Plasty pro stavebnictví a architekturu 9 – Knihovny materiálů 20. 3. 2008, IVANA VEJRAŽKOVÁ Vztah mezi kulturou a materiály nejzřetelněji vyplývá z pojmenování civilizačních epoch podle materiálů – doba kamenná, bronzová a železná. Ve starověkých civilizacích nebylo zřetelné rozdělení oborů na vědu či umění. V té době především žádná věda, jak ji chápeme dnes, neexistovala. Nicméně bez znalostí termodynamických zákonů, krystalických struktur nebo fázových diagramů naši předci objevili materiály, které používáme dodnes – kovy, tmely, pigmenty, keramiku, kompozitní materiály či sklo. Každá civilizace posouvala znalosti materiálových technologií, k plnému rozvoji teorie materiálů však došlo až ve 20. století. Kořeny této teorie lze nalézt v období renesance v 15. a 16. století, kdy byly zdokonalovány alchymistické postupy. Přestože byly zahaleny okultismem, příznivci alchymie toužili objevit skryté principy transformace některých materiálů a zjevné nezměnitelnosti jiných materiálů, jako jsou rtuť nebo síra. Mimo jiné tyto experimenty vedly k objevu pigmentů, mořidel a pojiv, které používali Michelangelo, Tizian a jiní renesanční umělci. Tento vývoj materiálů byl veden jak estetickými, tak technologickými cíli. Bylo to velmi plodné období, ve kterém se zrodilo pojetí vědy a vědců, přestože tyto pojmy se začaly používat až mnohem později.
Objevy z doby osvícenství a nové přístupy k posuzování přírodního světa s cílem objevit jeho mechanismy vyvolaly silnou reakci různých skupin západní společnosti. Obzvláště extrémní proud v romantickém hnutí brojil proti „dekonstrukci“ přírody.
Filosofický rozkol mezi romantiky a racionalisty se prohloubil v 19. století se začátkem průmyslové revoluce. Určující materiál tohoto století – ocel – umožnil inženýrům plně uskutečnit jejich sny a sestrojit visuté mosty, železniční dráhy a parní stroje. Ocel byla vnímána jako materiál měnící vzhled krajiny a přinášející pokrok. Industrializace venkova i měst ukazovala sílu vědy, která měla moc transformovat společnost.
Vědecký projekt katalogizace přírody vedl k rozvoji deduktivní teorie. Ta přinesla nejen nová poznání o sledovaném jevu, ale i předpoklad jevů nových. Chemie jako vědecká disciplína výrazně pokročila v 19. století, kdy začala systematicky zkoumat vlastnosti materiálů. Výsledkem byla periodická tabulka prvků, na základě které byla předpovězena existence některých prvků – a ty také byly později objeveny. Výzkum vedl mimo jiné k objevu nových pigmentů. Kobaltová modř a kadmiová žluť podnítily vznik impresionismu. Dalo by se předpokládat, že objev nových pigmentů povede k užší spolupráci umělců a vědců. Ve skutečnosti to byl konec společného zkoumání materiálů. Od této doby se výzkum a vývoj materiálů stává výlučně záležitostí vědecké aktivity.
20. století je často nazýváno stoletím křemíku s odvoláním na zásadní objevy vedoucí ke vzniku křemíkových čipů a digitálních technologií. Tím je ale opomíjena řada dalších nových materiálů, které způsobily civilizační převrat. Architekti začali používat masově vyráběné tabulové sklo a kombinací se strukturální ocelí vytvořili mrakodrapy, totálně měnící vzhled měst. Produktoví designéři a oděvní návrháři využili nové plasty a zcela tím přeměnili naše domovy a módu. Výzkum plastů vedl ke vzniku celuloidu a následně filmu, který znamenal největší změnu ve vizuální kultuře za poslední tisíciletí. Vývoj hliníkových a niklových slitin snížil ceny letenek, létání se zpřístupnilo širokým masám a tím se výrazně urychlilo křížení kultur. Lékařské keramické a polymerní materiály a jejich možnosti „obnovy“ lidského těla vedly ke změně chápání invalidity a věku. 20. století se stalo stoletím materiálové revoluce, ve které nové materiály přinesly výraznou změnu do architektury, produktového designu, urbanismu, módy, dopravních technologií, medicíny i vizuálního umění. Přestože vědci, technologové a pracovníci v průmyslu (vědecká komunita) vyvíjejí nové materiály pro architekty, designéry, média, řemeslníky a umělce (uměleckou komunitu), jsou obě komunity hluboce odděleny.
Obr. 1: Senzoestetické a fyzikální vlastnosti, jejich využití různými profesemi na různých úrovních měřítka Tento stav není žádoucí z mnoha příčin. Za prvé – umělecká komunita plně neurčuje zaměření materiálového výzkumu hrazeného z veřejných zdrojů (v současné době je to především vojenský a průmyslový sektor, který úzce spolupracuje s výzkumem materiálů). Za druhé – kulturní sektor má za sebou dlouhou historii hledání zajímavých problémů, z jejichž řešení těží umění a posouvá vědu kupředu. Příkladem takového problému může být potřeba haptických materiálů pro digitální média. Haptické materiály mění své vlastnosti v odezvě na
digitální podnět, takže virtuální dotyk a hmatová odezva se mohou stát (virtuální) realitou. Tyto nové materiály mohou mít dopad na architekturu, produktový design, šperkařství, oblast speciálních efektů i na umění. Za třetí – materiály mají obrovský kulturní význam a jejich další vývoj izolovanou vědeckou komunitou by vedl k prohloubení rozporu mezi vědci a umělci.
Obr. 2: Část sbírky knihovny materiálů v King’s College v Londýně, která byla vytvořena jako otevřené fórum pro umělce, architekty,
Obr. 3: Mechanicky namáhaný polyuretan Směrem k vývoji nových senzoestetických materiálů Věda o materiálech studuje strukturu materiálů. Je postavena na základním zjištění, že struktura vždy ovlivňuje vlastnosti materiálu (pevnost, tuhost atd.). Rozvoj materiálové vědy byl umožněn objevem nových vědeckých instrumentů, které umožnily studovat strukturu v různých měřítcích, nejdříve pomocí optického mikroskopu, později elektronového a atomového silového mikroskopu a jiných technik. Tato zkoumání dala vznik teorii, která umožňuje předpokládat metody zdokonalení určité vlastnosti. Tedy teorie, simulace a experimenty tvoří základ systematického výzkumu nových materiálů. Těsné vztahy mezi materiálovými vědci a inženýry umožňuje jejich společný jazyk. Materiálové testy a vytváření matematických definicí vlastností materiálů byly velmi přesně kvantifikovány. Byly vytvořeny rozsáhlé databáze, díky kterým lze převádět krystalovou
strukturu, chemickou vazbu, nanostrukturu a mikrostrukturu, tedy oblasti studované materiálovými vědci, do řeči, které rozumějí inženýři, tedy na tuhost, pevnost, pružnost atd. Vztahy mezi materiálovými vědci a inženýry jsou obzvláště těsné tam, kde tato spolupráce, na základě které dojde ke zdokonalení vlastností výrobku, je klíčová pro jeho komerční úspěch, např. v oblasti elektroniky nebo vesmírného výzkumu. Na vývoji proudových motorů pracují inženýři a materiáloví vědci ve všech měřítcích. Schopnost přenášet informace nahoru i dolů na ose měřítka je klíčová pro inovace; je možné snížit cenu leteckého provozu a zvýšit její bezpečnost. Toto rozdělení přístupu různých profesí a funkcí struktur je patrné z obr. 1. Situace je však jiná u struktur, jejichž vlastnosti nejsou založeny pouze na fyzikálních parametrech, ale také na senzoestetických vlastnostech materiálu (smyslových, estetických a psychologických). Struktury, jako jsou budovy, interiéry, veřejné prostory, šaty, musí být pohodlné a vyvolávat spokojenost a pohodu svých uživatelů. Proto jsou obvykle navrhovány uměleckou komunitou, která chápe tyto potřeby. Naopak v kosmickém výzkumu neexistuje žádná metodologie pro vývoj materiálů se senzoestetickými vlastnostmi. Jedním z důvodů tohoto jevu je subjektivní vnímání senzoestetických vlastností, a tedy nemožnosti jejich zkoumání vědou o materiálech. Například estetické vnímání dřevěného interiéru se liší podle kulturního zázemí pozorovatele. Přesto některé materiály jsou obecně vnímány jako teplé (dřevo) a jiné chladné (kovy). Tato generalizace má původ spíše v naší biologii než společném kulturním názoru. Kovy jsou dobré vodiče tepla, rychle odvádějí teplo ze svého povrchu, a proto jsou vnímány jako chladné na dotek. Dřevo je tepelný izolant, platí tedy přesný opak. Vzájemné vztahy mezi člověkem a jeho materiálovým okolím jsou zprostředkovány pomocí smyslů – zrakem, čichem, zvukem, dotekem a chutí materiálů. Tyto senzoestetické vlastnosti jsou jedinečné, protože zahrnují také psychologickou složku. Například modrá barva není mozkem vnímána jako jedna pevně daná barva, ale její vnímání je podmíněno barvou okolí. Podobně chuť materiálu závisí na všech souvislostech během jídla. Pokud člověku chybí čich, rajče může chutnat jako jablko.
Obr. 4: Křemičitý aerogel vyrobený v laboratořích NASA je transparentní formou písku, jehož nanostruktura obsahuje až 99,8 % vzduchu. Aerogel je nejlehčí pevná látka na světě
Obr. 5: Mísa na ovoce z uranového skla byla vyrobena v Austrálii v roce 1950. Sklo obsahuje stopy oxidu uraničitého, při nasvícení UV světlem mísa vyzařuje zelené fluorescenční světlo. Přítomnost uranu způsobuje také mírnou radioaktivitu objektu, v těchto koncentracích však lidské zdraví není nijak ohroženo.
Role knihoven materiálů Materiály, do kterých se oblékáme a které definují naše domovy a města, jsou vybrány produktovými designéry, módními návrháři a architekty z ohromné škály produktů. Obsáhnout celou šíři nabídky materiálů je velmi obtížný úkol, vyžaduje encyklopedické znalosti a porozumění všech typů materiálových technologií. To je zcela nemožné pro malé firmy, natož pro jednotlivce. Řešením je vybudování knihoven materiálů, v jejichž depozitářích jsou uloženy materiály stejně jako knihy v běžných knihovnách. Fyzická přítomnost vzorků je naprosto nezbytná, protože senzoestetické vlastnosti jsou nekvantifikovatelné a nepřenositelné. Knihovny materiálů jsou novým fenoménem, první z nich vznikla v roce 1997 v New Yorku. Později vznikly knihovny v Amsterodamu, Berlíně, Paříži a Londýně. Také přední designová a architektonická studia rozpoznala důležitost znalosti materiálů a vytvořila si vlastní týmy specialistů na materiály (IDEO, Seymour Powell, Foster and partners, Arup). V současné době knihovny materiálů obsahují pouze zlomek nynější produkce. Na rozdíl od běžných knihoven, které se vyvíjejí stovky let a už dávno byly sjednoceny jejich formáty a taxonomie, koncept knihoven materiálů se teprve tvoří. Některé se profilují pouze jako virtuální databáze s malým množstvím fyzických vzorků, jiné se specializují na určitý druh materiálů nebo na koncové uživatele knihovny. Rozvoj knihoven materiálů bude určitě pokračovat jako styčná plocha mezi vědou a uměním, ale také mezi výrobci materiálů a jejich uživateli. Knihovny nabízejí řešení problémů vyplývajících z rostoucí specializace a složitosti celé problematiky materiálů. Jsou odpovědí na potřebu centrálního registru informací o existujících materiálech.
foto archiv King’s College
Zdroj: Miodownik, Mark A.: The Arts. What Use To Materials Science, King’s College London. Ing. Ivana Vejražková (*1967) absolvovala VŠCHT v Praze. Pracuje ve firmě Happy Materials, která se zabývá konzultační činností v oblasti polymerních materiálů a která vytváří databázi materiálů.
