit bezpečné prostředí. Pod pojmem „bezpečnost“ odborná veřejnost rozumí, tzv. integrovanou bezpečnost, která v sobě zahrnuje bezpečnost a ochranu zdraví při práci v systému člověk – stroj - prostředí, bezpečnost technických systémů a občanskou bezpečnost v širším vnímání. Chápání principu kultury bezpečnosti jako součásti kultury života a hlavně její aplikace v profesním a soukromém životě vychází z toho, že si lidé uvědomují, že najvyšší hodnota, kterou mají je lidský život a hlavně jeho kvalita. Jen zdravý a motivovaný člověk umí vytvářet hodnoty, které posouvají svět dále.

42


4.2 Kultura bezpečnosti – předpoklad rozvoje moderní společnosti Pokud se hovoří o „kultuře bezpečnosti“ bude se jednat o souhrn všech lidských činností, které vytvářejí podmínky pro bezpečnou práci a pro bezpečný život v systému člověk – stroj prostředí – obr.4.1 [1].

Obr. 4.1 Systém člověk – stroj - prostředí Součástí kultury bezpečnosti ve společnosti je i bezpečnost technických zařízení. V této oblasti se dosáhly v posledním období velké úspěchy. Není možné oddělit bezpečnost na pracovišti od bezpečnosti technických zařízení, od jejich spolehlivosti a tím i jejich výkonnosti. Všechny tyto oblasti jsou řízené ze stejného místa, což spolu s řízením oblasti ochrany životního prostředí přináší pro podnik formou synergického efektu i významné ekonomické přínosy. V současné době si významné a úspěšné firmy ve světě osvojili výzvu – „Bezpečnost je prioritní cíl neboli Safety first“. Bezpečnost je charakterizovaná jako vlastnost objektu, např. stroje, technologie vlastní činností neohrožovat osoby a ani okolí. Analýzy používané na posouzení celkové bezpečnosti objektu zohledňují jak aspekty bezpečnosti technických systémů, tak i bezpečnost a ochranu zdraví při práci. Tato definicie umožňuje přesně formulovat cíle a úlohy v oblasti managementu bezpečnosti a spolehlivosti v rámci firmy. Tyto zahrnují všechny činnosti spojené s vypracovaním a použitím metod pro zjištění nebezpečí a z nich vyplývající ohrožení a stanovení míry ohrožení. Při posouzení míry ohrožení - jako negativního jevu - je potřebné určit pravděpodobnost jeho vzniku a posoudit rozsah možných důsledků, v důsledku působení negativního jevu, t.j. posoudit riziko. Následně je nutné posoudit, jestli je riziko v akceptovatelném rozsahu. V případě, že je riziko větší než akceptovatelné riziko, je potřebné vykonat opatření na jeho snížení nebo úplné odstranění. Toto opatření je možné realizovat ve všech etapách technického života stroje, strojního systému přip. komplexní průmyslové technologie. Komplex těchto činností je možné zahrnout do systému řízení bezpečnosti práce jako jeho podsystém řízení rizika - management rizik.

43

Popularizační workshop – Technologie, znovu onjevená perspektiva Vývoj v oblasti bezpečnosti a ochrany zdraví při práci, jak ho definoval mezinárodní institut železa a ocele v roku 1999, je znázorněn na obr. 4.2 [4]. Z obrázku je zřejmé, že bezpečnost se stávala postupně součástí všech strategických činností firmy jako její integrovaná součást.

Bezpečnost

Integrovaná do všech opatření

1. Výroba

1. Bezpečnost (priorita)

2. Náklady

2. Výroba

3. Kvalita

3. Kvalita

2. Kvalita

Bezpečnostní opatření

4. Zákazníci

3. Spolehlivost

nasledující po nehodě

Predvčerom

1. Náklady

4. Zákazníci

Dnes Včera

Obr. 4.2 Vývoj při aplikaci požadavků bezpečnosti do praxe Nové technologie a nové konstrukce strojů se vyznačují vysokým stupněm komplexnosti a jsou neustále složitější. Zohledňuje se přitom jejich vliv na životní prostředí, zohledňují se ergonomické požadavky a technické řešení na vyloučení selhání lidského faktoru. Vývojové trendy v technice jako součást intenzívního rozvoje společnosti ve světě, nepředpokladá jen použití nových řídících systémů, vzájemně funkčního propojení klasických strojírenských konstrukcí s informačními a komunikačními technikami - IKT, a tím i nové konstrukce strojů, nové materiály zejména ze skupiny nanomateriálů, ale přirozeně i jejich bezpečné používání při zohlednění environmentálních vlivů. Často sa stává, že už při nových typech strojů se ve fázi projektování a konstruování v důsledku nedostatku informací o skutečných provozních podmínkách, stejně jako nezpracování podrobné analýzy rizik objevují řešení, které můžou způsobit při svém provozu ohrožení, t.j. jsou nositelé rizik. Cílem všech činností v rámci návrhu a výroby strojů musí být bezpečné a spolehlivé stroje, bezpečné a spolehlivé manipulační systémy a technologie, včetně bezpečných pracovních postupů na pracovištích. Tyto skutečnosti nutí konstruktéry souběžně s novými konstrukcemi 44

Popularizační workshop – Technologie, znovu objevená perspektiva strojů mít zpracované i podrobné analýzy rizik – což je v současnosti požadavek legislativních předpisů v rámci EU (např.: 42/2006/ES) , včetně členských států. Každý stroj je charakterizován možností ohrozit obsluhu nebo „třetí“ osoby. Každé rozhraní mezi strojem a člověkem je nutné podrobně analyzovat pomocí některých metod posouzení a rizika. Vědecké postupy potvrdily, že relevantnost výsledků analýz je možné očekávat především tehdy, když se identifikace, kvantifikace, posouzení rizika a volba metod na jeho minimalizaci neponechá na lidském faktoru, ale použijí se moderní postupy z oblasti IKT technik. Lidský faktor, tedy člověk, není schopný v krátkém čase zpracovat značné množství informací v rámci komplexních strojových systémů nebo složitých konstrukcí moderních strojů. Vývojové trendy v technice a při manipulaci s materiálem předpokládají použití nových technologií, nových konstrukcí strojů s výkonnými řídími systémy a nové materiály. Jedním z rozhodujících kritérií pro jejich využití je jejich bezpečnost v systému člověk – stroj prostředí. U nových strojů a technologických celků je důležité už ve fázi projektu a následně ve fázi jeho konstrukčního rozpracování vytvořit podmínky pro jejich bezpečný chod. Tyto postupy nezůstávají pouze na posouzení projektantů a konstruktérů, ale zohledňuje je také eropská legislativa. Ta je nejen výsledkem priorit jednotlivých států v oblasti bezpečnosti a ochrany zdraví při práci, ale také bezpečnosti technických systémů. Vyjadřuje tím společenskou vyspělost zemí celého světa, přičemž rozhodujícím kritériem je zodpovědnost za vhodné pracovní podmínky ve všech odvětví společnosti. Technika klade v souvislosti s rostoucím stupněm složitosti komplexních systémů a zařízení neustále vyšší nároky na její bezpečnost, a proto musí být systematicky posuzovaná s ohledem na vliv humánního faktoru. Přitom pod pojmem „humánní faktor“ se nechápe jen obsluha zařízení, ale také tzv. třetí osoby, které se mohou nacházet v pracovním dosahu zařízení, příp. v rozsahu jím způsobeného nežádoucího stavu i když náhodně. Je zřejmé, že činnosti v rámci managementu rizik vyžadují poznání složitých vztahů mezi technikou, organizací práce a humánním faktorem. Potvrzení těchto úvah je možné konstatovat vůči počtu úmrtí v důsledku pracovních úrazů a chorob z povolání, kdy počet úmrtí byl na celém světě v roce 2007 podle údajů Mezinárodní organizace práce 2,3 miliónů za rok a ekonomický důsledek představoval ztraty ve výši 4% globálního hrubého domácího produktu – HDP [5]. Bezpečná konstrukce strojů je předpokladem pro vykonávání bezpečných činností v rámci technologických procesů v systému člověk-stroj-prostředí. Jen bezpečné a funkční stroje, příp. komplexní strojní systémy, mohou zabezpečit úplnost kruhu kvality tak, aby výsledkem byl produkt vyznačující se kvalitou, která umožní jeho prodejnost. U konkrétních technologických celků platí, že čím je stroj nebo zařízení poruchovější, tím je větší konflikt mezi bezpečností, spolehlivostí a kvalitou. Z toho přirozeně vyplývá, že „slabé místa“ v komplexních a částečných systémech musí být odstraněné, aby se tím zvýšila jejich spolehlivost. Zvýšení spolehlivosti znamená tedy odstranění „slabých míst“ a odstranění slabých míst znamená minimalizaci rizika. Nové přístupy v systému managementu rizik vyžadují, aby si každý člověk uvědomoval rizika, s kterými musí žít jak na pracovišti, tak i v denním životě. Povinností zaměstnavatele, vyplývající z evropských a národních legislativ je, že musí rizika v průběhu pracovního procesu identifikovat, realizovat nápravná opatření pro jejich odstranění, příp. je minimalizovat a se zůstatkovými riziky seznámit své zaměstnance. 45

Popularizační workshop – Technologie, znovu onjevená perspektiva Posuzování rizik z technicko-analytického pohledu vede k poznatku, že oblast bezpečnosti technických systémů a bezpečnosti práce je přímo spojená s hodnotovými kritérii, tj. výkonností strojů, výrobních procesů příp. ekonomickými analýzami. Aby bylo možné tyto podmínky zabezpečit je nutné respektovat tyto principy: - neexistuje absolutní bezpečnost, - pro dosažení bezpečnosti nestačí vykonat nápravné opatření dle předpisů a norem, ale také nad rámec právních požadavků, - hranice vnímaní bezpečnosti není pevná hodnota, mění se podla stupně technické a kulturní úrovně společnosti a stavu poznání na základě výsledků vědeckého výzkumu, - ani podrobné analýzy a následně přijatá příslušná opatření nezaručují, že nedojde k úrazu, poruše stroje anebo jiné nežádoucí události, proto musí být součástí preventivních opatření i příprava na zvládnutí havárie, - o možnosti vzniku negativních jevů musí byt informovaní zaměstnanci, uživatelé strojů a zařízení a další osoby, kterých se ohrození týká, - nebezpečné situace musí zvládnout ten, kdo je vytváří – konstruktér ve svém návrhu, výrobce ve svém výrobku a zaměstnavatel v práci, kterou zaměstnanci zadává, - zabezpečení podmínek pro neustálé vzdělávání a zprostředkování nových výsledků vědy a výzkumu v oblasti BOZP pro všechny skupiny v společnosti, tedy nejen zaměstnanců a zaměstnavatelů, ale i pro všechny mimo pracovní proces, tedy tzv. třetí osoby.

4.3 Legislativní předpisy – předpoklady pro jednotný přístup v rámci managementu rizik v systému člověk – stroj - prostředí Požadavky nadnárodních legislativních předpisů na bezpečnost Vývojové trendy v technice předpokladají použití nových technologií, nových konstrukcí strojů s výkonnými řídícími systémy a nové materiály. Složitost moderních pracovních a výrobních činností úspěšných podnikatelských subjektů v současnosti, vyžaduje zavedení systematické organizace práce a řídícího mechanismu, který zabezpečí správnou a ekonomicky efektivní činnost v rámci výrobních procesů. Úroveň řízení podniku je podmínkou pro splnění výrobních plánů, ale je také kritériem konkurenceschopnosti a jeho výkonnosti, podmínkou uplatnění na trhu a známkou spolehlivosti obchodního partnera v podmínkách globalizovaných trhů Eropské unie. Pokud firma myslí na svoji budoucnost, snaží se transparentně zavádět systémy řízení pro jednotlivé oblasti. Současná evropská legislativa pro oblast bezpečnosti strojů je definovaná Směrnicí 42/2006/ES o aproximacii právních předpisů členských států týkajících se strojního zařízení. Tato směrnice nahradila původní znění Směrnice 89/392/ES, jako i její následné dodatky – Směrnice 91/368/ES, 93/44/ES, 93/68/ES a 98/37/ES a začala platit od 1.ledna 2010. Směrnice 42/2006/ES, klade důraz na zvyšování úrovně bezpečnosti a tím i nepřímo spolehlivosti strojů a strojních systémů, přičemž uvědomění si existujícího ohrožení v provozu a údržbě, přenáší cíleně do etapy návrhů a konstrukcí zařízení. Důraz je kladený také na vytváření měřících míst pro sledování stavu zařízení formami technické diagnostiky 46

Popularizační workshop – Technologie, znovu objevená perspektiva už ve fázi projektování zařízení. Tím se vytvářejí podmínky na předcházení vzniku poruch a následně možných nehod formou definování skutečného technického stavu, jejíchž dopad by měl zřejmý důsledek na bezpečnost obsluhy nebo obyvatelstva. Významným aspektem je podrobný popis požadavků na provozní předpisy v mateřském jazyku země, kde jsou technické zařízení v provozu, čím se vytvářejí standardizované postupy pro informovanost obsluhy o existenci ohrození a zůstatkových rizikách vyplývajících z provozu těchto zařízení. Ve smyslu této Směrnice, příloha I, ods.1 je výrobce stroje anebo komplexního technického zařízení povinný definovat ohrožení, které vzniká provozu stroje, odhadnout důsledky možného zranění anebo poškození zdraví, jako i pravděpodobnost vzniku a tím i stanovit a posoudit rizika s cílem vykonat nápravné opatření na jejich minimalizaci. S tím je spojená i povinnost poskytnout uživateli strojů příslušné informace o zůstatkových rizikách - bod. 1.7.2 v Směrnici [4]. Tyto požadavky podmiňují činnost konstruktérů strojů a technických systémů, výrobců, jako i užívatelů strojů Zohlednění norem při konstruování strojů – i když jejich znění není v současnosti závazné – poskytuje konstruktérovi informáce jak aplikovat minimální standardy při volbě konstrukčních prvků tak, aby splnily kritéria minimálních rizik a tím vytvářely předpoklady pro návrh bezpečných strojů, tj. strojů s minimálními riziky při jejich následném provozu. Implementace těchto postupů už ve fázi konstruování v podstatné míře ovlivní náklady. Přídavné náklady, které musí vynaložit užívatel stroje v případě, že nebyla aplikována správná filozofie bezpečnosti už ve fázi konstrukce stroje, je ve výši 10 až 30% jeho nákupní ceny [1]. Trendy v této oblasti vyplývají z existence nových informačních a komunikačních technik, měřících postupů a monitorovacích zařízení, technologií a materiálů, které je možné posoudit jako nové druhy ohrožení a zakomponovat je do procesu posouzení rizik už v etapě jejich návrhu. V budoucnosti je možné očekávat další vývoj v oblasti požadavků na bezpečnost zejména komplexních strojových zařízení vzhledem na to, že při posuzování rizik se aplikuje forma tzv. „integrovaného přístupu“ vyplývajícího z legislativních požadavků na bezpečnost a ochranu zdraví zaměstnanců. Požadavky směrnice 42/2006/ES pro její implementaci do reálnych procesů je možné shrnout nasledovně: - Harmonizovaný, jednotný a účinný dozor. - Specifikace jasných opatření na úrovni Evropského společenství pro „rizikové“ zařízení, kde je nedostatek harmonizovaných norem pro jejich uplatnění. - Konstrukce bezpečných strojních zařízení musí zrcadlit nejnovější poznatky vědy a techniky při zohlednění ekonomických požadavků. - Definování jednotného postupu pro zkompletizování strojního zařízení, za účelem zabezpečení jejich volného pohybu. - Významným aspektem je požadavek směrnice na vznik harmonizovaných norem týkajících se předcházení rizik vyplývajících z konstrukce zařízení za účelem pomoci výrobcům při prokazovaní shody. - Stanovení nových postupů na posuzování shody v závislosti od míry ohrožení, tj. vypracovat specifické postupy pro každou kategorii strojních zařízení v souladě s rozhodnutím Rady 93/465/ES. 47

Popularizační workshop – Technologie, znovu onjevená perspektiva -

-

Jednoznačné stanovení plné zodpovědnosti výrobce za potvrzení shody strojních zařízení. Označení CE je jediné označení, které zaručuje požadavek shody s touto směrnicí, je nevyhnutné aby bylo implementované na celek. Výrobce anebo jeho zplnomocněnec musí zabezpečit vykonání posouzení rizik pro strojní zařízení, které plánuje uvést na trh. Musí stanovit základní požadavky na bezpečnost a ochranu zdraví vztahující se na toto zařízení, pro které musí přijmout příslušné opatření. Členské státy by měli přijmout vhodné nástroje – sankce na kontrolu porušení požadavku této směrnice.

4.4 Údržba a bezpečnost strojů Součástí inovačních technologií je zohlednění jejich bezpečného a spolehlivého provozu, v rámci efektivního podnikatelského prostředí, které v sobě zahrnuje bezpečnost a spolehlivost technických zařízení. Nové přístupy v oblasti bezpečnosti strojů mění podmínky jejich údržby. Norma ISO/TS 16949 pro automobilový průmysl a jejich dodavatelé vyžaduje, z hlediska zvyšování úrovně spolehlivosti a tím i kvality aplikovat zejména formy prediktivní údržby. Řízení údržby jako jedna z možností efektivní prevence technických rizik, se stává progresivní oblastí v podobě znižování nákladů, ale především formou minimalizace rizik v provozu strojů. Podpora forem péče o technické zařízení, už ve fázi jejich návrhu, je jednou ze základních nevyhnutností implementace progresívních přístupů v údržbě založených na minimalizování negativních dopadů na bezpečnost a environment a optimalizování nákladů na jejich údržbu (RCM, TPM, RBI). Avšak reálnost těchto výsledků závisí od kvality a dodržení této postupnosti implementace následných kroků v podniku [5]: a) určení cílů – definování cílů managementu podniku a jejich soulad s cíly managementu údržby, popřípadně určení dalších cílů vyplývajících z legislativních požadavků (směrnice, zákony, normy, ...). b) analýza údajů o zařízení – aktuálnost, způsob sběru, způsob zápisu, forma zápisu, úroveň propojenosti s jinými údaji (např. sklad náhradních dílů, dodavatelé, externí služby, a pod.), c) rozsah a podpora implementace – stanovení posloupnosti kroků, určení zodpovědností za príslušné stupně implementace (čas, zdroje finanční a personální), spůsoby a rozsah školení, d) specifikace vhodného nástroja a formy výstupů – např. sofwarová podpora v podobě nové aplikáce anebo využití tzv. “excelovských výstupů“, plány údržby, statistické ukazovatele, ukazovatele výkonnosti údržby (KPI), e) zpětná vazba - pravidelné střetnutí managementu řízené gestorem projektu za účelem odstraněnía nežádoucích postupů popř. upřesnění dalších aktivit, audity, benchmarking, atd.

48


Obr. 4.3 Schéma minimalizace rizika

Moderní údržbové metody jako součást minimalizace rizik technických zařízení a komplexních technologií se vyznačuje interdisciplinárním charakterem, jsou v nich zahrnuté metody sledování skutečného stavu stroje - metody technické diagnostiky – obr. 4.3 [9], používají se aplikace matematické statistiky, zohledňuje se lidský faktor.

4.5 0bsah návodu na použití Z hlediska bezpečného provozu stroje je důležitý podrobnější specifikovaný obsah návodu na použití zařízení, u kterého struktura a forma hrají důležitou úlohu při uvědomování si bezpečnostních rizik vyplývajících z provozu zařízení. Mnohé negativní zkušenosti z praxe vytvořily tlak na zvýšení důrazu na kvalitu zpracování a implementaci tohoto návodu tak, jak je uvedené např. ve směrnici 42/2006/ES. Každá příručka s návodem na použití musí obsahovat minimálně tyto informace [1]: a) obchodní jméno a úplnou adresu výrobce a jeho zplnomocněnce, b) označení strojního zařízení, jak se uvádí na samotnem strojní zařízení, c) prohlášení o shode anebo dokument, ve kterém sa uvádí obsah prohlášení o shodě, přičemž uvádí podrobnosti o strojním zařízení, d) všeobecný popis strojního zařízení, e) výkresy, schémata, popisy a vysvětlení potřebné pro používání, údržbu a opravy strojního zařízení a na kontrolu jeho správné funkce, f) popis pracoviště, které pravděpodobně obsluha stroje použije, g) popis budoucího použití strojního zařízení, 49

Popularizační workshop – Technologie, znovu onjevená perspektiva h) upozornění na způsoby, jak se strojní zařízení nesmí používat a ke kterým může na základě zkušeností dojít. i) návod na montáž, instalaci a zapojení, schémata upevňovacích prostředků j) návod na instalaci a montáž s cílem snížit hluk anebo vibrace, k) návod na uvedení strojního zařízení do provozu a na jeho použití a podle potřeby i návod na zaškolení obsluhy, l) informace o riziku, které zůstávájí i po přijetí opatření bezpečnostního hlediska, m) informace o ochranných opatřeních přijímaných používatelem, podle potřeby zajištění osobních ochranných pomůcek, které se mají zabezpečit, n) základní charakteristika nástrojů, kterými může být strojní zařízení vybavené, o) podmínky, ze kterých strojní zařízení spĺňuje požadavky na stabilitu v průběhu používání, přepravy, montáže, demontáže, mimo provoz, p) návod na účely zajištění toho, aby sa přeprava, manipulace anebo skladování vykonaly bezpečně vzhledem ke hmotnosti strojního zařízení a jeho různych částí v případech, kdy se obvykle mají přepravovat samostatně, q) postupy při vzniku poruch anebo úrazů; v případě, že dojde k zablokování je nutné v návodě na obsluhu uvést jak je ho možné bezpečně odblokovat r) popis činností při nastavovaní a údržbě, které by měl vykonávat používatel a opatření na preventivní údržbu, které by se měli dodržet, s) návod, který umožní bezpečné vykonání činností při nastavování a údržbě, t) specifikace náhradních dílů, které se mají použít, jaký mají vliv na zdraví a bezpečnost obsluhy, u) informace o emisích hluku nesených vzduchem:  hladina emise hluku na pracovišti, hodnocená váhovým filtrem A, pokud převyšuje 70 dB(A) musí být údaj uvedený,  maximální okamžitá hladina hluku na pracovišti, hodnocená váhovým filtrem C, pokud přesahuje 63 Pa (130 dB při referenční hodnotě 20 μPa),  hladina akustického výkonu strojního zařízení, hodnocená váhovým filtrem A, v případech, kdy na pracovišti hladina hluku přesáhne hodnotu 80 dB(A), v) v případě, že je pravděpodobné, že strojní zařízení bude vydávat neionizující záření, které může být škodlivé pro osoby, a to zejména pro osoby s aktivními anebo neaktivními implantovanými lekářskými přístroji, informace pro obsluhu a ohrožené osoby o vydávaném záření. Součástí dodávky každého stroje musí být návod na obsluhu v úředním jazyku příslušné země Ervopské unie. Bezpečnost – kvalita – spolehlivost to jsou vlastnosti konkurenceschopných produktů a výrobních procesů v rámci globálních trhů Vlastností bezpečného produktu musí být samozřejme jeho spolehlivost, t.j. splnění jeho pracovních, příp. uživatelských vlastností v souladu se stanovenými požadavkami definovanými v jeho technických podmínkách, příp. v návodech na jeho užívání. Je tedy přirozené, že je množství společných aspektů a vzájemných propojení mezi systémy řízení kvality a řízení a bezpečnosti technických systémů a bezpečnosti a ochrany zdraví při práci. Současný trend v oblasti konstrukčního návrhu výrobku směřuje k cílevědomému systémovému přístupu. Otázky bezpečnosti a spolehlivosti finálního produktu a tím i jeho kvalita jsou rozhodujúcími vstupními parametry vývoje výrobku. Jedním z hlavních 50

Popularizační workshop – Technologie, znovu objevená perspektiva výsledných parametrů využití výrobků je spokojený zákazník, přičemž za jeho spokojeností je ze strany výrobce potřebné vytvořit bezpečný, spolehlivý a kvalitný výrobek. Stroje a strojní systémy musí být v současnosti zkonstruované tak, aby jejich provoz a údržba při používaní za předpokládaných technických podmínek nezpůsobili ohrožení prvků v systému člověk – stroj – prostředí. Cílem přijatých opatření musí být vyloučení, případně minimalizace rizika jakéhokoliv úrazu, příp. materiální škody v průběhu předpokládané životnosti strojního systému, včetně montáže a demontáže, a to i v provozních podmínkách, které nejsou v souladě s technickými podmínkami pro provoz. V minulosti sa za vysokou úroveň kvality považoval dostatečný soulad mezi definovanými (požadovanými) vlastnostmi produktu a výslednými parametry bezpečnosti a spolehlivostí produktu anebo výrobního procesu. Růst komplexnosti a složitosti zařízení a systémů, jako i podstatné zvyšování cen spojených s chybnými operacemi v posledních letech podnítilo vznik vědních disciplín zabývající se otázkami bezpečnosti, kvality a spolehlivosti. Bezpečnost a kvalita umožňují optimalizaci mezi výslednými parametry produktu, spolehlivostí a ceny v průběhu „životnosti“ produktu.

4.6 Teorie a vybrané aplikace managementu rizik Globalizace průmyslových činností, jako i globální pracovní trhy výrazně ovlivnili i oblast bezpečnosti a ochrany zdraví při práci včetně managementu rizik. Složitost pracovních a výrobních činností podnikatelských subjektů v současnosti vyžaduje zavedení systematické organizace práce a řídícího mechanismu, který zabezpečí správné fungování všech manažérských a výrobních procesů. Úroveň řízení podniků je podmínkou pro plnění výrobních plánů, ale je také kritériem konkurence schopnosti, podmínkou uplatnění na trhu a potvrzením spolehlivosti obchodného partnera. Je jen přirozené, že obchodní partneři si prověřují, formou zákaznického auditu, úroveň organizace práce svých dodavatelů. Součástí prověřování je úroveň řízení výrobních činností, řízení finančních procesů, řízení kvality, environmentu, ale i řízení bezpečnosti a ochrany zdraví při práci. Mobilita zahraničního kapitálu a zahraničních manažerských struktur zasahují pozitivně na širší prosazování systémů řízení bezpečnosti a ochrany zdraví při práci. Požadavky na prokázání účinnosti bezpečnosti systémů řízení bezpečnosti se čím dál častěji objevuje v dodavatelsko-odběratelských vztazích. Zavádění vhodného systému řízení BOZP u zaměstnavatelů má důležité opodstatnění v praxi. Vytvořením přiměřeného mechanismu, který zabezpečí správné fungování podnikatelského subjektu v oblasti BOZP, možná dosáhne trvalé zvyšování úrovně BOZP. To má důležitý hospodářsky význam, protože řešení otázek souvisejících s bezpečností a ochranou zdraví v širším měřítku s vytvářením příznivých pracovních podmínek a pracovných vztahů, přináší pro firmu optimalizaci pracovního procesu a pozitivní ekonomický efekt.

51


4.6.1 Kauzální závislost vzniku poruchy a/anebo vznikne porucha a/anebo nehoda náhodou?

nehody

-

Porucha anebo nehoda je náhlý, nežádoucí, neočekávaný jev, který může poškodit osoby, ale i technické systémy v důsledku kterých dojde k porušení anebo přerušení plánovaného provozního stavu. Aby bylo možné zabránit anebo minimalizovat poruchy anebo nehody je potřebné systematicky identifikovat, analyzovat a hlavně popsa jejich příčiny, jako i průběh vzniku těchto jevů. Na základě takto získaných informací je možné navrhnout opatření na zabránění jejich vzniku. Na obr. 4 je znázorněná příčinná závislost vzniku poruchy a/anebo nehody, která zahrnuje pět, časově na sebe závislých etap [2, 12]: - nebezpečí, - ohrožení, - iniciace, - poškození, - škoda. Vychází se přitom z toho, že takto vytvořená funkční závislost platí pro všechny druhy poruch a nehod, teda jejich vznik není náhoda, ale jistý druh zákonitosti. V praxi je důležité poznat průběh této příčinné závislosti, aby bylo možné vytvořit systém pro její přerušení tedy zabránění vzniku poruchy anebo nehody! Vzájemná závislost jednotlivých etap příčinné závislosti vzniku negativního jevu je na obr. 4.4, přičemž se jedná o nereverzibilní proces, tedy proces, který probíhá vždy jen v jednom směru. Jednotlivé etapy na sebe vzájemně navazují.

Nebezpečenstvo

N

Dôsledok

Účinok

Príčina

Ohrozenie

O

Iniciácia

I

Poškodenie

P

Škoda

Š

Nereverzibilný smer

Obr. 4.4 Kauzální závislost vzniku poruchy a/anebo nehody

52


4.6.2 Definování etap kauzální závislosti vzniku poruchy a/anebo nehody. Jednotlivé vzájemné závislosti v rámci kauzální závislosti vzniku poruchy a/anebo nehody budou vysvětlené na zdvíhacím stroji, jako jednom z často používaných strojů v rámci různých typů logistických systémů, přičemž se jedná o stroj, který patří do skupiny vyhradních technických zařízení s vysokou hodnotou rizik – gravitační účinek při pracovních pohybech stroje. Nebezpečí: – je vlastnost stroje, subjektu, technologie, člověka způsobit poškození a následně škodu – negativní jev! Pokud se nebezpečí neaktivuje, např. neuvede do činnosti, není z pohledu vědeckých analýz zajímavé. V takovém případě nedojde k poškození anebo ke škodě předpokládaného objektu.

Qp VIETOR

Qp

Zdvih

Qp

S

S

S

FGK

FGK Klopná hrana

FGK

Klopná hrana

S

S

Ohrozenie

Iniciácia straty stability

Klopná hrana

S

Poškodenie - pád

Obr. 4.5 Schéma ztráty stability věžového jeřábu Příklad 1: Věžový jeřáb – jeho konstrukce se vyznačuje vlastnostmi, které mohou způsobit jeho pád, a tím i humánní anebo technickou škodu. Pokud se s ním nebudou zvedat břemena a nebude foukat vítr anebo nedojde k působení „vyšší moci“ (např. zemětřesení) tak nedojde k poškodení anebo následně ke škodě – obr. 4.5. Příklad 2: Dynamické vlastnosti mostového jeřábu jako pružné konstrukci, způsobují kmitání, které se přenášejí na místa obsluhy – tedy do prostoru kabiny. Tyto kmity vznikají v důsledku nestacionárních jevů v průběhu provozu mostového jeřábu. Do skupiny nebezpečí je možné zařadit např. [10]: - setrvačné účinky při pracovních pohybech – rozběh, brzdění, - stochastické geometrické odchýlky dráhy jeřábu – nerovnosti kolejnic, - opotřebování pojezdových koleček, - kývání břemene na závěsném prostředku – obr.4.6, - náraz na nárazník.

53


Obr. 4.6 Kývání břemene jako identifikované nebezpečí

Ohrožení: Je stav, v kterém je objekt, např. člověk a/anebo stroj v definovaném prostoru a čase schopný aktivovat nebezpečí. Ohrožení vzniká tehdy, když se objekt uvede do činnosti a člověk anebo věc se nachází v pracovní oblasti subjektu. Příklad 1: Do pracovního prostoru se po uvedení věžového jeřábu do činnosti dostane člověk anebo nějaký materiál, přičemž v důsledku pracovních pohybů dojde např. k rozkývání břemene na závěsném prostředku – obr. 4.7. V této souvislosti je možné definovat prostor ohrožení.

Q

αp Q MOŽNOSŤ POHYBU

II

I

ŽERIAV

OBLASŤ NEBEZPEČENSTIEV

OBLASŤ OHROZENIA

II

I

OSOBA

OBLASŤ NEBEZPEČENSTIEV

Obr. 4.7 Schéma ohrožení v průběhu provozu věžového jeřábu 54

Popularizační workshop – Technologie, znovu objevená perspektiva Příklad 2 Podobná situace nastane i při uvedení mostového jeřábu do činnosti, kde v důsledku pracovních pohybů dochází k rozkývání břemena a tím k ohrožení materiálů anebo člověka v případě, že se vyskytne v pracovním prostoru – Obr.4.8

Obr. 4.8 Schéma ohrožení v průběhu provozu mostového jeřábu Riziko: Pojem riziko se používá ve všech jazycích s dostatečným přiblížením jako míra (potenciál) ohrožení a jeho význam je jednoznačně definovaný jako vztah mezi: - pravděpodobností vzniku negativního stavu – škody, úrazu, nehody - P a - následky, které vzniknou v důsledku škody, úrazu, nehody - D ve formě: R=PxD Riziko vyjadřuje míru ohrožení a oba parametry jsou závislé od množství podmiňujících faktorů, což se projevuje v obsahu postupů na jeho kvantitativní posouzení. Nebezpečí, ohrožení a riziko se týká jednoho negativního jevu a navzájem přímo souvisí – obr. 4.9 [2]. Pokud se zvolí ohrožení za základní pojem pro určité negativní jevy, tak potom nebezpečí vytváří zdroj ohrožení a rizika a vyjadřuje míru (potenciál) ohrožení.

Obr. 4.9 Vztah mezi nebezpečím, ohrožením a rizikem [2] 55


4.7 Management rizika a jeho aplikace v systémech Safety a Security Na technické a technologické zařízení, jako jsou např. komplexní strojní systémy, jednotlivé stroje, přístroje, nástroje klade trh v současnosti vysoké nároky. Vlastnosti těchto subjektů jsou v současnosti pojímané v širším slova smyslu a zahrnují v sobě nasledující požadavky – tab. 4.1[13]: Platí základní pravidlo: „pro zabránění poruchy/nehody (úrazu) je potřebné možné rizika včas rozpoznat a aktivovat příslušné protiopatření“. V souvislosti s vykonávaním efektivních činností v rámci minimalizace rizik, jak v oblasti BOZP a bezpečnosti technických zařízení, tak i v oblasti občanské bezpečnosti je potřebné poznat skutečný stav technického zařízení jako současti systému člověk – stroj - prostředí. V průběhu provozu technického zařízení je za účelem stanovení hodnot jeho skutečného technického stavu potřebné snímat informace charakterizující provozní podmínky. Funkčnost Splnění termínu dodávky Hospodárnost Dlouhá životnost Ochrana životního prostředí Bezpečnost a ochrana zdraví při práci-Safety Bezpečnost technických zařízení - Safety Občanská bezpečnost - Security Doprava Kvalifikace Údržba

- Splnění definovaných úloh v dohodnuté kvalitě - schopnost dodat výrobek rychle a v dohodnutém čase - hospodárná výroba a následný provoz zařízení - dostatečně dlouhý a bezpečný provoz - žádné nedovolené zatížení životního prostředí v průběhu výroby, provozu a opětovného zhodnocení - bezpečně vytvořené pracovní prostředí příp. technologie - bezpečné konstrukce stroje, strojních systémů a komplexní technické a technologické zařízení - bezpečné podmínky pro život občanů

- s omezenými náklady a bezpečně dopravit na místo určení - schopnost řídícího pracovníka používat nástroje řízení - být bezpečný v průběhu údržby, zabezpečovat bezpečné náhradní díly a materiály Tab. 4.1 Vlastnosti technických a technologických zařízení

4.7.1 Člověk jako objekt Security a Safety.

bezpečnostních

analýz

v rámci

V systému člověk – stroj - prostředí obr. 1 je to právě lidský faktor, který, ať už z pohledu Safety alebo Security managementu, sehrává rozhodující úlohu. V rámci Safety se jedná o důsledky, které jsou výsledkem neplánovaných činností, a které ve většině případů vzniká jako konečný produkt selhání humánního faktoru, tedy člověka. 56


V rámci Security je možné použít pojem „nebezpečný člověk“. Jeho cílem je vytvorit kauzální závislost vzniku negativního jevu tak, aby etapa škody byla co nejrozsáhlejší. V souvislosti s překrýváním se činností v rámci Safety a Security managementu je důležité zaměřit se na integrální posouzení působení lidského faktoru v souvislosti s dosáhnutím konečného cílu tedy ochrany všech složek systému člověk – stroj - prostředí. Jako příklad je možné uvést aktivity činnosti hasičů. Hasiči se podílejí na zabezpečení činností, jejichž cílem je minimalizace důsledků požárů teda oblast Security. Při vykonávání těchto činností však musí být zabezpečení tak, aby mohli tuto činnost vykonávat bezpečně – Safety, tedy aby nedošlo k ohrožení jejich zdraví. Zanedbání opatření na jejich bezpečnost a ochranu zdraví způsobuje i nemožnost vykonávání činností v rámci Security aktivit, a tím zabezpečit ochranu zdraví jiných osob. V této souvislosti je třeba zaměřit pozornost na zvýšenou psychickou zátěž při aktivitách v rámci Security, která je způsobená charakterem jejich činností – např. ochrana lidských životů. V této souvislosti může být snížená jejich vnímavost na dodržení všech bezpečnostních podmínek na vykonávání jejich pracovních činností – tedy vnímání podmínek kladených na bezpečnost a ochranu zdraví. Minimalizace rizik si vyžaduje aplikovat také postupy, které jsou schopné identifikovat potenciály vzniku poruch už v etapě ohrožení. Technická diagnostika je charakterizovaná pojmem „diagnostika“, tzn. činnost, v rámci které dochází k posouzení skutečného stavu objektu. Pozornost v rámci těchto činností se koncentruje na technické objekty, t.j. strojní systémy, komplexní technologie jako i jednotlivé stroje.

4.7.2 Společné prvky mezi Safety a Security při zohlednění možnosti aplikace metod technické diagnostiky Oblasti safety a security se ve vícerých aspektech prolínají, ovlivňují a možno říct, že společně tvoří komplexní systém ochrany života, zdraví a majetku občanů – obr. 4.11 [14] . Mezi společné prvky oblasti safety a security patří:  předmět na který působí a který musí být bezpečný tedy chráněný, jsou především lidi, (ať už jako zaměstnanci – safety anebo jako třetí osoby mimo technického subjektu security),

Security

Safety

Komplexní systém ochrany života, zdraví, majetku

Obr. 4.11 Model integrace Safety a Security 57


 

prostor, v kterém dané oblasti působí (každý podnik je fyzicky součástí státu – prostředí v systému člověk – stroj – prostředí) a podléhá jeho legislativním předpisům). prevence, způsob ochrany subjektu v určitém čase a prostoru musí být vykonávaný tak, aby sa minimalizovaly rizika ať už v etapách nebezpečí anebo ohrožení.

Když už je současné chápání pojmu bezpečnosti v jeho širokém významu založené na principu prevence, oblast bezpečnosti a ochrany zdraví při práci, jako i bezpečnost technických systémů – safety, jako i oblast občanské bezpečnosti – security využívají často ty samé prostředky diagnostiky na včasné identifikování možnosti vzniku poruchy, nehody a úrazu, přičemž jako důsledek poruchy technického systému může vzniknout nehoda anebo úraz občanů mimo technického zařízení anebo komplexní technologie.

4.7.3 Příklad jaderné elektrárny Na jaderné elektrárny jsou kladené vysoké požadavky především pro oblast bezpečnosti a spolehlivosti. Nejedná se jen o zájem jednoho státu, jde o nadnárodní působení. Vzhledem na danou skutečnost je možné říct, že prostředky diagnostiky technického stavu v jaderných elektrárnách představují neodmyslitelnou součást systému bezpečnosti.

Obr. 4.12 Integrovaná bezpečnost v rámci jaderné elektrárny [14] Na jedné straně jde o prostředky diagnostiky technického systému, např. o kombinované snímače teploty, které slouží na určení vstupní a výstupní teploty chladícího média v jaderném reaktoru. Na straně druhé prostředkem diagnostiky v prostoru jaderné elektrárny je i detektor snímající množství radioaktivních látek v ovzduší, tzv. dreger, kterým disponuje každý zaměstnanec. Ten slouží na včasné varování a představuje individuální diagnostický 58

Popularizační workshop – Technologie, znovu objevená perspektiva prostředek jako jeden z prostředků definující i možné ohrožení nezúčastněných občanů. V praxi se využívají oba druhy diagnostických prostředků současně, a teda je možné říct, že diagnostický systém v daném prostředí využívá prvky redundancie, a tím zvyšuje úroveň bezpečnosti – obr. 4.12.

4.8 Závěr Bezpečný život je něco, co nepříjde samo o sebe, ale je nutné vždy něco udělat pro to, aby člověk měl co nejvíce pocit, že jeho životní prostředí, včetně pracovního prostředí je bezpečné, že mu nehrozí nehoda, úraz anebo že činnosti, které vykonává neohrozí, příp. negativně neovlivní jeho zdraví. Realizovat bezpečný život v bezpečném pracovním a soukromém prostředí znamená osvojit si principy kultury bezpečnosti a začlenit je do všech konání člověka. V ekonomicky vyspělých zemích je bezpečnost strojů, strojních systémů a tím i bezpečnost a ochrana zdraví při práci obsahem základních zákonů státu. Vycházím z přesvědčení, že neexistuje absolutní – teda 100% bezpečnost je možné konstatovat, že neexistuje nulové riziko. Tento filozofický přístup k životu podmiňuje vztah člověka ke svému okolí. Intenzita tohoto vztahu jako součástí kultury bezpečnosti, je přímo závislá na ekonomické, etické a mravní vyspělosti společnosti. Hodnotu lidského života je možné ekonomicky jen velmi subjektivně stanovit. Existují přístupy, hlavně pojišťovacích společností, pomocí kterých se stanovuje tento parametr. Většinový názor v odborných a vědeckých kruzích, které se zabývají bezpečností a ochranou zdraví při práci (Safety), bezpečností a spolehlivostí strojů a strojních systémů a bezpečností technologických celků (Safety), jako i občanskou bezpečností (Security), vychází z přesvědčení, že objektivně stanovit hodnotu lidského života je možné jen v hrubém přiblížení. Je přirozené, že ochrana zdraví je víc parametrická soustava, vycházející z toho, že i člověk musí být prvek soustavy, který v ní aktivně působí tak, aby se předcházení negativním stavům stalo součástí jeho kultury života, tedy aby byl přesvědčený o tom, že chce žít tak, aby všechny rizika, se kterými může být v průběhu svého života, a to nejen aktivního, konfrontovaný byli minimální anebo minimalizovatelné. Vztah k bezpečnému životu je možné zdědit, může se vytvořit výchovou a vzdělávaním, určitě se nevytvoří sám od sebe. Proto je důležité vytvořit předpoklady k tomu, aby už od nejnižší stupně vzdělávání, které začíná v mateřských školkách, se dětem zprostředkovávalo vědomí bezpečného konání a chování. V rámci základních a středních škol je správné, pokud v rámci vyučování jsou do programů hodin zařazené praktické bezpečné návyky pro prostředí, v kterém tato mladá generace žije. Jako jeden z efektivních postupů se ukazuje vytvoření podmínek v rámci vysokoškolského vzdělávání ve všech třech stupních studia. Současné odborné diskuze se orientují na zařazení specializovaných přednášek a seminářů především do technických, přírodovědních ale i společensko-vědních oborů v duchu „bezpečnost a rizika jsou součástí prostředí, ve kterém žijeme“. Ukazuje se, že špičkové odborníky pro oblast řízení bezpečnosti a managementu rizik je efektivně vzdělávat v rámci specializovaných studijních programů na vysokých školách technického zaměření, přičemž se v těchto případech využívá multidisciplinární charakter problematiky bezpečnosti v praktickém životě.

59

Popularizační workshop – Technologie, znovu onjevená perspektiva Použitá literatura: [1] Sinay, J.: Bezpečná technika, bezpečné pracoviská . atribúty prosperujúcej spoločnosti Technická univerzita, SjF TUKE, 2011, ISBN978-80-553-0750-3 [2] Sinay, J.: Safety Management in a competitive Business Environment CRC Press Taylor&Francis Gruop, Boca Raton/USA 2014, 978-1-4822-0385-1 [3] Sinay, J.: Anforderungen an eine moderne Arbeitsgesellschaft Arbeitsschutztag Sachsen-Anhalt 2010, Landesarbeitskreis für Arbeistsicherheit und Gesundheitsschutz in Sachsen Anhalt. Otto von Guericke Universität Magdeburg/SRN, 2010 [4] Pačaiová, H., Sinay, J.: Glatz,J.: Bezpečnosť a riziká technických systémov Edícia SjF TUKE Košice, Vienala Košice 2009, ISBN 978-80-553-0180-8 - 60-30-10 [5] Sinay, J.: Kultúra bezpečnosti - predpoklad rozvoja modernej spoločnosti In: Aktuálne otázky bezpečnosti práce : 22. medzinárodná konferencia : Štrbské PlesoVysoké Tatry, 18.-20.11.2009. - Košice : TU, 2009 S. 1-6. - ISBN 978-80-553-0220-1 [6] Sinay, J.: Einige Überlegungen zur Selbstverständlichekeit und Notwendigkeit des sicheren Maschienebetriebs in gemeinsamen Europa [7] Sinay, J.: Seminár k 25. výročiu partnerstva BU Wuppertal a TUKE v dialógu s prof: Vorathom, April 2007, Bergische Universität Wuppertal+ TU Košice [8] Sinay,J., Oravec,M., Pačaiová, H.: Nové požiadavky Európskej smernice na bezpečnosť strojov a jej dopady - New requirements of European directive on equipments safety and its consequences In: Defektoskopie 2007. - Brno : VUT, 2007 P. 211-216. - ISBN 9788021435049 [9] Sinay,J., Pačaiová,H.: Risikoorientierte Instandhaltung In: Technische Überwachung. Roč. 44, č. 9 (2003), s. 41-43. - ISSN 1434-9728 [10] Sinay,J., Laboš,J.: Manažment rizika počas technického života produktu – potreba alebo samozrejmosť Bezpečná práca 1/2003, str.15 až 17, ISSN 0322-6347, 50% [11] Sinay, J.: Einige Überlegungen zur Risikoanalyse während des Kranbetriebes In: Der Kran und sein Umfeld in Industrie und Logistik : 19. Internationale Kranfachtagung Magdeburg : 31. März 20011, Magdeburg. - Magdeburg : ILM, 2011 P. 119-125. - ISBN 13:978-3-930385-74-4 [12] Sinay, J., Nagyova, A.: Causal relation of negative event occurrence – injury and/or failure In: Advances Factors, Ergonomics, and Safety in Manufacturing and Service Industries., AHFE Conference 2010. p 818 - 827, CRC Press Florida 2010, ISBN 978-1-4398 -3499 -2 [13] Sinay, J.: Security research and safety aspects in Slovakia In: European perspectives on security research. - Berlin Heidelberg: Springer, 2011 p. 81-89. ISBN 978-3-642-18218-1 - ISSN 1861-9924

60

Popularizační workshop – Technologie, znovu objevená perspektiva [14] Sinay, J., Vargová,S.: Technická diagnostika a riziká, ich vzájomná súvislosť v podmienkach Sefety a Security. 30. ročník vedeckej medzinárodnej konferencie DIAGO 2011, ATD Českej republiky a Technická univerzita VŠB Ostrava, 1.a2. február 2011, Rožňov pod Radhošťom/ČR CD – ISSN 1210-311X [15] Sinay, J.: Safety and Security in SR – Bezpečnosť pri práci a ochrana občana – synergie a presadenie do praxe. XXIII. medzinárodná konferencia „Aktuálne otázky bezpečnosti práce „ a Intenational Symposium „Prevetion in the EU 27- Focus SMEs“, ISSA, International Social Security Association, Národný inšpektorát práce a technická univerzita v Košiciach. 29.IX. až 1.X.2010, Košice 2010, ISBN: 978-80-553-0481-6, str. 89 až 94 [16] Sinay, J.: Anforderungen an eine moderne Arbeitsgesellschaft Arbeitsschutztag Sachsen-Anhalt 2010, Landesarbeitskreis für Arbeistsicherheit und Gesundheitsschutz in Sachsen Anhalt. Otto von Guericke Universität Magdeburg/SRN, 2010

61


5 Elektronika – akcelerátor technického a technologického pokroku doc. Ing. Jozef Tkáč, CSc.

5.1 Úvod V současnosti jsme svědky prudkého rozmachu v oblasti výzkumu a vývoje, kterých produkty jsou nové technologie a aplikace významně ovlivňující všechny oblasti lidské činnosti. Elektronika proniká do našeho života stále ve větší a vetší míře. Na každém kroku se potkáváme s prostředky elektronické komunikace. Ve výrobním procesů se uplatňuji nové typy senzorů využívající různé fyzikální principy. Nové typy senzorů ve spojení s počítači dokážou nahradit lidské smysly, které nejsou až tak dokonalé. Výhody toho spojení můžeme vidět např. při řízení motorových vozidel. Paradoxně můžeme pozorovat snížený zájem, hlavně mladých lidí, o vědu a techniku a také práci v oblasti výzkumu a vývoje. Uvedený nezájem možná vyplývá i také ze všeobecně známého poznání a zkušeností z ohodnocení vědeckých povolaní. Jelikož základem každé prosperující společnosti je podpora výzkumu a vývoje, je nevyhnutné přijat opatřeni pro popularizací výzkumu a vývoje a rovněž zvýšit zájem u mladých lidí o technické obory. Je vhodné prezentovat a představit povoláni výzkumníka jako atraktivní, s velkými možnostmi mezinárodní spolupráce generující nové poznaní čímž získáváme na trhu produkty s vysokou přidanou hodnotou. V dnešní době jsme obklopení elektronikou na každém kroku. Už malé děti mají mobilní telefony a obsluhují různá elektronická zařízeni, televizorem počínaje. Pro vzbuzení většího zájmu u mladé populace o studium technických oboru je nutné zatraktivnit technické obory a zvýšit informovanost o nich v místech, kde je možné usměrnit jejich vývoj a to hlavně na základních a středních školách. Jedním z možných způsobu zefektivnění této činnosti a následné popularizaci vědy a povoláni výzkumníka je např. organizovaní letních škol (LŠ). Organizátorem a gestorem těchto aktivit v kraji by mněla být příslušná vysoká škola, nebo univerzita. Organizováním LŠ se zaměřením na mechatroniku jsme se věnovali na Fakultě mechatroniky Trenčianské univerzity Alexandra Dubčeka v Trenčíně (TnUAD) po několik let. Na těchto letních školách mechatroniky přednášeli odborníci z vybrané oblasti výzkumu, populární formou na téma vědeckého oboru mechatronika s důrazem na vědecko - výzkumné aktivity Fakulty mechatroniky. Přednášky byli doplněné o praktické cvičení, spojené s prohlídkou odborných laboratoři. Uvedené činnosti měly za cíl vzbudit zájem studentů regionálních středních škol o studium na technické fakultě.

62


5.2 Elektronika – akcelerátor technického technologického pokroku 5.2.1 Elektronika ve světě techniky a technológie Co je elektronika Elektronika je sub-disciplínou oboru elektrotechniky. Elektronika je vědecký obor, který se věnuje studiu fyzikální podstaty jevů v souvislosti s elektrickou vodivosti v pevné fázi (polovodiče), v plynech (výbojky) a ve vakuu (elektronky). Elektronika, jako vědecký obor se věnuje výzkumů zákonitostí působení elektronu a dalších nabitých častíc na elektromagnetické pole a metody konstrukce elektronických přístrojů, ve kterých se toto působení používá na přeměnu elektromagnetické energie na účely přenosu, zpracovaní a uchovaní informací, automatizace výrobních procesů, konstrukce energetických zařízení a pod. Z hlediska zaměření výzkumu se elektronika dělí na tři základní časti: o vakuová elektronika, o elektronika pevných látek, o kvantová elektronika. Výsledky elektroniky v praxi rozdělujeme do dvou oblastí. První z nich je spojená s konstrukcí elektronických přístrojů s různým využitím a je spojená s jejich převážně hromadnou výrobou. Druhá oblast je zaměřená na konstrukci přístrojů a systémů pro řešení nejsložitějších úkolu jako: o výpočetní techniky, o informatiky, o spojovací techniky, o a dalších vědeckých a praktických úkolů. Elektronika jako technický obor se věnuje studiu a využívání přístrojů fungujících na principu řízení toku elektronů nebo jiných elektricky nabitých částic. Toho se dosahuje pomocí různých elektronických součástek. Přeneseně se tímto označují spotřební elektronické přístroje, jako např. televize, videa, přehrávače atd. Elektronika využívá poznatky vědeckého oboru k navrhování, výrobě a využití elektronických zařízení, které se zabývají využitím elektrických součástek, které mohou vytvářet zařízení s pokročilými funkcemi. Elektronika zajímá široký prostor odvětví, která mezi sebou různě participují a vzájemně se doplňují v rámci praktických realizací. Mezi odvětví elektroniky patří:  mikroelektronika - zajímá se fyzikálními a technologickými otázkami miniaturizace elektronických obvodů,  optoelektronika - zajímá se interakci světla s elektronickými prvky,  výkonová elektronika - se zajímá silovými polovodičovými součástkami, které jsou schopné spínat velké proudy při vysokých napětích, 63

Popularizační workshop – Technologie, znovu onjevená perspektiva  • • • • •

vysokofrekvenční a mikrovlnná elektronika - zajímá se obvody a systémy určenými pro oblast vysokých frekvencí a pro mikrovlnné pásmo, telekomunikační technika neboli sdělovací technika se zabývá předáváním informací na dálku, senzorika - se zajímá přeměnou fyzikálních veličin na signál, který můžeme číst, měřit a zpracovat v přístrojích a zařízeních, lékařská elektronika - zajímá se technikou pro diagnostiku, zobrazení i léčení orgánu lidského těla, elektrotechnologie - zajímá se vlastnostmi materiálu a jejich zpracováním a používaných ve výrobě elektrotechnických součástek, informační technologie - nebo taky informační technika (výpočtová, telekomunikační, přenosová a organizační) se zajímá širokou oblastí týkajících se všech hledisek řízení a zpracováni informací.

Na následujících obrázcích můžeme vidět jednotlivé aplikační příklady a praktické využití výsledku jednotlivých odvětví elektroniky v praxi.

Obr. 5.1. Praktická ukázka mikroelektronického obvodu

Obr. 5.2. Využití optoelektroniky pro pozorování objektu v různých podmínkách 64


Obr. 5.3. Výkonová elektronika řídí funkci elektromobilu ve Ferrari F150 La Ferrari [2]

Obr. 5.4. Monitorování telekomunikačních a datových sítí a přenos informací

Obr. 5.5. Využití senzoru na automobilu pro měření parametru jeho pohybu 65


Obr. 5.6. Speciální lékařské zařízení

Obr. 5.7. Průmyslové použití mikrovlnných senzoru pro měření výšky slojů

5.2.2 Elektronika akcelerátor technického pokroku Vývoj technických oborů a zejména elektroniky už od konce devatenáctého století po dnešek nám umožnil být v okamžitém kontaktu se zbytkem světa. Způsob života lidí se za poslední století prudce změnil z venkovského na městský. Ze vzdělání pro elitu se stalo masové vzdělávání pro všechny. Následný tok informací, nových nápadu, lidí a materiálu přinesl výrazné sociálně změny. Nespočetné objevy přispěly k vývoji mnohých komunikačních prostředků, které potřebujeme k zachycení, úschovu a přenos informací. Bezdrátová komunikace a optická vlákna slouží naší moderní internetové společnosti. Křemíková chemie a vysokovýkonné polymery umožnily vznik dnešních počítačových mikroprocesorů. Pomoci fotografií snímaných i prostřednictvím mobilu zachytáváme naše vzpomínky skoro na každém kroku. To všechno jsou výsledky technologického pokroku 66

Popularizační workshop – Technologie, znovu objevená perspektiva v elektronice. Dosažené vědecké objevy přispívají k udržení kontaktu mezi vzdálenými členy rodiny, přáteli i obchodními partnery. Dnes už elektronika pronikla do takových oblastí, které byly ještě donedávna doménou pouze zkušených odborníků. Výrazná kvalitativní změna nastala v období 80. - 90. let minulého století. Ve velké míře se začaly uplatňovat mikroprocesory a různé typy elektronických senzorů. Pomoci senzorů na bázi rozličných fyzikálních principů umíme ve spojení s počítačem nahradit lidské smysly. Když se např. podíváme na monopost formule F1 můžeme zde nalézt kolem 120 různých druhů senzorů, které pomocí výpočetní techniky poskytují jezdci a závodnímu týmu velice důležité informace. Monitorování teploty pláště pneumatiky pomoci infračerveného senzoru na monopostu F1 znázorňuje následující obrázek.

Obr.5.8. Infračervený senzor pro měření teploty běhounu pneumatiky vozů F1 Elektroniku, např. ve formě odstranitelného tetování z hedvábných vláken a zlatých drátků tenčích než pavučina, lze připevnit i k zubní sklovině člověka. Zde funguje jako velmi citlivý bezdrátový senzor, který hlídá přítomnost bakterií na zubech a posílá data do nedalekého přijímače. Monitor nedalekého přijímače umožňuje zobrazení dat v senzoru, který reaguje na dech experimentátora. Celý tento proces je zachycen na obr. 5.9.

Obr. 5.9. Senzor pro detekci baktérií [3] Nové technologie se prosazují prakticky ve všech oborech. Přestože se informace o technologických novinkách objevují prakticky denně, ne všechny mají pro technologický pokrok stejný význam. Podle pracovníků Institutu elektroinženýrů a inženýrů elektroniky (IEEE), jedné z největších světových odborných asociací pro technologický pokrok, patří chytré telefony, sociální sítě, internetové telefonování VoIP, osvětlení LED, cloud computing, vícežilové procesory, digitální fotografie, dálkově řízené letadlo, audio třídy D, planetární 67

Popularizační workshop – Technologie, znovu onjevená perspektiva vozítka a technologie přenosových soustav FACTS mezi jedenáct nejdůležitějších, které se objevily za posledních deset let [4]. Z uvedeného je zřejmé, že elektronika umožňuje lidstvu dělat pokroky ve všech oblastech života, počínaje zábavou a konče poznáváním vesmíru. Elektronické prvky Elektronické prvky jsou základní konstrukční součásti, z nichž se pomocí vodivých propojení vytvoří elektrický obvod s požadovanou funkcí. Můžou být ve formě samostatné součástky, nebo jako součást integrovaného obvodu. Tradičně se většina elektronických součástek vyráběla s drátovými nebo tenkými plechovými vývody kvůli montáži do děr vyvrtaných v desce plošných spojů (DPS). V posledním období se s nástupem automatizace v osazování DPS součástkami a s postupující miniaturizací pořad více prosazuje tzv. povrchová montáž, čemu se přizpůsobuje i tvar vývodů součástek. Takovéto součástky se označuji anglickou zkratkou SMD (Surface Mount Devices).

Obr. 5.10. Elektronické součástky a jejich montáž Elektronické prvky můžeme rozdělit:  na pasívní prvky,  na elektromechanické prvky,  na aktivní prvky o vakuové, o diskrétní (dioda, tranzistor, triak, tyristor, diak), o optoelektronické, o integrované obvody (IO),  analogové (operační zesilovač)  digitální (mikroprocesor, paměti, diskrétní logické obvody, zákaznické IO- ASIC),  smíšené IO (analogický číselný převodník, SOC – system-on-chip),  senzory a aktuátory o senzory - mechanické, magnetické, chemické, biochemické, mikrovlnné, akustické, o elektromotory a solenoidy, o mikromechanické senzory a aktuátory, o optické. 68

Popularizační workshop – Technologie, znovu objevená perspektiva Konstrukce elektrických zařízení je podřízená kromě funkčních požadavků i různým předpisů, ze kterých nejvýznamnějšími jsou bezpečnostní předpisy pro práci s elektrickým zařízením a požadavky na elektromagnetickou kompatibilitu (tj. zařízení nesmí vysílat rušivé elektromagnetické pole a ovlivňovat průběh napětí v síti nad dohodnutou povolenou míru a zároveň musí byt odolné vůči takovému rušení od jiných elektrických zařízení). Splnění těchto norem je kontrolované příslušnými technickými zkušebními ústavy a vydání certifikátu je podmínkou uvedení zařízení na trh. Technická a technologická úroveň výroby elektronických prvků má významný vliv na pokrok ve vývoji a realizaci elektronických zařízení a tedy na úroveň samotné elektroniky. V posledním období jsme svědky významného pokroku v oblasti zvládnutí technologie výroby procesoru na nanometrové technologii. Procesory jsou nenahraditelné. Najdeme je v počítačích, televizích, automobilech i v kosmických lodích. Jsou výpočetním základem lidské civilizace. Složité matematické úlohy se řeší ve zlomcích vteřin. Na jejich vývoj korporace vynakládají stovky miliard korun. Základem úspěchu na trhu je úroveň zvládnutí potřebné technologie. Většího výkonu čipu a výtěžnosti výroby výrobci dosahují především zmenšováním součástek. Výrobci hledají stale nové materiály a pokrokové technologie, které jim umožní další miniaturizaci elektronických zařízení. Dokumentování tohoto trendu do určité míry přibližuje následující obrázek.

Obr. 5.11. Wafer s osmijádrovými procesory od IBM, které pracují až na frekvenci 5,2 GHz [5] Obecně se počítače a integrované obvody dnes používají v každém oboru, např. v automobilovém průmyslu při vývoji, řízení výroby i v samotných automobilech (elektronické podpůrné systémy, navigace, rádia), ve vědě při složitých simulacích a analýze výsledků pokusů, v průmyslu, v pivovarech k řízení výroby a v obchodech třeba jako pokladní systémy. Procesor a další integrované obvody má ve svém počítači každý z nás (obr. 5.12). Jen málokdo však ví, jak složitá je výroba miniaturních obvodů s až miliardami tranzistorů, která často zabere i několik měsíců. 69


Obr. 5.12. Plošný spoj jednoduchého mobilního telefonu obsahuje desítky integrovaných obvodů [6] Napájecí zdroje Všechny elektronické zařízení potřebují pro svou činnost elektrickou energii. Tato energie je dodávaná z napájecích zdrojů napětí a proudu. Převážná většina elektronických zařízení potřebuje pro svou činnost zdroj jednosměrného napětí a proudu. Přenosné elektronické zařízení se napájí z baterií a to buď z tzv. suchých článků (nazvaných jako primární zdroje energie) nebo z akumulátorů (nazvaných též sekundární zdroje energie.) Zařízení, které nejsou určené k přenášení, využívají pro zabezpečení energie ke své činnosti energetickou rozvodnou síť střídavého napětí a proudu (u nás 220 V/50 Hz). Je přirozené, že na to, aby bylo možné napájet elektronické zařízení z energetické rozvodné sítě je potřebné střídavé napětí této sítě upravit nejenom co do velikosti, ale také ho přeměnit na jednosměrné napětí. Pro tento účel nám slouží síťové napájecí zdroje. Do skupiny napájecích zdrojů patří:    

primární galvanické články a jejich baterie, akumulátory a jejich baterie, lineární zdroje, spínané zdroje.

Jestliže se za posledních deset let zvýšila kapacita pevného disku téměř 4 000krát, hustota energie v bateriích se zvýšila jen přibližně 3krát. Podíváme-li se i na současný stav a výkonnost přenosných počítačů, MP3 přehrávačů, mobilních telefonů, PDA počítačů apod. zjistíme, že jejich parametry ve smyslu operačního výkonu, velikosti paměťových médií, rozměrů a hmotnosti se každým rokem lepší a zdokonalují. Na druhé straně parametr definovaný dobou jejich provozu na baterie či akumulátory zůstává v podstatě téměř neměnný, nebo se zvyšuje relativně nepatrně. Je to způsobeno tím, že napájecí zdroj tvořený zpravidla bateriemi či akumulátory je limitován stavem současné technologie. Bavíme-li se o elektronických bezobslužných systémech, jako jsou různé monitorovací stanice, parkovací automaty a podobně, kapacita a životnost baterie se počítá zpravidla 70

Popularizační workshop – Technologie, znovu objevená perspektiva na dobu nepřesahující jeden rok a pro další funkčnost je potřeba provést výměnu těchto baterií. Proto se v posledním období rozvíjí práce na vývoji zařízení, které jsou schopny vytěžit elektrickou energii ze svého okolí a tím se stát z hlediska dodávky elektrické energie zcela soběstačnými a nezávislými. Dnes je velká pozornost věnovaná vývoji technologie výroby elektrické energie s cílem zvýšit kapacitu článku a zmenšit jejich hmotnost a velikost. Což je hlavním předpokladem dalšího rozvoje elektromobilu a jeho širšího praktického využití. Tento trend je v i souladu s požadavky EU a to využívat v roce 2030 v centrech měst pouze polovinu automobilů na konvenční pohon, tj. benzín nebo naftu.

Trendy ve vývoji baterií Navzdory tomu, že Li-Ion baterie jsou dnes v oblibě, jsou však těžké a na dispoziční výkon i moc drahé. Pokud se pustíme do porovnávání, hustota energie staré olověné baterie se pohybuje na úrovni 90 Wh/l, při niklově-kadmiové baterie stoupne na 150 Wh/l, potom následuje Li-Ion baterie s hustotou energie zhruba 200 ÷ 250 Wh/l. To však představuje v porovnání s hustotou benzínu (9000 Wh/l) jenom 3 %. Tu je i podstatný rozdíl mezi automobilem s elektromotorem a spalovacím motorem. Přehled technologií nabíjecích baterií je ukázaný na obr. 5.13 [7].

Obr. 5.13. Vztah objemu, hmotnosti a hustoty energie Jedním z trendu ve vývoji baterií jsou např. grafénové baterie, které jsou tvořené tenkými grafénovými plátky s tloušťkou jednoho atomu uhlíků. Tyto jsou připevněné na více vrstvách křemíků, ve kterých jsou otvory velikosti 10 až 20 nm, umožňujíce tok iónu. Grafén je forma uhlíků, strukturou podobná grafitu (obr. 5.14), objevený v roku 2004 [7], [8]. Mělo by jít aktuálně o nejpevnější známý materiál na světě. Tento vývoj je výrazně podporován univerzitním výzkumem a podle některých prohlášení by tato technologie měla být komerčně dostupná za 3 až 5 roků. Grafénové baterie by měli poskytovat 10násobně vyšší kapacitu jako dnešní Li-Ion baterie, přičemž by je bylo možné nabít až 10krát rychleji. 71

Popularizační workshop – Technologie, znovu onjevená perspektiva Další trendy ve vývoji baterií je možné najít např. v [8] a [9]. Za zmínku stoji i skutečnost, že i čeští vědci pracují na revoluční technologii 3D baterii [10].

Obr. 5.14. Aktuálně jeden z nejpevnějších materiálů na světě využívaný ve speciálních grafénových bateriích

Nové trendy a technologie Jedním z trendů současné doby je výroba a uskladnění elektrické energie z obnovitelných zdrojů. Existuje řada řešení, jak výroby energie pomocí solárních, větrných elektráren, bioplynových stanic apod., tak její uskladnění. Baterie, přečerpávací vodní elektrárny, obrovské setrvačníky nebo supravodivé megacívky a jiné exotické řešení jsou schopné skladovat elektrickou energii a v čase špičky ji zas uvolňovat do sítě. Zatím je však problémem získat cenově přijatelný systém s velkou akumulační kapacitou, který by byl zároveň schopný energii s velkým výkonem v krátkém časovém intervalu uvolňovat. Uskladnění elektrické energie umožňuje výrobcům elektrické energie posílat přebytek vyrobené elektrické energie přes síť elektrických vedení k dočasnému uložení do energetických úložišť. Tato úložiště se stanou v čase větší poptávky po elektrické energií zdrojem energie. Jedním z trendů vývoje nových technologií a zaměření výzkumu je i zájem např. globální potravinářské společnosti Nestlé změnit stravovací návyky lidí. Za tímto účelem spustila projekt Iron Man. Cílem uvedeného projektu je vyvinout skenovací zařízeni, které bude monitorovat úroveň živin v lidském organismu a navrhne potřebné výživové doplňky. Produkty vytvořené v rámci programu Iron Man mají být účinnější při léčbě nedostatku různých vitamínů a živin, dnes lehce dostupných v multivitamínových doplňcích. Vědci zkoumají souvislosti mezi nedostatkem vitamínu a minerálních látek a vznikem rozličných onemocnění [11].

72


5.3 Elektronika a mechatronika Praxe ukázala, že navrhovaní, výroba a provoz zařízení, kterých komponenty mají různou fyzikální podstatu, nejsou efektivní, když se zabezpečují parciálně v rámci tradičních oborů strojírenství, elektrotechniky, automatizace a informatiky, ale vyžadují nové interdisciplinární systémové a metodologické přístupy. Výzva praxe na změnu tradičních a hledání nových přístupů, tvorba nové metodologie návrhů, vývoje a výroby nového typu výrobků dala podnět ke vzniku a formovaní nového interdisciplinárního technického oboru s názvem mechatronika [14]. Podmínky a předpoklady pro vznik a formovaní mechatroniky byly vytvořené vývojem nových senzorických, pohonných a řídicích systémů na bázi mikroelektroniky, výkonové elektroniky, číslicových informačních a komunikačních technologií. Mechatronika je umělé slovo odvozené od slov mechanika a elektronika [15]. Vznik mechatroniky vyvolal i potřebu přípravy odborníků adekvátního, poměrně širokého profilu. Profil mechatronika obsahuje znalosti a zručnosti z vybraných oblastí strojírenství, hlavně mechaniky, konstrukce mechanismů a pohybových systémů. Z elektrotechniky a elektroniky je to znalost funkce a schopnost praktické aplikace měřicích a akčních členů. Pro zabezpečení integrity a nových funkčních vlastností mechatronických systémů jsou potřebné znalosti z teorie systémů, modelovaní a simulace, teorie a techniky řízení, informačních a komunikačních technologií. Dnešní praxe potřebuje odborníky schopné komplexně navrhovat a projektovat mechatronické systémy [15].

5.3.1 Mechatronika a mechatronický systém Mechatronika se zajímá analýzou a syntézou počítačem řízených technických zařízení, strojů a přístrojů, které jsou složené z komponentu s různou fyzikální podstatou, složených z mechanických časti, elektromechanických měničů energie, elektroniky, číslicových informačních a řídících prostředků. Jsou to systémy, které se vyznačují složitými mechanickými pohyby, transformací různých forem energie a s unikátními funkčními vlastnostmi. Mechatronika je interdisciplinární technický obor, který je synergickou kombinací strojírenství, elektroniky, informatiky a technické kybernetiky. Na základě uvedené kombinace můžeme prostor mechatroniky znázornit následujícím obrázkem [16]:

73


Obr. 5.15. Co je mechatronika

Mechatronické systémy se odlišuji od tradičních i automatizovaných strojů, přístrojů a zařízení hlavně novými funkčními vlastnostmi, a to do takové míry, že je možno hovořit o kvalitativně novém typu technického produktu. Mechatronika tedy má svůj specifický předmět. Její předmět není redukovaný jenom na tvorbu komponentů, ze kterých se mechatronický systém skládá, ale na tvorbu systémů s novými funkčními vlastnostmi. Mechatronické systémy se skládají z elementů a subsystémů různé fyzikální podstaty, z mechanických častí, elektromechanických měničů energie, elektroniky, číslicových informačních a řídicích prostředků. Mechatronika a mechatronické přístupy pronikají do různých oblastí strojírenství a elektrotechniky. Charakter mechatronických systémů v pojímání sofistikovaných, inteligentních a automatizovaných technických produktů s novými funkčními vlastnostmi mají, resp. nabývají moderní CNC stroje, roboty, technologické automaty a linky, mobilní stroje, dopravní a manipulační prostředky, zdravotnická technika, speciální technika i mnohé spotřební výrobky. Klíčem k dosažení synergického efektu, který by se měl projevit v optimální architektuře mechatronického systému, kompatibilitě subsystémů jejich energetických interakcí, nových funkčních vlastnostech a nízkých investičních a provozních nákladech, je mechatronický návrh. Na velice zajímavém příkladě vývoje automobilových brzd, který je znázorněný na obr. 16 si můžeme demonstrovat transformaci tradičního strojírenského výrobku pracujícího na mechanickém a na mechatronickém principů (elektromechanický s elektronickým řízením) [15].

74


Obr.5.16. Od mechanické brzdy k mechatronické Mechatronické systémy tvoří osobitou třídu objektů, která je kvalitativně vymezená uměle vytvářenými systémy s účelovou a inteligentní správou, přičemž se takto správně dosahuje řízením ze všeobecněného pohybu častí objektu a řízením vzájemné energetické interakce nosičů energie různého druhu. Základní části mechatronického systému jsou: o mechanické části, mechanismy, o akční členy, o senzorické systémy, o systém zpracování informace, řízení a komunikace. Mechanické části a akční členy tvoří energetickou část mechatronického systému. Senzorické podsystémy a podsystémy zpracování informace, řízení a komunikace tvoří informačně řídící systém.

Mechatronické asistenční systémy v automobilech Automobilový průmysl i samotné motorové vozidla jsou jednou z oblasti technické praxe, do které silně pronikla mechatronika a mechatronické přístupy. V současnosti významné pokroky zaznamenáváme ve zvyšování bezpečnosti v dopravě. V souladu s těmito trendy postupuje vývoj nových tříd senzorů pro mikrovlnné a milimetrové pásmo. Všechny aplikace zaměřené na zvyšování bezpečnosti v dopravě je možné realizovat pomoci sítě radarových senzorů (obr. 5.17) krátkého dosahu, vyznačujících se vysokou rozlišovací schopnosti v dálce 75

Popularizační workshop – Technologie, znovu onjevená perspektiva a širokou oblasti detekce v azimutální rovině. Počet potřebných senzorů pro pokrytí široké oblasti vozidla může dosáhnout až 14-16 [12]: 

6 senzorů v oblasti předního nárazníku a přední masky,



6 senzorů v oblasti zadního nárazníku,



2 senzory po obou stranách vozidla.

Obr. 5.17. Vytvoření sítě vícefunkčních radarových senzorů na vozidle S využitím různých senzorů a řídicích systémů se pracuje na realizaci automobilu, které se budou pohybovat po komunikacích autonomně s pomocí autopilota (obr.5.18 a obr. 5.19). Předpokládáme, že plně samostatné vozidla by se měli objevit v průběhu 5-6 let, protože musí kromě technologických překážek překonat i legislativní. Je pravděpodobné, že autopilot se ve vozidlech začne využívat nejdřív pří parkovaní.

Obr. 5.18. Vývojový prototyp autonomního auta budoucnosti s osazenýma různými senzory

76


Obr. 5.19. Automobily Tesla budou už v roku 2015 na 90 % autonomní [13] Řízení motorového vozidla vyžaduje od řidiče vysokou koncentrovanost. Řidič musí být schopný reagovat na složité situace ve zlomkách sekund. Z hlediska bezpečnosti musí dodržovat dostatečnou a bezpečnou vzdálenost od vozidla jedoucího před ním. Řídicí systémy motorového vozidla se obvykle třídí do skupin i podle účelu. Jde hlavně o systémy, které zvyšují bezpečnost, hospodárnost a komfort. Řídicí systémy, které zlepšuji jízdné vlastnosti vozidla, a zvyšují bezpečnost jízdy, jsou asistenční systémy. Asistenční systémy využívají informace o prostředí, ve kterém se vozidlo pohybuje. Informace o prostředí získávají buď přímo pomocí speciálních senzorů, nebo nepřímo s pomocí chování vozidla a jeho součástí. Asistenční systémy rozdělujeme do dvou skupin:  asistenční systémy podporující vozidlo,  asistenční systémy podporující řidiče. Do první skupiny patří například antiblokovací systémy (ABS), systémy bránicí prokluzovaní kol (ASR). Dalšími jsou např.:   

brzdový asistenční systém, systém nouzového brzdění, elektronický systém stabilizace vozidla (ESP).

Asistenční systémy k podpoře řidiče poskytují informace, které sám řidič přímo nezachytí. S pomocí servosystémů ulehčují a optimalizují akční zásahy řidiče, automaticky nebo s poskytováním informací řidiči, čímž vyrovnávají nedostatečnosti řidiče při řízení vozidla apod.

Adaptivní tempomat Tento systém je určený k přizpůsobení rychlosti vozidla podmínkám dopravy, počasí a k dodržení bezpečné vzdálenosti. Adaptivní tempomat je označovaný jako ACC (Adaptíve Cruise Control). Součástí ACC jsou systémy pro mikrovlnné měření vzdálenosti (radarové senzory) a pro regulaci rychlosti tempomat. Struktura ACC je ukázaná na obr. 5.20. 77


Obr. 5.20. Systém pro udržovani bezpečného odstupu vozidla - ACC

Průběh rychlostí pohybu vozidla vybaveného adaptivním tempomatem s radarovým senzorem pracujícím na frekvencí 77 GHz od firmy Bosch je znázorněný obr. 5.21. Když vozidlo doběhne pomalejší vozidlo, řídící jednotka vydá pokyn pro zpomalení a přizpůsobí rychlost vozidla vpředu jedoucímu autu. Jakmile vpředu vozidlo zrychlí, nebo se ztratí z dosahu, řídicí jednotka upraví původní režim jízdy. Řidič může volit rychlost, časový odstup od vozidla před ním [12].

Obr. 5.21. Průběh rychlosti vozidla vybaveného adaptivním tempomatem od fi Bosch

78

Popularizační workshop – Technologie, znovu objevená perspektiva V praxi ACC využívá informace i ze snímačů ESP a tak tempomat může správně pracovat i zatačkách a řídící jednotka si nesplete vpředu jedoucí auto s jinými objekty. V budoucnu se počítá s využíváním videoobrazů a údajů navigačního systému

5.3.2 Mikroelektronika a mikromechatronika

Pokroky dosažené u polovodičových technologiích se přímo promítají do parametru integrovaných obvodů a tím i do výkonu a rozměrů mikroprocesorů a paměťových čipů. Ovlivňují architekturu počítačů a umožňují realizovat specializované integrované obvody ASIC a SOC. Rozvoj optoelektroniky otevírá další prostor rozvoji mikroprocesorů směrem do optických mikročipů a na jejich bázi stavbu optických počítačů. Molekulární nanotechnologie umožní vytvářet molekulární ekvivalenty současných tranzistorů a realizovat počítačové struktury. Predikce dalšího rozvoje elektroniky, informatiky a výpočetní techniky musí vycházet ze skutečnosti, že věda se stala výrobní silou a je rozhodujícím faktorem výroby. Věda a technika se stávají novými atributy rozvoje integrováním nových vědeckých poznatku, jejich získáváním a využíváním v praxi. Přímým důsledkem vědeckého a technického rozvoje je vznik informační společnosti a její dosah můžeme pozorovat ve všech oblastech lidské činnosti. Když hoříme o informační společnosti, hoříme o společnosti, která je založená na počítačích, které spočívají na výsledcích mikroelektronických a optoelektronických technologií [19].

Mikroelektronické technologie Architektury mikroprocesorů vstoupili do etapy mnohorozměrných změn jejich operačního prostředí. Základní polovodičové technologie se zdokonalují a s tím vyvstává otázka o relevantní platnosti Moorova zákona [19]. Nárůst výkonnostních parametrů počítačů je zřejmý z následující tabulky [19]: Charakteristika Mikroelektronická technologie [nm] Počet logických tranzistorů [mil.] Hodinová frekvence čipu [MHz] Plocha čipu [mm2] Počet propojovacích úrovní

1997 250

1999 180

2001 150

Rok. 2003 130

2006 100

2009 70

2012 50

11 750 300 6

21 1200 340 6-7

40 1400 385 7

76 1600 430 7

200 2000 520 7-8

520 2500 620 8-9

1400 3000 750 9

Analýzou možnosti polovodičové mikroelektroniky se dostáváme k závěrům, že bez podstatné změny v technologiích, další pokrok v miniaturizací integrovaných obvodů už není možný. Při posouzení současného trendu miniaturizace se očekává, že kolem roku 2015 79

Popularizační workshop – Technologie, znovu onjevená perspektiva bychom museli pracovat na molekulární úrovni. Nejpravděpodobnější bází na dosažení takovéto přesnosti je molekulární nanotechnologie. Nanotechnologie se v podstatě vztahuje na činnosti zajímající se o objekty nanometrových rozměrů. Zahrnuje disciplíny a laboratorní nástroje s obrovským potencionálem manipulovat s jednotlivými atomy a plnit funkci konstruktérů molekul [19].

Mikromechatronika Mikroelektronika neovlivnila jenom počítačovou revoluci, ale významně poznamenala technologický průnik i do jiných odvětví. Výrazně změnila způsoby navrhování a výroby všech existujících výrobků a zároveň otevřela možnosti vyvíjet úplně nové výrobky. Mikromechatronika je terminologickým rozšířením pojmu mechatronika, která pronika za hranice mikrosvěta. Předmětem zájmu mikromechatroniky jsou mechatronické systémy složené z funkčních prvků menších jak 1 milimetr. Mikromechatronika se zabývá nejen problematikou jak vyrobit drobné systémy funkčně srovnatelné, ale v některých vlastnostech ještě lepší než jejich makroskopické vzory. Následně můžeme charakterizovat mikromechatronický systém, který je složený z mikrosenzorů, mikromechanizmů, mikroaktuátorů, mikrozdrojů a mikroelektronických komponentů. Pro miniaturní součástkovou základnu mikromechatroniky se zavedl souhrnný název mikro-elektromechanické systémy (MEMS). MEMS vstoupil na scénu počátkem roku 1990, podporovaný velice dobře rozvinutou technologii mikroelektronických integrovaných obvodů, umožňujících realizovat senzor, aktuátor a řídicí elektronický obvod na společném křemíkovém čipů. Mikroobrábění se stalo základní technologii přípravy a výroby MEMS. Při výrobě MEMS se používá široká paleta materiálu. Je celkem běžné, že v jednom mikromechatronickém zařízení najdeme, kromě polovodičových materiálů, kovové slitiny, keramické materiály, sklo i polymery. Funkční principy známe a užíváme v makroskopických snímačích neelektrických veličin a jsou využitelné i pro miniaturní senzory, pokud se oprostíme od některých specifik vyplývajících z rozměrové redukce funkčních struktur. Miniaturizace otevírá další možnosti využití fyzikálních, chemických a biologických jevů, které se v makroskopickém měřítku nedají realizovat. Seznam senzorových MEM struktur se neustále rozšiřuje. Na bázi MEMS struktury jsme např. schopni vyrobit mikrozdroj, který spaluje uhlovodíkové palivo a následné proměňuje mechanickou energii na elektrickou v miniaturní turbíně (obr. 5.22). Tento experimentální prototyp spalovací komory a turbíny tepelné mikroelektrárny vyrobené technologii MEMS má výstupný výkon 3,7 W při 9000 ot/min a účinnost cca 0.2% [21].

80


Obr. 5.22. Mikroturbína jako zdroj energie Produkty na báze MEMS dokážou vykonávat hybridní mechanické a elektronické funkce. Na obr. 5.23 je mikromotor poháněný elektrostatickými silami. Ozubené kolečko uprostřed tvoří rotor a vrcholky zubů pokryté tenkou kovovou vrstvou tvoří jednu soustavu elektrod, zatím co vrcholky zubů statoru (rozděleného na segmenty) fungují jako druhá soustava elektrod. Malé ozubené kolečko vpředu přenáší kroutící moment vytvořený motorem. Průměr motorku je cca 1 mm. V současnosti jedním z komerčně velice úspěšných produktů mikromechatroniky je inerciální senzor zrychlení pro airbagy moderních automobilů (obr. 5.24). Celý systém je zapouzdřený podobně jako VLSI (Very-Large-Scale-Integration) elektronický obvod. Skládá se ze dvou vyvážených akcelerometrů pro zachycení obou složek vektoru zrychlení a odpovídající elektroniky. Zapouzdřený senzor je pevně spojený s karosérií automobilu. Deska s integrovanými mikroakcelerometry a elektronickými obvody pro zpracování signálu má rozměry 2 mm × 3 mm [21].

Obr. 5.23. Mikromotor

Obr. 5.24. Zapouzdřený inerciální senzor zrychlení pro automobilové aplikace

81

Popularizační workshop – Technologie, znovu onjevená perspektiva Velice zajímavou aplikací mikromechatronického systému je miniaturní robot, mikromechatronická vodoměrka (obr. 5.25), jejímž posláním je sloužit jako pomůcka při studiu a modelovaní kinetiky drobných vodných živočichů [21].

Obr. 5.25 Mikromechatronická vodoměrka

Vysokofrekvenční MEMS Obrovského potenciálu technologie MEMS se chopila vysokofrekvenční technika a tak se na scénu dostává široká paleta progresívních vysokofrekvenčních součástek, subsystémů i komplexních systémů označovaných jako RF MEMS. Tyto systémy jsou schopny pracovat v nejvyšších frekvenčních pásmech elektromagnetického vlnění, v pásmech mikrovlnných a milimetrových (obr. 5.26.)

Obr. 5.26. Rozdělení a označení frekvenčních (vlnových) pásem

V posledních dvou desetiletí našli mikrovlny a milimetrové vlny široké uplatnění v civilních a komerčních zařízeních. Doposud to byla oblast využívaná výhradně pro vojenské účely. Oblast vysokých frekvenci a mikrovln je využívaná především v těchto aplikacích:  mobilní telefony,  satelitní komunikace a televizní technika,  mikrovlnné senzory a bezdrátové senzorové sítě,  satelitní navigace (GPS, GLONASS), 82

Popularizační workshop – Technologie, znovu objevená perspektiva     

antikolízní radarové systémy pro automobily, systémy pro ochranu objektů, radarové systémy, navigační systémy pro leteckou a námořní dopravu, bezdrátové počítačové sítě a jiné.

5.4 Podpora vzdělávaní technických odborů Dnes jsme svědky prudkého pokroku v oblasti výzkumu a vývoje, jehož výsledkem jsou nové technologie a aplikace, které významně ovlivňují skoro všechny oblasti lidské činnosti. Zvlášť oblast elektroniky, mechatroniky a mikromechatroniky se v současnosti velmi dynamicky rozvíjí. S tímto trendem narůstají požadavky a potřeby na vzdělávání a výchovu odborníků na školách, vzdělávání odborníků formou specializovaných školení, výměny zkušeností a úzké spolupráce výzkumníků i pedagogů. Základem každé prosperující společnosti je podpora výzkumu a vývoje, proto je potřebné přijmout nevyhnutná opatření pro popularizací výzkumu a vývoje. Bez této podpory zůstaneme jenom v pozici pozorovatele a konzumenty výdobytků vědy a nových technologií vyspělých krajin, pro které jsme byli donedávna ještě vzorem a inspirací. V kontrastu s uvedenými skutečnostmi jsme svědky poměrně nízkého zájmu mladých lidí o práci a vědu v technicky orientovaných oborech. Základním předpokladem pro realizaci změny tohoto negativního trendu je zvýšit informovanost mladé populace v místech, kde je možné usměrnit jejich vývoj, tedy na základních a středních školách. Je potřebné představit technické profese jako atraktivní, s velkými možnostmi mezinárodní spolupráce, generující nové poznaní, které se v aplikačním důsledku stávají produkty na trhu s vysokou přidanou hodnotou. Jednou z cest jak mladé lidi motivovat pro studium technicky orientovaných oboru je organizovaní dnů otevřených dveří na technicky zaměřených vysokých a středních školách, prezentace laboratoří s praktickými motivačními ukázkami. Druhou významnou aktivitou je organizovaní letních škol a vedení technicky zaměřených kroužků, jak na základních, tak na středních školách, kde žáci postupně získají návyky a vztah k technickým předmětům a následně ke studiu na technicky zaměřených vysokých školách.

5.4.1 Aktivity na základních školách Myšlenka organizovat zájmové kroužky mechatroniky se zrodila už v roce 2003 na školách v Trenčíně. Nápad organizovat kroužky mechatroniky získal i podporu tehdejšího vedení Fakulty mechatroniky (FM) Trenčianskej univerzity A. Dubčeka v Trenčíně. Tato myšlenka 83

Popularizační workshop – Technologie, znovu onjevená perspektiva nadchla některé asistenty a odborné asistenty FM, kteří vypracovali plán pilotního projektu a první kroužky začaly vyvíjet svoji činnost v září roku 2003 na dvou základních školách v Trenčíne [17]. Záměrem projektu bylo zapojit do kroužků žáky základních škol od pátého až po devátý ročník. Žáci v tomto období zvažují výběr střední školy, přičemž ještě nemají vyhraněné názory na svoji budoucí profesi. Vhodné podchycení jejich zájmů o technické disciplíny hravou a nenásilnou formou zájmového kroužku může výrazně ovlivnit jejich další směřování. První cílová skupina, na kterou byl projekt zaměřený, byli žáci vyšších ročníků ZŠ v Trenčíně a blízkém okolí [17]. Další cílová skupina byli študenti FM, kteří měli zájem o práci s dětmi nebo o realizaci svého ročníkového projektu v prostředí pedagogické praxe. Mezi hlavní cíle pilotního projektu bylo zařazeno:  porozumění oboru MECHATRONIKA ze strany žáku ZŠ, jejich rodičů a učitelů,  podchycení zájmu žáku ZŠ o odbor MECHATRONIKA,  vytvoření příležitosti a prostoru studentům FM pro takou práci,  práce s ohledem na bezpečnost žáků,  organizovaní přehlídky naučených zručností žáků všech zapojených škol,  přiblížení prostředí vysoké školy žákům základních škol,  využití volných kapacit PC laboratoří v čase VŠ prázdnin a přes víkendy,

Studenti FM informatického zaměření a s dobrými znalostmi v programování, v rámci studijního programu mechatronika, organizovali na základních školách kroužky zaměřené na základy programování a cílené na žáky vyšších ročníku. Jejich záměrem bylo ukázat žákům jak myslet algoritmicky a představit základní principy a techniky programováni [18]. Mezi hlavní cíle kroužku patřilo:  naučit žáky myslet algoritmicky,  naučit žáky formovat své myšlenky do algoritmů a dat,  naučit žáky tvořit algoritmy v jazycích se striktní syntaxi a konečnou množinou příkazů,  vytvořit středně složitou aplikací v C/C++, dbát na zábavnou formu vytváření aplikací. První mechatronické kroužky zahájily svoji činnost v říjnu 2003. Kroužky byly zaměřené na práci se stavebnicovým systémem Lego Dacta, systémem Robolab a prostředím NQC a probíhaly v počítačových laboratořích FM pod vedením studentů FM. V dalším období byly kroužky podpořené univerzitními projekty pod názvem OTVORENÁ UNIVERZITA. Po absolvovaní kroužku žáci získali osvědčeni a zároveň držitele osvědčení získali bonus ve formě vstupu do internetové učebny FM v době vysokoškolských prázdnin (obr. 5.275.30.)

84


Obr. 5.27. První mechatronické kroužky (MK)

Obr. 5.28. Učastnici kroužku na soutěží ISTROBOT 2005, STU Bratislava [17]

Obr. 5.29. Mechatronický kroužek ze ZŠ Na Dolinách na soutěží Trenčianský robotický den 85


Obr. 5.30. Členové mechatronického kroužku ze ZŠ Na Dolinách - aktivní účastníci konference "Otvorená univerzita 2007" Naše zkušenosti z pilotního projektu prokázaly zvýšený zájem a motivaci žáků k technickým vědám a vybudoval se u nich pozitivní vztah k mechatronice. Náklady spojené s uvedenými aktivitami zaměřenými na podporu a motivaci mladé generace o technickou orientaci se univerzitě z dlouhodobého hlediska vrátí a v podobě potencionálních studentů. Praxe mnohokrát ukázala, že tyto předpoklady se naplnily.

5.4.2 Aktivity na středních školách

Mezi významné aktivity, které by měly pomoc motivovat studenty na středních školách pro studium na technicky orientovaných fakultách, patří organizovaní dne otevřených dveří s ukázkami dobře vybavených laboratoří. Dny otevřených dveří mají byt určené pro širší skupinu škol, jak gymnázií, tak středních průmyslových škol, event. středních odborných škol. Další významnou aktivitou zaměřenou na motivaci žáku středních škol ke studiu na technické fakultě a na formování jejich další vědecké a výzkumné kariéry je organizování letních škol. S pomoci těchto aktivit vznikají úzké vztahy mezi fakultou a střední školou, které jsou vzájemně výhodné pro obě strany.

Organizování letní školy Letní školy mechatroniky (LŠM) byli na Fakultě mechatroniky Trenčianské univerzity A. Dubčeka v Trenčíně (TnUAD) organizované v rámci projektů Evropského sociálního fondu ESF ITMS 1123031015 a projektu Agentury pro podporu vědy a výzkumu APVV 0056-06. 86

Popularizační workshop – Technologie, znovu objevená perspektiva Důvodem výběru předmětu letní školy bylo samotné zaměření fakulty a skutečnost, že mechatronika je interdisciplinární obor, který spojuje poznatky z mechaniky, elektrotechniky a informatiky a navíc je doplňuje o poznatky, které nejsou možné získat samostatně. Záměrem výše uvedených projektů bylo zvýšit informovanost mladé populace na místech, kde je možné usměrnit jejich vývoj, tedy na středních školách. V letních školách mechatroniky jsme se soustředili na vybrané studenty středních škol Trenčianského kraje se zaměřením na elektrotechniku, mechatroniku, informatiku a strojírenství. Na letní škole mechatroniky byly přednášky vedené velmi zajímavou a populární formou významnými odborníky na aktuální témata ve vědě a výzkumu v mechatronice s důrazem na vědecko-výzkumné aktivity realizované na Fakultě mechatroniky. Přednášky byly doplněné o praktické cvičení, které bylo spojené s prohlídkou odborných laboratoří. Absolvováním LŠM získali zúčastnění studenti certifikát udělený děkanem fakulty mechatroniky. Pro naplnění cíle popularizace vědy a technický orientovaných oboru napomáhal i sborník článků, který je určený studentům středních a vysokých škol, jako i pedagogickým pracovníkům.

Obr. 5.31 Prof. Čechák diskutuje se studenty středních škol

Obr. 5.32 Přednáška Akademika Plandera

Obr. 5.33 Proslov děkana FM

Obr. 5.34 Cvičení z mikrovlnných senzorů

87


Obr. 5.35. Cvičení z halografie

Obr. 5.36. Prohlídka laboratoří

Obsahové a organizační zabezpečení LŠM Cílem obsahového zabezpečení LŠM byl výběr metod, specifikace témat, výběr přednášejících a vedoucích jednotlivých cvičení. Návrh témat byl daný vědecko-výzkumnou základnou Fakulty mechatroniky, možnostmi laboratoří. Částečně do procesu vstupovaly i výsledky dotazníku na téma výzkum a vývoj zpracovávaný v průběhu přednášek organizovaných na různých středních školách regionu. Výběr přednášejících byl podmíněný získáním minimálně akademického titulu PhD., případně dosaženými významnými výsledky ve vědeckých a výzkumných projektech, jejichž výstupy se už využívaly v praxi. Forma přednášky byla populární, poutavá, lehce čitelná, srozumitelná a logicky členěná, na které navazovaly jednotlivé praktické cvičení. V obsahu a formě přednášek byl důraz položen na osobnost vědce, čímž jsme se snažili motivovat studenty k pokračování studia na vysoké škole, případně je motivovat k povolání vědeckého pracovníka. U cvičení byl důraz položen na praktické ukázky, kde si studenti měli možnost přímo na přístrojích a vzorcích ověřit přednášenou teorií. Přednášky jsme rozčlenili do třech tematických skupin: a) senzorová a mikrovlnná technika, b) robotika a mikroprocesory, c) mikromechatronika. Z hlediska organizačního zabezpečení byla hlavní pozornost věnovaná vytipování vhodných středních škol a oslovení škol s nabídkou účasti studentů na LŠM. Pro zvýšení vážnosti a úrovně aktivity, byly definovány základní kritéria pro výběr studentů:  doporučení od učitele odborných předmětů,  známky z odborných předmětů,  účast na soutěžích (ZENIT, SOČ a pod.).

88


5.5 Závěr Rychlý rozvoj technologii a zvláště nanotechnologií v poslední dekádě nás utvrzuje v tom, že další vývoj jednoznačně směřuje k další miniaturizaci z dnešních mikrorozměrů na nanorozměry. Tyto trendy jsou podporované mimořádně rozsáhlým nárůstem nových poznatků a vývojem nových materiálu a aplikaci. Postupně na scénu nastupuje molekulární elektronika s nanometrovými hradly na bázi uhlíkových nanovláken a nanotrubic. Ve vědecké a populárně-vědecké literatuře se udomácňuje nový odborný pojem Nano-ElectroMechanical-System (NEMS).

Současná praxe potřebuje stále vice odborníku s profilem elektronika, mechatronika a mikromechatronika schopného komplexně navrhovat a projektovat vysokosofistikované elektronické resp. mechatronické systémy. Rozvíjením uvedených profesi se kladou vysoké nároky nejenom na teoretické, ale i na praktické zkušenosti a zručnosti nových mladých elektroniku, nebo mechatroniku. Získávaní těchto zručnosti je nevyhnutné už na školách. Z uvedeného důvodu je vysoko aktuální podpora aktivit na zatraktivnění technický orientovaných studijných odborů a technický orientovaných škol. Seznam literatury [1] STADLER, W.: Analytical robotics and mechatronics, McGraw-Hilll, Inc. New York 1995 ISBN 0-07060608-0. [2] http://www.automobilrevue.cz/ [3] http://www.gate2biotech.cz/elektronicke-zubni-tetovani-pro-detekci-bakterii [4] www.profit.cz [5] http://www.zive.cz/clanky/vyznejte-se-v-procesorech-a-jejich-vyrobcich/sc-3-a-156824/default.aspx [6] http://pctuning.tyden.cz/hardware/procesory-pameti/24350-od-pisku-k-procesoru-vyroba-kremikovehowaferu [7] http://vtm.e15.cz/baterie-budoucnosti-budou-mensi-a-vykonnejsi-jen-aby [8] http://www.itnews.sk/tituly/pc-revue/2013-04-17/c155668-vyvoj-baterii-vizia-verzus-krutapravda?page=2 [9] http://www.energia.sk/analyza/elektrina-a-elektromobilita/technologia-ktora-uci-baterie-dychat/6887/ [10] http://www.hybrid.cz/clanky/cesti-vedci-pracuji-na-revolucni-technologii-3d-baterii [11]

http://www.itnews.sk/spravy/technologie/2014-06-27/c163905-iron-man-zoskenuje-akemineraly-a-vitaminy-chybaju-nasmu-telu-a-potom-vyrobi-potraviny-na-mieru

[12] TKÁČ, J.: Antikolízny mikrovlnový radarový systém. Zborník z Letnej školy mechatroniky, 10-13.jún 2008. Trenčín, s. 45-51. ISBN 978-80-8075-334-4 [13] http://www.itnews.sk/spravy/technologie/2014-10-10/c165529-elon-musk-automobily-tesla-budu-uz-vroku-2015-na-90-autonomne. [14] BRADLEY, D.A., DAVSON, D., BURD, N,C., LOADER, A.J.: Mechatronics: electronics in products and processes. Chapman & Hall, London 1991, ISBN 0-412-58290-2 [15] BORŠČ, M.: Problémy a metódy vývoja mechatronických systémov. Zborník z Letnej školy mechatroniky, 18-20.sept. 2007. Trenčín, s. 5-17. ISBN 978-80-7231-313-6

89

Popularizační workshop – Technologie, znovu onjevená perspektiva [16] Zborník prác, 4. Pracovný seminár pedagógov mechatroniky, 15-16. január 2008, Senec, 286 s. ISBN 978-80-8075-266-8 [17] JANOŠCOVÁ, R.: Predstavenie mechatronických krúžkov. Zborník 4. Pracovný seminár pedagógov mechatroniky, 15-16. január 2008, Senec, 286 s. ISBN 978-80-8075-266-8 [18] ŠIMOVIČ, V.: Krúžok základy programovania. Zborník 4. Pracovný seminár pedagógov mechatroniky, 15-16. január 2008, Senec, 286 s. ISBN 978-80-8075-266-8 [19] PLANDER, I.: Vývojové trendy vo výpočtovej technike a informatike. Zborník z Letnej školy mechatroniky, 18-20.sept. 2007. Trenčín, s. 18-25. ISBN 978-80-7231-313-6 [20] KNEPPO, I.: Mikromechatronika. Zborník z Letnej školy mechatroniky, 18-20.sept. 2007. Trenčín, s. 18-25. ISBN 978-80-7231-313-6

90


6 Kybernetické stroje a aplikace umělé inteligence Ing. Andrea Julény

6.1 Úvod Rozhodující tendencí rozvoje přírodních a společenských věd je v současnosti integrace. Objevy vznikající na rozhraní jednotlivých věd jsou bezprostředním výrazem vědeckých poznatků. Proto, aby taková integrace byla možná, aby se stala jistou normou, jsou potřebné nevyhnutně zvláštní teoretické prostředky. Právě tyto prostředky může poskytnout kybernetika. Kybernetika je typickou vědou na rozhraní. Do její teoretické výzbroje patří principy a metody fyziky, matematiky, logiky, biologie, fyziologie, psychologie, teorie automatů, informatiky, jako i základní poznatky z filozofie a jiných společenských věd. Proto není divné, že právě prostřednictvím kybernetiky se v současnosti uskutečňují mnohé spojení mezi přírodními a společenskými vědami.

6.2 Kybernetika Kybernetika (z řeckého slova „kybernetes“ co znamená kormidelník) vznikla jako samostatný vědní obor po 2. světové válce. Je to věda o řízení a komunikaci v dynamických systémech zkoumající společné zákonitosti na základě analogie mezi systémy různé fyzické podstaty, kterými jsou technická zařízení, živé organismy a taky společnost. Kybernetika je disciplína, která zkoumá řídící a regulační procesy v biologické sféře, v technice a ve společnosti a navrhuje modely na znázornění, transformaci a zpracování informací. Všechny automatické zařízení na zpracování dat jsou v tomto smyslu kybernetickými stroji a samotná informatika je nauka o kybernetických strojích a metodách. Základní součásti kybernetiky jsou: teorie systémů, teorie informace, teorie regulace, teorie her, teorie algoritmů a teorie samočinných počítačů. Dělí se na tři základní součásti: teoretická, experimentální a aplikovaná kybernetika. Předmětem kybernetiky je zpracování informací pro potřeby řízení. Metodami kybernetiky jsou systémový přístup a modelování při řešení problémů. Oblast uplatnění kybernetiky je dění jak v lidské společnosti, tak i v přírodě: při řešení matematických úkolů, hromadného zpracování údajů, organizaci, řízení a vyhodnocování procesů, napodobování procesů, inženýrské projektování, tvorba složitých a velkých systémů. Zakladatelem kybernetiky je americký matematik Norbert Wiener, který její zásady shrnul v jeho knize vydané v roce 1948. Jedním z nejrychleji se rozšiřujícím podoborem kybernetiky je robotika. Vyvíjí se různé typy robotů s různými architekturami pro rozmanité úkoly. Roboty můžeme rozdělit na průmyslové, domácí, vojenské, přičemž speciální skupinou by mohli tvořit humanoidní roboti.

91

Popularizační workshop – Technologie, znovu onjevená perspektiva 

V domácnosti využíváme roboty např. na uklízení, nebo na hraní. Zajímavým příkladem jsou autonomní vysavače, které se i navzdory urgencím světových firem netěší velké popularitě.



Průmyslový robot je definován podle normy ISO jako automaticky samoregulující, znovu programovatelný, mnohoúčelový manipulátor, programovatelný ve třech a více osách. Parametry definující průmyslového robota: počet os, stupeň volnosti, pracovní prostor, kinematika, nákladní kapacita, akcelerace, přesnost a opakovatelnost.



Vojenské roboty – jsou to autonomní, nebo dálkově ovládané roboty např. odminovací roboty, drony (bezpilotní letadla), autonomní obranné systémy.



Humanoidní roboty – jsou roboty, které mají tvar lidského těla. Některé byly vyvinuty na specifický účel, jiné mají za úkol simulovat lidské chování.

„Co to robotika vlastně je?“ Jak už z názvu vyplývá, je to věda zaobírající se roboty a vším, co s nimi souvisí. Slovo robotika je anglického původu a jako první ho použil americký spisovatel a autor sci-fi Isac Assimov. Avšak samotné slovo „robot“ bylo poprvé použito v divadelní hře R.U.R (Rossum´s universal robots) Karla Čapka. Robotika je věda o robotech, ale i o jejich designu, výrobě a aplikacích. Robotika úzce souvisí s elektronikou, mechanikou a softwarem. První návrh týkající se robotiky podal George Devol v roce 1954. Jeho společnost Unimation byla první, která vyrobila průmyslového robota. Konstrukcí se člověku vůbec nepodobal a jeho hlavním úkolem bylo přenášení objektů z místa na místo. Později se konkurencí Unimationu staly mnohé japonské firmy. Japonsko má dodnes přední místo v průmyslové robotice i ve výzkumu. Dnešní komerční a průmysloví roboti jsou hodně rozšíření, vykonávají práci lépe, levněji a spolehlivěji než člověk. Jsou také využívaní v práci v nečistotě, nebezpečném prostředí anebo jednoduše při pracích, které nejsou pro člověka vhodné. Roboti se dnes používají zejména ve výrobě, montáži, transportech, vesmírném bádání, vojenství, lékařství a bezpečnosti. V současné době je na trhu dostupných několik robotů využívaných v domácnosti, jako i robotických hraček.

92


Zdroje: 1. 2. 3. 4. 5.

www.pleoworld.com www.hexbug.com www.zururobofish.com www.irobot.sk www.ecovacs.sk

6.3 Filozofie, kybernetika, umělé inteligence Otázka, jak vzniklo vědomí, jestli může hmota myslet, je jednou z nejdávnějších metafyzických otázek v historii lidského poznání. V polovině 20. století vznikl světonázorový problém možnosti sestrojení umělých myslících systémů na bázi počítačů. Problematika základní filozofické otázky se do kybernetiky promítla jako problém modelování fyziologických, psychologických, logických a estetických struktur, formalizace jazyka, vědomí a myšlení, dvojitého charakteru informace, struktury a funkce, systému a prvků, části celku, jako i jiných kategorií. Řešení těchto otázek je určované odpovědí na základní filozofickou otázku, na druhé straně však samo určuje novou kybernetickou formulaci této otázky: „Může stroj myslet?“ „Je možné vytvořit umělý intelekt?“ V nové „kybernetické“ formulaci se problém vztahu hmoty a vědomí (stroje myšlení) však neřeší automaticky. S uznáním schopnosti hmoty myslet vůbec ještě nevyplývá fakt, že jedna z konkrétních forem organizace hmoty vytvořená lidskou prací (současné počítače) je schopná myslet. Zde se filozofové dělí na „vulgární“ materialisty (kybernetiky – jistý druh současného mechanicismu) a na skupinu filozofů, která zkoumá uvedené problémy víceméně dialekticky (v hegelovsko-marxovském pojetí). První přiznávají počítačům schopnost myslet, druzí tuto 93

Popularizační workshop – Technologie, znovu onjevená perspektiva schopnost hodnotí velmi kriticky a více zdůrazňují, že počítače uskutečňují jen modelování jednotlivých operací myšlení. V myšlení a praktické činnosti člověka se vyskytují nejen tvořivé, ale i reprodukovatelné schopnosti, jako jsou: pamatování, vzpomínaní, různé kombinace vědomostí, zkušeností, návyků. Především tuto stránku myšlení v současnosti programátoři modelují na počítačích. Kybernetika nestuduje člověka v celku, ale poznává jen jeho jednotlivé zvláštnosti pomocí svých specifických prostředků, teoretických a praktických. Kybernetické modely jsou jen fragmenty formalizované části nějaké teorie (fyziologie, psychologie, teorie řízení, ekonomie atd.) Jen v rámci příslušné vědy a její teorie mohou být kybernetické modely správně sestavené a hlavně interpretované.

6.4 Umělá inteligence Umělá inteligence je vědní disciplína zabírající se vytvářením počítačových systémů, které mohou dosáhnout lidské úrovně myšlení. Přesněji, umělé inteligence je odvětvím počítačové vědy – informatiky, která se zaměřuje na vývoj počítačových programů, schopných plnit úkoly, které jsou spojené s inteligentním lidským chováním. I když pojem inteligence je běžně používaný na označení některých lidských vlastností, není jasné, co všechno tento pojem obsahuje. Někdo do tohoto pojmu zahrnuje schopnosti přizpůsobovat se, učit se, jiní ztotožňují tuto vlastnost se schopností účelně využívat paměť anebo pochopit situaci, předvídat důsledky svých rozhodnutí apod. Vymezení obsahu pojmu umělé inteligence vyplývá zřejmě z toho, že tyto projevy živé hmoty jsou produktem miliónů roků trvajícího vývoje. Na to, aby se tyto vlastnosti mohly vytvářet uměle, je potřebné formulovat obsah pojmu umělé inteligence definicí, která by zahrnovala nejen nejznámější projevy, ale taktéž přihlížela k současnému stavu výzkumu v této oblasti, který nabízí možnost tyto vlastnosti realizovat. Existuje vícero definicí UI, které přesněji formulují výše uvedené skutečnosti. Jednou z nich je definice uvedená v [2]: „Umělá inteligence je vlastnost uměle vytvořeného systému, který má schopnost rozpoznat předměty, jevy, analyzovat vztahy mezi lidmi a tak si vytvářet modely světa, dělat účelné rozhodnutí a předvídat jejich důsledky, řešit problémy včetně objevování nových zákonitostí a zdokonalování své činnosti.“ Samozřejmě, že existují i jiné definice. Umělá inteligence je definovaná jako věda o vytváření strojů anebo systémů, které budou při řešení určitého úkolu používat takový postup, který „kdyby ho realizoval člověk“ by byl považovaný za projev jeho inteligence. Umělé inteligence je vědní disciplínou, která se zaobírá studiem a realizací uvedených vlastností. Má interdisciplinární charakter. Předmětem zkoumání umělé inteligence je návrh a realizace systémů s UI, sahající od problémů jejich praktického nasazení až po úroveň všeobecných metodologicko-poznávacích otázek. Umělá inteligence vychází z přesvědčení, že kognitivní procesy, jako např. vnímání, vytváření a uchovávání vědomostí, racionální myšlení se řídí zákonitostmi, které jsou vědecky poznatelné do takové míry, že je možné je 94

Popularizační workshop – Technologie, znovu objevená perspektiva strojově realizovat pomocí počítačů. K tomu využívá a účelně integruje vědomosti dosáhnuté v jiných vědních disciplínách, např. psychologii, neurofyziologii, lingvistice, matematice atd. Z hlediska klasifikace cílů UI existují tři základní směry: 1. Psychologický, kterého cílem je poznat zákonitosti lidského myšlení a kognitivní činnosti tím, že se jí nabízí uměle modelovat. 2. Inženýrský, vytváří systém metod a programů, které by umožnili pomocí číslicového počítače řešit intelektuálně náročné úkoly způsobem, který nemusí nutně imitovat ty metody, které používá člověk. 3. Filozoficko-matematický, reprezentuje studium a formalizaci intelektuálních mechanismů nezávisle na tom, zda jsou realizované v počítači anebo v mozku člověka. Umělé inteligence je ve svojí podstatě počítačová inteligence, protože počítačový systém se svými technickými a programovými prostředky tvoří jádro každého inteligentního anebo rozhodovacího systému. Ve smyslu definice je možné konstatovat, že počítačový systém je inteligentní, pokud je schopný v sobě vytvářet model venkovního světa, používat tento model při tvorbě plánů své činnosti v tomto světě, jestliže plány činnosti obsahují analýzu alternativních možností v případě, že splnění vede k nepředvídatelným situacím ve venkovním prostředí a jestliže je schopný učit se, tj. využívat předcházející znalosti na induktivní rozšiřování a aktivní korekci modelu venkovního světa. Znalost představuje ovládání něčeho, vědomosti o něčem na základě studia. Samostatné oblasti výzkumu UI představují následující problémy: učení se z epizod, automatické řešení úkolů a automatické získávání nových poznatků, rozpoznávání a porozumění přirozené řeči, obrazů resp. scén, dialog znalostních systémů apod. Umělou inteligenci je možné definovat jako obor počítačové vědy – informatiky, kterého cílem je počítače vybavit schopnostmi myšlení a vnímání. Umělá inteligence je charakterizovaná tím, že:  Manipuluje se symboly, textem, grafy, obrázky (méně s čísly).  Vykonává interference a logické dedukce z informací, které má k dispozici.  Používá znalosti o předmětné oblasti při řešení problémů.  Používá znalosti a s nimi spojené pravidla na redukci exponenciálního nárůstu počítačové zpracovatelské složitosti, objevující se v situacích řešení úkolů složitého reálného světa.

6.5 Oblasti výzkumu umělé inteligence Předmětem zkoumání umělé inteligence jsou, mimo jiné, tyto oblasti: 1. řešení problémů, 2. dokazování matematických vět, 3. expertní systémy, 4. neuronové sítě, 5. programovací jazyky, 6. objevování znalostí a dobývání údajů, 95

Popularizační workshop – Technologie, znovu onjevená perspektiva 7. genetické algoritmy a evoluční postupy. Řešení problémů (Problem solving) představuje v současném období nejzávažnější část umělé inteligence. Do této oblasti můžeme zařadit např. dokazování teorém anebo řešení problémů. Problém existuje, když je daný libovolný počáteční stav (situace) a množina cílových stavů. Cílem je nalezení pravidel, pomocí kterých je možné daný úkol řešit. Řešení úkolu tedy spočívá v nalezení postupnosti nějakých operátorů, které ji převedou z počátečního stavu do určitého cílového stavu. Uvedené řešení si vyžaduje určitou formu inteligentního chování. Aby mohl být určitý problém řešený, musí být vhodně reprezentovaný. Nejvýznamnější metodou reprezentace poznatků je metoda stavového prostoru, resp. predikátová logika 1. řádu. Na řešení uvedených problémů byly vyvinuté i programovací jazyky UI. S řešením úkolů souvisí problém jejich efektivní reprezentace a využívání poznatků. Reprezentace poznatků představuje způsob záznamu poznatků v počítači. Dokazování matematických vět je založené na umělé inteligenci. Z určitého předpokladu je možné uskutečnit množství odvození. Je však potřebné hledat takové odvození, které ve svém důsledku vedou k závěru věty. Dokazování tedy vyžaduje vytvoření afektivní algoritmické dedukce a její řízení tak, aby vedla k danému cíli. Základem logické dedukce je matematická logika. Logická dedukce určité formule představuje nalezení určitého postupu, kterým je tato formule formálně odvozená. Formální odvození se uskutečňuje z množiny axiómů a hypotéz na základě odvozovacích (inferenčních) pravidel. Expertní systémy jsou počítačové programy, které simulují rozhodovací činnost expertů při řešení velmi složitých úkolů, které jsou úzce (problémově) zaměřené. Řešené úkoly mohou mít povahu analytickou (různé diagnostické úkoly) anebo syntetizující (plánovací úkoly). Je možné vytvářet i expertní systémy, které dokážou pracovat i s neurčitostí ve vědomostech expertů a v údajích a přece umožňují dosáhnout výsledek. Expertní systémy obyčejně pracují v dialogovém režimu, který připomíná konzultaci klienta s expertem. První aplikace expertních systémů byly směřované hlavně do oblasti zdravotnictví a ekonomických činností. Neuronové sítě mají schopnost automatické adaptace, která se projevuje po dobu adaptivního režimu na základě zabudovaného algoritmu adaptace (učení). Jsou schopné přizpůsobovat své váhy (a další parametry) zadání úkolu, která se má vyřešit. I přes prudce se rozvíjející část umělé inteligence je potřeba přiznat, že ani teď se nejedná o adekvátní model biologického mozku a jeho funkcí a že současný stav výzkumu v této oblasti jen vytváří předpoklady pro vznik globální teorie. Programovací jazyky umělé inteligence představují efektivní prostředek na řešení úkolů UI. Vývoj jazyků UI vychází z programovacího jazyka LISP. Při návrhu modernějších programovacích jazyků (PROLOG, fuzzy PROLOG, FRIL) byla snaha vybavit tyto jazyky takovými prostředky, které by umožnily programátorům lehčeji řešit reprezentaci poznatků v systému UI a používání různých automatických mechanizmů na řešení úkolů umělé inteligence. Charakter UI si vyžaduje, na rozdíl od klasických výpočtů, efektivní práci s údaji v symbolickém tvaru s bohatou vnitřní strukturou (seznamy, řetězce, množiny, stromy atd.), mechanizmus opakovaného plnění cílů při prohledávání v stavovém prostoru, mechanizmus na automatickou dedukci apod. 96

Popularizační workshop – Technologie, znovu objevená perspektiva Objevování znalostí a dobývaní údajů (Knowledge Discovery and Data Mining – KDDM) je příkladem integrace různých oblastí umělé inteligence a jiných oblastí. Příbuzné oblasti jsou strojové učení, statistika, rozpoznávání obrazů, inteligentní databáze, paralelní a deduktivní databáze, získávání znalostí, expertní systémy, vizualizace a skladování údajů. Považovat KDDM za metodu strojového učení se, nebo za metodu rozpoznávání obrazců, atd. znamená hodně úzký pohled na účel a implementaci této oblasti. Objevování znalostí a dobývání údajů je možné všeobecně definovat jako netriviální proces identifikování nových, potencionálně použitelných a v konečném důsledku srozumitelných obrazců v údajových strukturách. Proces „dobývání údajů“ je jen krokem v celkovém procesu objevování znalostí a dobývání údajů. Počet aplikací systému KDDM stále roste a je možné je spojovat v marketingu, medicíně, ve finančnictví a bankovnictví, ve výrobě, v telekomunikacích, ve vědě a v průmyslu. Ať jsou však údajové aplikace jakkoliv úspěšné, KDDM představuje stále jen výpočetní techniku. Největší přínos je možné dosáhnout studiem inteligentních vlastností objevování znalostí. Z tohoto pohledu má budoucnost spojení KDDM s UI. Velmi dobrou aplikací KDDM může být World Wide Web, jestliže se bere do úvahy, že Web je největší báze znalostí na světě, přičemž se mohou pro ni využít mnohé metody KDDM. Genetické algoritmy a evoluční postupy představují dynamicky se rozvíjející oblast výpočetní inteligence. Výzkum ve výpočetní inteligenci je soustředěný, kromě genetických algoritmů (GA) a evolučních postupů (EP), i na neuronové sítě a fuzzy množiny. V různých oblastech společenského života stojí člověk před úkolem optimalizovat systém, co není ve většině případů jednoduché. Příkladem efektivní optimalizace je adaptace biologických organismů na prostředí, ve kterém žijí. Uvědoměním si, že evoluce živých organismů je vlastně soustavné řešení optimalizačního problému, vznikla možnost využití biologického přístupu v různých oblastech lidské činnosti. Biologičtí jedinci v přírodě soutěží mezi sebou o přežití a o možnost reprodukce na základě jejich přizpůsobení se prostředí. V průběhu mnoha generací se struktura jedinců vyvíjela na základě Darwinova procesu přirozeného výběru a přežívání jen těch jedinců, kteří mají největší míru vhodnosti. Tato metafora byla použitá J. H. Hollandem (19) při návrhu GA, tj. efektivních algoritmů optimalizace. Genetické algoritmy v přírodě existují přinejmenším od vzniku první reprodukující buňky. Důvodem jejich popularity je skutečnost, že existují úkoly, které příroda řeší velmi lehce, zatím co člověkem navrhnuté algoritmy se stávají při jejich řešení nepostačující. Úkoly tohoto typu se vyskytují především ve složitém a měnícím se prostředí, kde není možné dopředu definovat všechny možnosti. Používají se především na problémy optimalizace, učení a adaptace. Tyto problémy je možné ve většině případů formulovat i pomocí doteď dobře známých algoritmů. Ty jsou ale natolik složité, že když je potřeba zjistit, kde všude mají optimální řešení (to, které je hledané) musel by být systematicky prozkoumaný celý prostor řešení. Ten je však obyčejně tvořený kombinacemi hodnot velkého počtu parametrů a jeho rozměr může být tak velký, že systematické prozkoumání všech jeho přípustných řešení by trvalo nekonečně dlouho. Genetické algoritmy a EP dokážou vytvořit takové struktury, které jsou použité při hledání řešení, jaké by člověk pravděpodobně nedokázal vytvořit. Proto J. H. Holland uvedenou skutečnost komentuje následujícím způsobem: „Počítačové programy, které se vyvíjejí způsobem připomínajícím přirozený výběr, mohou řešit složité problémy, které ani jejich tvůrci často úplně nechápou.“ 97

Popularizační workshop – Technologie, znovu onjevená perspektiva Seznam literatury 1. WIENER, N.: Cybernetics, or Control and Communication in the Animal and the Machine. Wiley, New York, 1948. 2. KOTEK, Z. - CHALUPA, V.: Kybernetické systémy. EF ČVUT, Praha, 1989. 3. MINSKY, M.: A Framework for Representing Knowledge. Proceedings The Psychology of Computer Vision, New York, McGraw-Hill, 1974. 4. TURING, A. M.: Computing Machinery and Intelligence. Mind, Vol.59, 1950, pp.433-460. 5. CSONTÓ, J. - SABOL, T.: Umelá inteligencia. [Skriptá.], EF TU, Košice, 1991. 6. OLEJ, V.: Umelá inteligencia. [Skriptá.], Katedra technickej kybernetiky, Vojenská akadémia, Liptovský Mikuláš, 1993.

98


7 Vztah přírodních a technických věd – cesta k budoucnosti prof. Ing. Vítězslav Zamarský, CSc. Vysoká škola podnikání, a.s.

7.1 Úvod Již znění nadpisu tohoto diskusního příspěvku evokuje čtenáře k zamyšlení nad něčím, co cítíme – a v mnoha případech i pozorujeme a využíváme – že cesta poznávání přírody vede nejen přes kreativní a inovativní myšlenkovou konstrukci, ale že úspěch se dostavuje tehdy, když oné novátorské myšlence umožníme ověření prostřednictvím adekvátní techniky a technologie. Není jistě výhodou, že v poslední třetině 20. století se syntetické tendence setkaly s příznivou odezvou velkých přírodovědců, především fyziků a kosmologů. Prvotřídním vědcům vadí, že se naše poznání atomizuje. Že příroda, jejíž jsme součástí, je jen jedna. Proto se vyvíjí snaha ji popisovat (a možná i pochopit) jedním univerzálním způsobem. Dějiny přírodovědy minulého století ukázaly, že i když mnohdy nečekaně a neúmyslně se začaly slévat takové protiklady, jako je částicová fyzika, kosmologie, molekulová genetika s grandiózní koncepcí evoluce života na Zemi. Čím dál tím zřetelněji vidíme, že k pochopení chování lidí, Země i Vesmíru potřebujeme paradoxně zkoumat co nejpečlivěji nejpodrobnější stavební kamínky hmoty a nejnepatrnější záchvěvy lidského vědomí (J. D. Barrow, 2013). Proto tento příspěvek, jehož snahou je podnítit diskusi o problematice workshopu je orientován převážně na ony „kontrastní“ obory vědeckého bádání, s plným vědomím, že těsná vazba techniky a technologie s poznáváním přírody je platná všeobecně a to nejen pro výzkum badatelský, ale i pro výzkum aplikovaný. Význam dynamicky se rozvíjejícího a zrychlujícího se technického a technologického rozvoje je všeobecně uznávaný a tvoří jeden z nej složitějších charakteristik současného globalizovaného světa, jak jej chápou dokumenty OSN, které obsahují znaky současného světa. Proměny současného světa: 

Současný nový svět není jediný, globální, ale představuje tisíce světů každý jiný – od regionu přes lokalitu až k pospolitosti a jedinci.



Změny v minulosti – pomalé, často jen obtížně postřehnutelné transformace podmínek a způsobu života. 99

Popularizační workshop – Technologie, znovu onjevená perspektiva 

Současnost: míra změny v rozvinutých a vyspělých lidských společnostech akceleruje téměř geometricky. Je možné, že dnešní tzv. krize žádnou krizí není, ale je předzvěstí základní transformace ekonomického, technologického, politického, kulturního i společenského života lidstva.



Je to rychlost změny, která je klíčem k jejímu poznání. Dnes nástup nového fenoménu: poprvé v historii lidstva dokážeme rozlišit mezi transformací nezvratnou a prostou cyklickou krizí.



Kdykoliv společnosti zneužívají a vyčerpávají své jen zdánlivě neomezené zdroje a pokusí se rozšířit své impérium daleko ta hranicemi svých schopností a možnosti kontroly a řízení – přichází oslabení, únava, dekadence a pokles.



Základní současné transformace:



- vyčerpání tradičních hospodářských sektorů, - samoslužba, - eliminace mezičlánků, - digitální vysoké technologie, - inovace podnikatelského modelu, - cesta k politickému sebeuvědomění, - od informací → ke znalostem (dovednostem). Zdá se, že současný svět produktivity bude nahrazen světem kreativity.



Vznik nových profesí: inovační inženýr, inovátor byznysu, manažer inovací. – Vítězí schopnost inovace a rychlých změn –

100


Obrázek5. 1 Rozložení hmotnosti a velikosti, s přímkou konstantní hustoty, která odpovídá pevným atomárním strukturám, dále přímkou vymezující oblast černých děr a přímkou vymezující oblast, v níž jsou objekty v důsledku kvantové neurčitosti nepozorovatelné.

Na obr. č. 5.1 vidíme spektrum rozměrů hlavních struktur, o nichž je známo, že ve Vesmíru existují. Rozložení hmotnosti a velikosti, s přímkou konstantní hmoty, která odpovídá pevným atomárním strukturám, dále přímkou vymezující oblast černých děr a přímkou vymezující oblast, o níž jsou objekty v důsledku kvantové neurčitosti nepozorovatelné. Z „poznatelné“ části Vesmíru je zřejmé, že snahou člověka vždy bylo postupně poznávat všechny dobové známé struktury našeho světa. Technický a technologický pokrok nás postupně dovedl od nám nejlépe pochopitelného Newtonského světa po svět supermakrorozměrů – svět Einsteinovy fyziky, až do světa ultramikrovelikostí, tj. do oblasti kvantové neurčitosti. Jedním z nejzajímavějších rysů pokroku ve vědě je to, jak se větší porozumění realitě a naše zvětšující se úspěšnost při predikci jejich změn vyvíjí v ruku v ruce s rostoucím odloučením vědy od lidské zkušenosti. Když hledáme ty nejpřesnější předpovědi fungování světa, 101

Popularizační workshop – Technologie, znovu onjevená perspektiva nenalezneme je v našich pokusech pochopit činnosti společnosti, výkyvy na finančních trzích nebo rozmary počasí. S přesností odpovídající 1:1016 se naopak setkáme v popisech interakcí elementárních částic nebo pohybu vzdálených astronomických objektů. Následujících několik příkladů reflektuje v maximální stručnosti názorovou hladinu na prioritní zájmové objekty současnosti.

7.2 Jak funguje Vesmír? Zdá se, že základem všeho – i života, jak ho známe, jsou galaxie (obr. č. 52). Na obr. č. 5.2 je vidět, že se jedná o miliardy hvězd různého seskupení, tvarového i prostorového. Galaxie obsahují i početné soustavy, podobné naší sluneční soustavě. Není vyloučeno, že v některé z nich mohl vzniknout život. Dosud jsme takový případ nezaznamenali. Zatím je potvrzeno pouze to, že život existuje pouze v galaxii Mléčná dráha, ve které je naše Sluneční soustava. Ale i v galaxiích je prostor pro život vyhrazený. Nemůže existovat na vnějších ramenech, neboť je to oblast černých děr a silného radioaktivního záření. Galaxie nemají ve vesmírném prostoru statickou pozici. Rychle se pohybují (~400 tis. km/hod.) a postupně mění svůj tvar. Máme štěstí, že pozice naší Sluneční soustavy v naší galaxii nám umožňuje naší existenci. Galaxie se i vzájemně požírají – existuje hvězdný (galaktický) kanibalismus. I naší galaxii čeká podobný osud, kdy dojde ke střetu naší galaxie s galaxií nám nejbližší – Andromedou za vzniku galaxie nové (Milkdromedy). Tato srážka může být pro naší sluneční soustavu a naši Zemi „posledním soudem“. Za posledních 10 let intenzivního výzkumu máme o Vesmíru následující prostorovou představu: Jednotlivé galaxie se seskupují do větších skupin – kup galaxií, tyto struktury se seskupují ještě do větších celků – nadkup galaxií. Nadkupy galaxií (tzn. Vesmír) ve velkém měřítku vzniká tak, že je drží pohromadě temná hmota, jež vystupuje ve funkci „kosmického lepidla“. Víme jen, že temné hmoty je 6x více než hmoty nám známé. Nevíme dosud o ní jaká je, z čeho je a kdy vznikla, ale víme o ní z jejího účinku, tzn. z gravitačního působení. Ve Vesmíru konstatujeme i úplné opačné působení, tj. nikoliv přitahování, ale odpuzování. To způsobuje nejsilnější fenomén, který nemůžeme ovlivnit – temná energie. Kromě jejího vlivu na kupy a nadkupy galaxií o této energii rovněž nic nevíme. To nám neumožňuje prognózovat osud Vesmíru, neboť nevíme, která z těchto dvou protichůdných sil z vítězství. Z výše uvedeného vyplývá, že galaxie jsou jádrem struktury Vesmíru. Obsahují stovky miliard hvězd. A zde nutno konstatovat, že to byl Hubbleův teleskop, který způsobil převrat v astrofyzice a v nazírání na Vesmír vůbec. Přispění techniky k poznání přírody je zde zcela evidentní. 102


Obrázek 2 Galerie moderních snímků galaxií všech Hubbleových typů v různých vlnových délkách

Obrázek 3 Postavení Země ve Vesmíru

Obrázek 4 Orlí mlhovina - tvorba hvězd

Vzdor současné úrovni poznání našeho Vesmíru existuje fundamentální otázka: Proč existuje svět. Jinými slovy řečeno: Proč je spíše něco než nic. Tato otázka dělí dnes odborníky (kosmology, filosofy, biology) na tři skupiny: „Optimisté“ mají za to, že pro existenci světa musí být nějaký důvod a že ho možná i objevíme. „Pesimisté“ míní, že existence světa může mít svůj důvod, ale nikdy ho spolehlivě nezjistíme. Např. proto, že z reality (to je, že z našeho světa) pozorujeme jen příliš malou část na to, abychom dokázali vnímat i důvod existence reality, anebo proto, že se každý takový důvod musí vymykat mezím lidského intelektu, zaměřeného od přírody na zájmy přežití, nikoliv na luštění vnitřní povahy Vesmíru. Konečně „odpírači“ trvají na tom, že existence světa nemůže mít žádný důvod a že proto i sama tato otázka nedává smysl. Při úvahách výše uvedených vstupuje revolučně kvantová teorie. Zajímavější než její zákazy však je to, co tato teorie dovoluje. Dovoluje částicím spontánně, byť jen nakrátko 103

Popularizační workshop – Technologie, znovu onjevená perspektiva „vyskakovat do bytí“. Tento scénář „stvoření z ničeho“ přiměl kvantové kosmology k zamyšlení nad jednou fascinující variantou: že totiž ve shodě se zákony kvantové mechaniky celý Vesmír vyskočil do bytí z ničeho. Důvod proč je NĚCO spíše, než NIC pak podle nich spočívá v tom, že nicota je nestabilní stav. Vesmír je tedy zřejmě kvantová fluktuace vakua. Ke svému vzniku by proto nemusel vyžadovat vůbec žádnou energii. Prostor kvantového vakua není dle této hypotézy skutečně prázdný: má složitou matematickou strukturu, ohýbá se a kroutí jako guma, je prosycený energetickými poli a kypí aktivitou virtuálních částic. Je to prostě fyzikální objekt, jakýsi malý předchůdný vesmír. Precizní definice nicoty ji pak popisuje jako uzavřený časoprostor s nulovým radiem, matematicky oproštěný od látky, od umístění a od trvání. Kvantová kosmologie nemůže být ale pro vědu posledním slovem. Problém je v tom, že se nikomu odsud nepodařilo objasnit, jak do kvantového rámce zapadá gravitace, která je právě tou přírodní silou, která určuje celkovou architekturu Vesmíru. V kosmickém měřítku stačí k objasnění gravitačních účinků Einsteinova obecná teorie relativity. Když se ale celá hmota zmenší na velikost atomu, jak tomu bylo těsně po velkém třesku, diferencovatelná geometrie obecné relativity se vlivem kvantové neurčitosti rozláme a vůbec nelze říci, jak se zde bude gravitace chovat. Chceme-li porozumět zrození kosmu, potřebujeme kvantovou teorii gravitace, která „sjednotí“ obecnou relativitu s kvantovou mechanikou. Tu musíme poznat i proto, abychom odpověděli na otázku zda „čas má začátek“? A jde také o to, zda náš mozek to pochopí. Dovolil jsem si zde vsunout tento krátký filosofický exkurz proto, že tyto otázky trápily a zajímaly člověka od nepaměti a mnozí badatelé při hledání odpovědí na ně zaplatili nejvyšší cenu. Současný technický pokrok na straně jedné, ale poskytuje nám při hledání oněch neobecnějších rysů Vesmírů i nové informace, jež by mohly ovlivnit jeho „vzorec chování“ ve smyslu udržitelného rozvoje.

7.3 Země – naše rodná planeta Naše Země je krásná. Její výjimečnost ve Sluneční soustavě potvrdili i astronauté mise Apollo. Z měsíce se Země jeví jako modrá planeta, jak ji vidíme na obr. č. 5.5. Ale nejde v našem uvažování pouze o hlediska krásy naší planety a přírody vůbec. Velmi rychle si zvykáme na technické vymoženosti, které v mnoha směrech ulehčují náš život. Bereme proto téměř za samozřejmé, že v 2. polovině minulého století člověk poprvé v jeho historii opustil gravitační pole naší planety a stanul na povrchu jiného tělesa – měsíce. Je proto na místě připomenout slova Neila Armstronga při výstupu z modulu: „Je to malý krůček pro člověka, ale velký skok pro lidstvo“.

104


Obrázek 5 Země z měsíce

Lidstvo je na prahu Nového světa. Evropská kosmická agentura vyslala před deseti lety do vesmíru sondu Rosetta. Nyní začíná manévrovat, aby se dostala na oběžnou dráhu komety 67P/Churyumov-Gerasimenko. Poté prozkoumá její povrch, aby se našlo místo pro historické první přistání modulu na kometě. Mělo by k tomu dojít v listopadu 2014. Družice Rosetta má přístroje pro zkoumání struktury jádra, prachového i plasmového ohonu. A další pro snímkování ve viditelném světle i ultrafialové a infračervené části spektra. Není bez zajímavosti, že na jádru komety musí sonda přistát při rychlosti 20 km/s. Zkoumaná kometa má dvě propojená ledová jádra o průměru 4 km. Podle nejnovějších pozorování tvoří zřejmě povrch komety krusta tmavého prachu. Budou-li mít vědci tohoto projektu štěstí, může evropská sonda pomoci odhalit nejen řešení obrany před kometou padající na Zem, ale zřejmě i pomoci vysvětlit vznik života na Zemi. Jedna z teorií totiž tvrdí, že zárodek života – jakýsi spouštěč evoluce – kdysi přilétl z vesmíru na jiném tělese a možná právě na kometě. Zdroje fosilních paliv, které v současné době pokrývají cca ¾ celosvětové spotřeby energie jsou z dlouhodobého hlediska vyčerpatelné. Ani zásoby uranu, složící jako palivo současných jaderných elektráren nejsou neomezené. Ale ani tzv. obnovitelné zdroje nejsou schopny v dohledné době klasické zdroje nahradit. S ohledem na stálý růst lidské populace musí lidstvo řešit problém energetické zajištěnosti a bezpečnosti. Jako odpověď na tento stěžejní problém vyvíjejí odborníci z celého světa nové typy jaderných reaktorů, tzv. reaktory IV. generace. Tyto reaktory ve srovnání se současnými mají být bezpečnější, úspornější a navíc umožní zpracovávat jaderný odpad současných reaktorů. Navíc půjde o reaktory z kategorie malých a středních. Mají fungovat při vyšších provozních teplotách než reaktory současné a k jejich ochlazení se již nebude využívat jen voda, ale i jiné látky (sodík, olovo). Předností reaktorů IV. generace je schopnost recyklovat jaderné palivo. Ve srovnání s reaktory současnými, které dovedou využívat z uranu pouhá 4% energie, by tak funkční reaktory IV. generace mohly znamenat zásadní průlom v dějinách jaderné energetiky. O významu těchto technických záměrů svědčí skutečnost, že do výzkumu této problematiky investují obrovské peníze nejen vlády jednotlivých zemí, ale zapojují se i bohaté a vlivné 105

Popularizační workshop – Technologie, znovu onjevená perspektiva osobnosti světa (Bill Gates, Richard Branson aj.). S komerčním využitím těchto reaktorů se počítá od roku 2030. Pro další alternativu výroby energie se vědci inspirovali přímo u naší mateřské hvězdy. V nitru našeho Slunce se při teplotách cca 10 mil. °C stává plyn plazmatem, tvořeným směsí jader a elektronů z rozpadlých atomů. Izotopy vodíku se vlivem vysoké teploty a tlaku slučují na těžší helium a dochází k uvolnění obrovského množství energie. Již více než 50 let se vědci zabývají otázkou, zda by nebylo možné zažehnout podobné umělé slunce také na Zemi. Pro zvládnutí kontrolované jaderné fúze byl vyvinut přístroj TOKAMAK, magnetická nádoba, kde supravodivé magnety vytvářejí pole, které horkému plazmatu zabrání v kontaktu se stěnami reaktoru. V současnosti se ve výzkumu tohoto magnetického zdroje spojilo několik velmocí. Výsledkem této mezinárodní spolupráce je konstrukce a výroba funkčního termonukleárního reaktoru ITER. Pro význam rozvoje techniky a technologií není zapotřebí „sahat“ pouze do badatelského výzkumu z oblasti fyziky. Vyspělou a civilizovanou lidskou společnost charakterizuje mj. rozvoj dopravní infrastruktury, ve které zaujímá výrazné místo tzv. mechanizované tunelování. Plnoprofilovými tunelovacími stroji se nazývají výkonné mechanismy, kterými je možno provádět kontinuálně rozpojování horniny v celé čelbě tunelu bez použití trhacích prací a současně téměř plynule budovat tunelové ostění. Příklad razicího stroje je na obr. č. 5.6.

Obrázek 5.6 Razící stroj s dvojím štítem (Ø9,5 m, Guadarrama North). Zdroj: Uživatelská příručka pro mechanizované tunelování v podmínkách ČR.

Obecně lze konstatovat, že mechanizované tunelování bude postupně zvyšovat svůj podíl u všech příčných průřezů liniových podzemních staveb. Svědčí o tom trend, která lze pozorovat u tunelářky nejvyspělejších zemí světa a pro nás především v blízkých evropských státech, kde byly i konvenční metody ražení dovedeny na vysokou úroveň realizace (Rakousko, 106

Popularizační workshop – Technologie, znovu objevená perspektiva Německo, Švýcarsko). Další rozvoj bude jistě odpovídat nejen současnému, ale i zejména budoucímu zaměření obecné i odborné vzdělanosti další generace tunelářů, odklánějící se od manuální činnosti pracovníků v podzemí k práci lidí, obsluhující řídící počítačové systémy. Při diskusi o interakci přírodních a technických věd je nepochybné, že zasahují radikálně do našeho života. Jde přitom o přirozená a logický proces, ve kterém je objevitelská myšlenka prověřována technickými možnostmi. Velmi dobrým příkladem je technické potvrzení myšlenky tzv. kontinentálního driftu, tzn. pohybu kontinentů v geologické historii naší planety (obr. č. 5.7). Nejde v tomto případě jen o verifikaci dříve nepoznané příčiny mnohých jevů a procesů, pozorovaných na povrchu Země, ale i o významné zlepšení naší představy o metabolismu zemské kůry, produkující jednotlivé typy nerostných surovinových zdrojů (obr. č. 5.8) Pochopení těchto globálních procesů dynamického vývoje naší planety vedlo spolu s nástupem IT technologií k značné racionalizaci geologicko-průzkumných prací, k upřesnění prognóz surovinových a energetických zdrojů a příčin jejich prostorové distribuce.

Obrázek 5.7 Pohyb kontinentů v geologické historii Země

107


Obrázek 5.8 Metabolismus zemské kůry

Fyzik a laureát Nobelovy ceny Jean Perrin jednou konstatoval, že klíčem k jakémukoliv vědeckému pokroku je „vysvětlit zjevné, ale složité věci čímsi jednoduchým, co není vidět“. Taková poznání poháněly i dvě největší revoluce v biologii: EVOLUCE a GENETIKA. Darwin vysvětlil druhovou přehlídku ve fosilním záznamu a rozmanitost živých organismů jako výsledek celé věky probíhajícího přírodního výběru. Molekulární biologie objasnila, jak je u všech druhů dědičný základ zakódován v molekulách DNA, kterou vytvářejí pouhé čtyři základní složky. Jak se jednotlivé přírodní formy živé hmoty utvářejí a jak probíhala jejich evoluce, přírodní výběr ani DNA přímo nevysvětluje. Zjistilo se, a to na bázi moderní instrumentální techniky, že klíčem k pochopení tvarů je vývoj, ontogeneze, jehož prostřednictvím dává jednobuněčné vajíčko vzniknout složitému živočichovi, budovanému z mnoha miliard buněk. Tato skutečnost odolávala vysvětlení jako jedna z velkých nevyřešených záhad biologie po téměř 2 století. A ontogeneze je s evolucí úzce spjatá, protože právě změnami v embryích vznikají změny ve formě. Za uplynulá dvě desetiletí se v biologii rozvinula nová revoluce. Pokroky ve vývojové biologii a v evolučně vývojové biologii, přezdívané EVODEVO, odhalují mnohé o neviditelných genech a určitých jednoduchých pravidlech, které určují tvar živočicha i evoluci tohoto tvaru. Mnohé z toho, co jsme se už dověděli, jak tak ohromující a neočekávané, že to mnohdy až zásadně přetváří náš obraz o tom, jak evoluce funguje. Obrázky č. 5.9 a 5.10 dokumentují jen některé z nových pohledů na komentovanou problematiku. A je smutným symptomem naší doby, že pod mediálně třaskavým sporem mezi darwinisty a kreacionisty různých druhů filosoficko-biologický problém povahy a mechanismu evoluce ustupuje někdy do pozadí i v zemích tzv., „vyspělého světa“. 108


Obrázek 9 Tvorba proteinu

Obrázek 5.10Montážní sada pro ontogenezi

109

Popularizační workshop – Technologie, znovu onjevená perspektiva Prubířským kamenem technického pokroku bývala naše schopnost „ovládat velké“ (největší most, nejvyšší budovu, nejdelší letadlo atd.). S postupem času se toto vnímání obrátilo a dnes je to právě umění „ovládat malé“, které posouvá pokrok na nejdůležitější frontě výzkumu. Nanotechnologie, která se oním „malým“ zabývá, je dnes vzkvétající inženýrská věda v měřítku individuálních atomů. Umí jimi pohybovat tak, aby vytvářela struktury a „stroje“ o velikosti několika atomů vedle sebe. Dramatické pokroky v manipulaci jednotlivými atomy umožnil vynález skenovacího tunelového mikroskopu. Vzhledem k tomu, že problematika nanotechnologie byla komentována podrobně a adekvátně publikována v jednom z předcházejících workshopů, zmiňuji se zde pouze o této problematice okrajově, byť už dnes víme, že aplikace z oblasti nanotechnologii již významně ovlivňují náš život (oblast čištění vod, výroba specifických textilií, účinnost léků, diagnostické metody v medicíně apod.). Nanostruktury dávají také vzniknout jevu kvantového „přízraku!, který vidíme na obr. č. 5.11. Elektrony a další zúčastněné subatomární částice mají vlnové vlastnosti, které mohou rezonovat tak, že vrcholy vln se skládají a vytvářejí silnou fokusaci energie ve speciálních postaveních. Atomy kobaltu odrážejí elektrony na ploše kolem atomů mědi a vytvářejí vlnění předvídatelné rovnicemi kvantové mechaniky. Dá-li se ohradě tvar elipsy, je možné umístit jeden magnetický atom kobaltového atomu v druhém ohnisku – tzv. kvantový přízrak.

Obrázek 11 kvantový přízrak atomu kobaltu v ohnisku elipsy (purpurová skvrna)

110


7.4 CERN – největší experiment všech dob. Jak vzniká hmota? Tento experiment je realizován v podzemním urychlovači částic (LHC) v blízkosti Ženevy. Je orientován na studium ultrajemné struktury hmoty, která spadá do oblasti kvantové fyziky. V urychlovači částic lze studovat strukturu hmoty o velikosti částic 10-17 mm. V experimentech, projektovaných v urychlovači se hledají odpovědi na následující otázky:        

Co je vlastně hmota, odkud pochází a jak z ní vznikají tak složité útvary, jako jsou hvězdy, planety, galaxie a živá hmota? Jak vznikl Vesmír a kam směřuje? Proč mají elementární částice hmotnost a proč právě takovou jakou mají a ne jinou? Jsou různé typy sil v přírodě jen různými projevy jedné a téže síly (teorie velkého sjednocení)? Proč je antihmoty ve Vesmíru tak málo? Je hmota absolutně poznatelná (kritická – Planckova délka)? Potvrdí se možnost objevu tzv. Higgsova bosonu a bude tento objev sloužit ke zpřesnění Standardního modelu vzniku a vývoje Vesmíru: Potvrdí se či odhalí nová forma hmoty v přírodě (kvark – gluonové plasma)?

Z výše uvedeného stručného přehledu je zřejmé, že se jedná o ryze badatelský výzkum, zaměřený na verifikaci matematicko-fyzikálních modelů fungování přírody. Tento nesmírně sofistikovaný, technický a technologický výzkum však přináší i konkrétní a v praxi uplatnitelné výsledky (proton – protonová terapie v lékařství, vývoj supravodivých magnetů v technické praxi apod.).

Obrázek 5.12 Higgsův boson?

111


7.5 Závěr Je zcela nepochybné, že s nástupem akcelerovaného rozvoje vědy a techniky roste i náš stupeň poznání přírody (Země, Univerza, nás samotných). Nutno si však uvědomit, že nové objevy budou vytvářet i nebývalé možnosti jejich zneužití. Vzniknou i nové problémy díky narůstající „robotizaci“, ve sféře sociální, zdravotní i etické a morální. A vůči tomu všemu se bude muset člověk postavit tak, aby byla zachována jeho existence jako jednoho segmentu ve složitém řádu přírody. Tato složitá problematika si ale vyžaduje speciální diskusi, proto zde není blíže komentována. Pouze necháváme krátký prostor pro slova moudrých:  Neexistuje žádná formule, která by mohla vyjevit veškerou pravdu, veškerou harmonii, veškerou prostotu. Žádná teorie všeho nemůže nikdy poskytnout úplný průhled. Kdybychom totiž mohli prohlédnout vším, neviděli bychom vůbec nic. John D.

Barrow  Průhledy do chování soustav krásně ukazují, jak je stále možné dělat důležité objevy prostě tím, že klademe správné otázky a pozorně sledujeme, co se kolem nás děje. Je to moderní doba Newtonova hranolu - obrázek, který nabízí zrod nového pohledu na svět.

John D. Barrow  Můžete-li se podívat na zrna času a povědět mi, ze kterých vyklíčí obilí a z kterých ne.

William Shakespeare  Dnes máme místo teologie astronomii. Méně hrůzy, ale žádná útěcha. John Updike

Použitá literatura 1] CARROLL, S. B.: Nekonečné, nesmírně obdivuhodné a překrásné. Academia, 2011. ISBN 978-80-200-1800-7 2] BARROW, J. B.: Vesmírná galerie. Argo, 2008. ISBN 978-80-257-0411-0 3] BARROW, J. B.: Vesmír plný umění. Jota, 2013. ISBN 978-80-7462-333-2 4] BARROW, J. B.: Teorie všeho. Mladá fronta, 2006. ISBN 80-204-0602-6 5] RUSE, M.: Charles Darwin - Filosofické aspekty Darwinových myšlenek. Praha Academia, 2011. ISBN 978-80-200-1901-1 6] Uživatelská příručka pro mechanizované tunelování v podmínkách ČR. Praha: Česká tunelářská asociace ITA-AITES, 2014. ISBN 978-80-260-5957-8

112


8 ZÁVĚR Texty uvedené v této publikaci jsou jednoznačným důkazem různorodosti, pestrosti a zajímavosti oborů techniky a technologií. „Ty kdož jsi hledající tajemství s neokoukanou zvědavostí, si pravým kdož svůj život zasvětiv technice můžeš a navěky najdeš jednu z vášní života, kterážto láskou nazývá se. Pohleď, vždyť ona je technika i technologie s ní.“ garant workshopu doc. Ing. Peter Ponický, CSc.

113

Klíčová slova: technologie, technika, fyzika, metalografie, elektronika, mechatroniky, kybernetika, kybernetický stroj, umělá inteligence

Recommend Documents