Stoletá vláda pneumatik na silnicích pomalu končí. Výrobci se snaží přijít s kolem, které nepotřebuje vzduch

Kolo na hřídeli představuje jeden z nejstarších a nejvýznamnějších vynálezů lidstva. Princip, který v téměř nezměněné podobě přečkal od dvoukoláků pozdního neolitu až po elektromobily 21. století, opět zaměstnává vynálezce. Říkají, že nastal čas na jeho proměnu.

Světová roční produkce pneumatik se v současnosti pohybuje okolo tří miliard kusů ročně, přičemž tento počet každým rokem stoupne o více než čtyři procenta. Na jejich výrobu připadne 70 procent světové produkce gumy − a jak výroba, tak i likvidace opotřebovaných kusů představují nemalou energetickou i ekologickou zátěž. Jsou ale i jiné důvody, proč se nad současnou podobou automobilových kol zamýšlet: mnozí konstruktéři říkají, že zatímco silniční dopravní prostředky prodělaly za posledních sto let dramatický vývoj, kolo zůstává v základním principu stále stejné. Jeho současná podoba přitom možnosti dalšího vývoje automobilů − zejména elektromobilů a autonomních vozů − do značné míry omezuje. Pokud se někomu podaří vymyslet a patentovat nový princip, který těmto potřebám vyjde vstříc, otevře se před ním obrovský trh a astronomické zisky.

Zatímco silniční dopravní prostředky prodělaly za posledních sto let dramatický vývoj, kolo zůstává v principu stejné.

"S nástupem revoluce v mobilitě a konektivitě se inovace technologií kol a pneumatik stávají ještě důležitějšími, než je tomu dnes," říká Jean-Claude Kihn, prezident sekce Goodyear pro Evropu, Střední východ a Afriku. "Potřebujeme kola pro vozidla budoucnosti, která se budou muset spolehlivě orientovat ve svém okolí, aby se mohla bezpečně vypořádat s miliony možných scénářů, kterým řidiči každodenně čelí.

Systém Hexonic je primárně určený pro automobily bez řidiče. Povrch kola se automaticky mění podle povrchu vozovky.

Foto: Hankook

Do každého terénu

Jednou z firem, které se vývojem netradičně řešených kol zabývají, je společnost Hankook Tire. "Dosavadní kola byla stále stejná pro jakýkoliv povrch, a pokud jste chtěli kolo pro jiný povrch, museli jste jej vyměnit," vysvětluje Klaus Krause, šéf evropského vývojového střediska výrobce společnosti Hankook. Jenže povrch se často změní i několikrát jen při jediné jízdě: někdy je suchý, jindy mokrý, občas je třeba z dálnice přejet na hrbolatou místní silnici, nebo dokonce do terénu. Firma však stvořila kolo, o kterém tvrdí, že povrch mění průběžně podle potřeby.

Systém vyvinutý v konstrukčním a vývojovém středisku Hankook má jméno Hexonic a je primárně určený pro robotické automobily bez řidiče. Nemá klasické pneumatiky, ale povrch kola tvoří velké množství šestibokých segmentů ze speciální pryže. Každý z nich je upevněný na vlastní pohyblivé a ovladatelné konzoli, takže se v případě potřeby mohou vzdálit jeden od druhého, vytvořit tak na povrchu kola hluboké kanály pro odvedení vody a současně zvětšit účinnou plochu pro kontakt s vozovkou. Vedle toho je ve středu každého segmentu měkčí zóna ve tvaru písmene Y, skrz niž se může nad povrch protlačit výčnělek stejného tvaru. Kolo tak rázem získá vlastnosti zimní pneumatiky nebo úpravy pro jízdu terénem. Volbu správné konfigurace pro dané podmínky řídí několik senzorů v každém kole, které v reálném čase sledují povrch a odezvu vozu na něj a podle toho průběžně mění nastavení segmentů.

Kolo Hankook Aeroflowt díky středové turbíně vykazuje vysokou přilnavost k vozovce ve vysokých rychlostech.

Foto: Hankook

Foto: Hankook

Jiným výstupem výzkumu Han­kooku je kolo Aeroflow určené především pro vysoké rychlosti. Také nemá klasické pneumatiky, ale jde ve skutečnosti o dvě kola těsně přiléhající k sobě. Při zvyšující se rychlosti se obě části od sebe oddalují a tím se kolo jako celek stává širší. Ale nejen to: štěrbina má lamely uspořádané ve tvaru turbíny, tak aby z ní rotace kola odsávala vzduch. Díky tomu vzniká síla, která automobil přitlačuje k povrchu vozovky.

Experimentální kola firmy Han­kook nejsou jediná; o netradiční řešení "spojovacího článku" mezi vozem a silnicí se v posledních letech snaží řada dalších vývojových pracovišť. Množství navrhovaných konstrukcí naznačuje, že tisíciletá vláda klasického kola se na silnicích pomalu chýlí ke konci.

Od dřeva k nafouknuté gumě

Kolo na ose představuje jeden z nemnoha skutečně geniálních vynálezů: je zdánlivě jednoduché, ale člověk ho neměl kde odkoukat, protože v přírodě nic podobného není. Slunce je sice kulaté a Měsíc občas také − jenže žádné z těchto těles se po obloze nekutálí. Neexistuje ani tvor, který by se pohyboval pomocí otáčivého pohybu kruhového orgánu. Ale nejen to: mezi organismy až na bičíky bakterií nenajdeme vzory pro osu, ložisko a neomezený otáčivý pohyb. Důvodem je, že pro pohyb ve složitém přírodním terénu se víc hodí končetiny.

Archeologové donedávna předpokládali, že kolo vynalezli Sumerové přibližně před 5000 lety. Odtud skutečně pocházejí velmi stará vyobrazení, nebo dokonce celé malé hliněné modely či hračky zpodobňující jednoduché vozy opatřené koly.

Čáru přes rozpočet zdánlivě neprůstřelné teorii udělaly nálezy ještě starších vozů na několika místech v Evropě. Za nejstarší nález tohoto druhu je v současnosti považované kolo ze Slovinska, jehož vznik radiokarbonová analýza klade do doby před 5100 až 5300 lety. Další objevy z Dánska a Německa naznačují, že v té době šlo o technologii rozšířenou na velké části evropského kontinentu, která už za sebou měla určitý vývoj − vůz nalezený v Dánsku například disponoval i otočnou nápravou s ojí sloužící k řízení.

Zdá se tedy, že kolo je původní evropský vynález − ale kultury Blízkého východu ho brzy začaly zdokonalovat. Teprve v Mezopotámii vznikla lehká loukoťová kola.

Není bez zajímavosti, že na Blízkém východě a ve Středomoří lidé pro tyto dopravní prostředky vytvářeli v kamenném povrchu cest jakési koleje. Jejich používání lze vystopovat až do začátku našeho letopočtu: našly se nejen v italských Pompejích a v mnoha dalších antických městech, ale i v některých keltských oppidech na území dnešní České republiky. Pak ale musely koleje na své znovuvynalezení čekat až do začátku průmyslové revoluce.

Nejvýznamnějším zdokonalením kola na celé jeho tisícileté pouti dějinami se roku 1888 stal vynález vzduchem plněných pneumatik skotského veterináře Johna Boyda Dunlopa. Od té doby se kolo průběžně vylepšovalo konstrukčně i použitými materiály, ale základní podoba zůstávala stále stejná. To se ale má brzy změnit. A přelomové inovace nepocházejí jen z neznámých start-upů, od výstředních designérů nebo malých konstrukčních kanceláří, které na sebe chtějí upozornit. Najdeme tu celou řadu zavedených jmen; Vedle Hankooku třeba také Goodyear, Michelin či Dunlop.

Kolo jako motor

Nejbližší inovaci kola si vynutí nástup elektromobilů, jejichž pohonný systém se od aut na fosilní paliva zásadně liší. Na rozdíl od spalovacích motorů umožňují vlastnosti elektrického pohonu přímé ovládání otáček kol bez převodů. Není tu tedy jeden velký těžký motor pod kapotou, ale dva nebo čtyři malé elektromotory, z nichž každý pohání své kolo. Z konstrukčního hlediska je proto jednodušší a výhodnější, když se motor stane přímo součástí kola, což vede ke snahám zásadním způsobem změnit jeho podobu.

Ve skutečnosti to není řešení nijak nové: elektrické motory zabudované do nábojů kol měly už elektromobily na konci 19. století − a není bez zajímavosti, že jako první s tím přišli Ferdinand Porsche a František Křižík, oba působící v Čechách.

Kolo na hřídeli člověk neměl kde odkoukat, protože v přírodě nic podobného není.

Dnes se ale některé firmy snaží elektromotor do kola integrovat zásadnějším způsobem. Například společnost Protean Electric do kola vedle motoru integruje celou řídicí elektroniku. Systém si firma chrání více než dvěma stovkami patentů − a na rozdíl od jiných podobných konceptů předváděných na autosalonech jde o řešení určené pro sériovou výrobu.

Bez vzduchu a s umělou inteligencí

Michelin se také usilovně zabývá snahou o likvidaci vzduchem plněných pneumatik, díky nimž získal světovou proslulost. Společně s General Motors letos představil systém UPTIS, který sice při pohledu shora vypadá jako klasická pneumatika, ale pohled ze strany ukáže něco jiného: chybí boční stěny a natlakovaný vzduch nahrazují pružná žebra. Tento typ pneumatik by se mohl objevit na trhu okolo roku 2024.

Konstruktéři nyní hledají cestu, jak kolo rozpohybovat do strany. Zejména ve městech by to zjednodušilo parkování.

Michelin také představil koncepci kola, která vedle odstranění stlačeného vzduchu počítá s plně recyklovatelným materiálem organického původu, výrobou pomocí 3D tisku a integrací velkého množství senzorů napojených na palubní počítač vozu. I v tomto případě zůstává zachovaná jen podoba povrchové vrstvy se vzorkem, zatímco zbytek kola se ze všeho nejvíc podobá mycí houbě.

Dostat z pneumatik vzduch se snaží celá řada vynálezců. Například výrobce terénních strojů Polaris podobně jako Michelin zachoval z pneumatiky jen povrch a doslova vypustil vzduch. Namísto radiálních segmentů jej ale v jeho kole nahrazuje systém pružných výztuh uspořádaných do jakýchsi buněk. V řešení firmy Bridgestone zase mají tyto výztuhy podobu složité mřížky.

Dopředu, dozadu, ale i do strany

Další konstruktéry vozů budoucnosti trápí jiný problém: kolo se nemůže pohybovat do strany. Kdyby to umělo, stačilo by při parkování ve velkoměstech jen zastavit vedle mezery mezi auty stojícími u chodníku a pak se do ní bokem vsunout. Konstruktéři s takovou možností počítají zejména pro robotické vozy. Společnost Goodyear už několik let vyvíjí systém Eagle 360 Urban. Spíše než kolu se podobá velkému míči a kvůli složitému tvaru má být vyráběn pomocí 3D tisku. Pohyb do všech stran zajišťuje systém senzorů s prvky umělé inteligence.

Michelin vyvinul pneumatiku, která nepotřebuje stlačený vzduch. Nahrazují ho pružná žebra. Pneumatika by se  na trhu měla objevit za pět let.

Foto: Michelin

Kanadský vynálezce William Liddiard řešil možnost bočního pohybu vozu takzvaným omnidirekcionálním kolem, které se skládá z několika válcovitých segmentů opatřených osami s malými motory. V případě nutnosti se segment, který je v kontaktu s povrchem, začne točit a automobil se posune bokem. Liddiard své řešení předvedl v praxi na upravené Toyotě Echo. V současnosti se toto řešení používá u mobilních robotů.

Existuje i řada odvážnějších návrhů, počínaje vozy v podobě jediného obrovského kola, kde cestující sedí v jeho nitru, až po automobily bez kol pohybující se nad vozovkou na principu magnetické levitace. Většina těchto futuristických koncepcí si ale na své uplatnění v silniční praxi ještě nějaký čas počká.