Inovátoři: Nová technologie pro 3D nanotisk vyvinuta v ČR

O pokročilých technologiích ochrany proti padělání, 3D nanotiskárně a tkáňovém inženýrství aneb rozhovor s Tomášem Těthalem ze společnosti IQ Structures.

Je vždy příjemné ujistit se, že Česko není jen zemí automobilek a montoven. Ač se o nich příliš nemluví, i u nás najdete úspěšné společnosti zabývající se špičkovými technologiemi na světové úrovni. Dnes vám představíme další z nich v rozhovoru s generálním ředitelem Ing. Tomášem Těthalem, CSc. ze společnosti  IQ Structures.

Ekonomický deník: Společnost IQ Structures se zabývá poměrně specifickým odvětvím nano a mikrostruktur, a to především v zabezpečení proti padělání. Můžete představit blíže vaši společnost a obor podnikání?

Tomáš Těthal: Firma byla založena před třemi lety, je to tedy relativně mladý subjekt. Na druhou stranu má náš tým dlouholeté zkušenosti v oblasti vývoje, výroby a aplikací nano a mikro strukturovaných povrchů. Praktické využití uměle vytvořených mikro a a nanostruktur je hlavním předmětem činnosti společnosti a je to i naše hlavní téma do budoucnosti.

Obecně řečeno, snažíme se vzít běžný materiál jako je plast, kov či keramika a uměle mu na povrchu vytvořit strukturu s fyzikálním významem. Tato mikro nebo nanostruktura změní vlastnosti toho materiálu tak, že má nové, unikátní vlastnosti a funkce.

Tím, čím se zabýváme v současnosti nejvíceje ochrana proti padělání, ale nejde o naši hlavní strategii do budoucna. Hlavní rozvoj našich činností bude ve formování povrchů pro průmyslové a jiné technické aplikace. Ty mohou být uplatněny v oblasti ploché, optiky, vzniku zcela nových konstrukčních materiálů, při zvyšování účinnosti elektrod baterií a palivových článků, v mikrochemických a mikromechanických zařízeních, při výrobě tištěné elektroniky a v dalších aplikacích.

ED: Spolupracujete na vývoji s vědeckou obcí či dalšími subjekty?

Ve své dceřiné společnosti provozujeme vlastní nanocentrum ve spolupráci s Ústavem přístrojové techniky AV ČR, v.v.i. Společně s ÚPT a společností ELTEK spol. s r.o. jsme vyvinuli 3D nanotiskárnu, což je trojrozměrná tiskárna tisknoucí prostorové objekty s rozměry v mikro a nanooblasti. Ve srovnání s běžnou 3D tiskárnou jde tedy o stejný princip tisku, ale s možností tisknout objekty s mnohonásobně menšími rozměry a mnohonásobně vyšší přesností. Tato tiskárna umožňuje zapisovat i velmi složité struktury, které jsou ve velikosti několika set nanomentrů až po několik stovek mikrometrů a to i takové, které běžnými litografickými technologiemi generovat nejde. V rámci České republiky se jedná o unikátní záležitost a jsme přesvědčeni, že naše zařízení patří ke světové špičce. Jedná se přitom o technologii stoprocentně vyvinutou ve spolupráci českých firem a Akademie věd., nikoli někde ve světě zakoupenou. To má velký význam do budoucna, protože lze investovat do jejího dalšího nezávislého rozvoje.

ED: Aplikovali jste již 3D nanotisk do praxe?

3D mikro a naotisk je základem pro náš vývoj některých nových technických aplikací. Zároveň jej využíváme pro tvorbu speciálních bezpečnostních prvků v boji proti padělání a to jak sami, tak i náš obchodní partner a společník, firma API Holographic z Manchesteru.

Mezi nové technické aplikace, kde kombinujeme litografické techniky s 3D mikro a nanotiskem je vývoj a výroba ploché optiky. Jedná se o optiku, která nemá pro běžného člověka třetí rozměr, je to průhledný materiál na povrchu opatřený submikronovými, běžným okem neviditelnými strukturami. Pokud jsou tyto struktury precizně vypočteny a poté přesně přeneseny na povrch, mohou svojí funkcí plně nahradit klasickou optiku, nebo být dokonce daleko lepší.. Přitom je její výroba daleko produktivnější a levnější. V této oblasti je ve světě několik inovativních společností, ale žádná z nich nedosáhla kvalitou naší ploché optiky.

3d nanotisk
3D model auta velikosti přibližně průměru lidského vlasu – Zdroj: IQ Structures

Ve chvíli, kdy jsme schopni organizovat hmotu na mikroúrovni, otevírají se nám další aplikační možnosti a to nejen v oblasti povrchových struktur. Můžeme se například pustit do vytváření složitých objemových mikro a nano struktur (tzv., mikro lešení) pro náhradu tkáňových orgánů. Do takovéhoto lešení jsou potom vpraveny upravené kmenové buňky budoucího příjemce, které se zde zabydlí a po jejich funkčním propojení vznikne náhradní orgán, který je operován tomuto příjemci a to bez nežádoucí imunitní reakce jeho organismu. Doba, kdy se toto stane běžnou realitou již není zase tak daleko, ale potrvá to minimálně deset let.

Další možností mikro a nanostrukturování je vývoj a výroba zcela nových typů materiálů. Představte si kovový, či keramický výrobek, který díky své přesné organizované nanostruktuře neváží téměř nic, ale může být zároveň velice pevný a pružný. Karoserii automobilu z takovéhoto materiálu byste unesli v jedné ruce, přitom může mít stejné, nebo lepší mechanické vlastnosti ve srovnání se stávající plechovou. Využití takových nových materiálů je velmi zajímavé ve strojírenství, automobilovém průmyslu, letectví či kosmonautice.

V současnosti jsou ale hlavními směry, jimiž se zabýváme technologie samotná, boj proti padělání a plochá průmyslová optika.

ED: Pojďme tedy k ochraně produktů a dokumentů proti padělání i na bázi nano a mikrostruktur, které se věnujete na různých úrovních. O jaké prvky se jedná?

Začal bych tím, co je vidět při zběžném pohledu, tedy vizuálními bezpečnostní prvky. Zde je nutná významná vizuální odlišnost, kdy je bezpečnostní prvek jiný než vše co je běžně vyrobitelné klasickým tiskem. Příkladem je možnost pozorování několika obrazů v jednom místě, vytvoření pohybových stereo, nebo holografických obrázků, proměna barev, apod. Tyto bezpečnostní prvky musí být nejen nepadělatelné , ale také musí být obtížné takovou ochranu imitovat. Klasický padělatel není běžně na takové technologické úrovni jako výrobce bezpečnostních prvků, proto se jej snaží buď přenést z jednoho výrobku, či tiskoviny na jiný, nebo jej imitovat dostupnější technikou. A tomu musíme zabránit.

Inovátoři, díl první: Krotitelé špinavých vod

Druhou úrovní ochrany proti padělání jsou bezpečnostní prvky pro inspekční kontrolu profesionálem. Při ní je většinou potřeba nějaký druh jednoduchého detekčního zařízení. Tímto zařízením, například ruční čtečkou, je možné při kontrole zjistit, zda na povrchu výrobku, tiskoviny, ceniny apod. bezpečnostní prvek skutečně je.

A nakonec třetí, forenzní úroveň se využívá například v případě soudního sporu či kriminologické studie, kdy je nutné stoprocentně určit originalitu bezpečnostního prvku. Zde jsou prvky ochrany daleko sofistikovanější a nedají se běžně zjistit mimo vybavenou laboratoř.

ED: U čeho se takové ochranné prvky využívají?

Ten nejvyšší stupeň ochrany je většinou spjat se státem, konkrétně to znamená ochranu pasů, víz, průkazů totožnosti, rodných listů, řidičských průkazů, bankovek. Jako příklad mohu zmínit kanadské dolary, jejichž ochrana byla v minulosti jen velmi slabá a proto se na ně masivně zaměřoval mezinárodní zločin spolu s padělateli. Po následných masivních investicích se v současnosti jedná o jedny z nejbezpečnějších bankovek na světě. Nejvyšší stupeň ochrany se ale také týkají výběrů daní, to znamená kolků, dálniční známek atd.

V rámci soukromého sektoru se pak bezpečnostní prvky využívají v široké škále oborů, od průmyslu, automobilových a náhradních dílů přes elektroniku a značkové produkty až například po ochranu vstupenek či stravenek proti padělání.

ED: Takže se vlastně ani nedá jednoduše říct, kdo je vaším zákazníkem..

V této oblasti je skutečně šíře záběru obrovská a prostupuje naskrz různé obory. A je v ní i slušná konkurence, výrobců ochranných prvků je ve světě celá řada. Samozřejmě platí, že těch výrobců se špičkovými ochrannými prvky je jen několik desítek. Dodal bych, že v kombinaci využívaných technologií je společnost IQ Structures na trhu skutečně unikátní.

ED: Označujete přírodu jako zdroj firemní inspirace a největšího odborníka na nanotechnologie zároveň. Z jakých přírodních principů vycházíte?

Nano a mikrostruktury se v přírodě běžně vyskytují. Příroda je používá pro své živé objekty. Příkladem mohou být nádherné barvy motýla, páva, či jiných živočichů, které neobsahují žádné pigmenty, ale jsou to složité mikro a nano struktury. Dalším případem je třeba strukturovaný antireflexní povrch na očích můry, přilnavé pacičky gekona, strukturovaný povrch šupin žraloka umožnující lepší obtékání vodou (mimo jiné použitý na moderních plavkách), povrchové struktury na rostlinách umožňující udržet se jim na vodní hladině apod.

ED: Jak se vlastně podniká v pokročilých technologiích?

My se nezabýváme základním výzkumem, ale až výzkumem aplikovaným. Podnikání v inovativním výzkumu není jednoduché, protože v něm existuje dlouhé přípravné období, které musíte finančně ustát. A samozřejmě zde existuje určité riziko. Nicméně ve chvíli kdy vyvinete velmi dobře konkurenční produkt, nebo technologii je šance na dlouhodobé celosvětové uplatnění poměrně veliká. Trvá to, ale výsledek pak stojí za to.

3D model šachových figurek velikosti přibližně desetiny průměru lidského vlasu - Zdroj: IQ Structures
3D model šachových figurek velikosti přibližně desetiny průměru lidského vlasu – Zdroj: IQ Structures

ED: Vezmeme-li v potaz technologie, jimiž se zabýváte, dá se říct v čem spatřujete největší výzkumný potenciál?

Za opravdu velmi zajímavý směr do budoucna považuji využití 3D mikro a nanotisku, který může přinést nedozírný dopad na průmysl, ať už ve výrobě zcela nových typů materiálů s daleko lepšími vlastnostmi oproti stávajícím, nebo oblast tkáňového inženýrství a jeho využití v lékařství. Řekl bych tedy, že organizace hmoty s mikro a nanostrukturou má obrovský potenciál pro celou řadu oborů, a to i těch, které si dnes neumíme představit. Nano a mikro aplikovaný výzkum může výrazně promluvit i do způsobů výroby a skladování energie, a to zejména v oblasti palivových článků a efektivních baterií s využitím sofistikovaných materiálů. Další důležitou aplikací pro budoucnost je tištěná elektronika, umožňující výrobu elektronických součástek, obvodů a čipů tiskem na pružnou fólii.

Petr Nutil