Cílem projektu je posílení mezinárodní spolupráce, rozvoj týmu a realizace špičkového výzkumu za účelem vývoje nové generace ground-breaking strojírenských produktů, které jsou výsledkem konvergence biologické a technologické evoluce. Součástí projektu je rozvoj internacionalizace ve spolupráci se zahraničními pracovišti včetně mobilit, modernizace technického vybavení a hlubší integrace zapojených institucí. Výsledkem budou publikační i technicky realizované výsledky, včetně několika patentů.

Klíčové aktivity projektu:
I. Realizace špičkového výzkumu využívajícího konvergence biologické a technologické evoluce členěného do dvou výzkumných záměrů:

• VZ A – Bioinspirované mechatronické systémy v tématech:
  1. Vývoj materiálů na základě teoretických přístupů a bioinspirace;
  2. Superlubricita strojních prvků inspirovaná biosystémy;
  3. Vývoj SMART materiálových struktur a bioinspirovaných metamateriálových systémů;
• VZ B – Mechatronické systémy pro biomedicinské inženýrství v tématech:
  1. Hybridní a kompozitní biomateriály;
  2. Modifikace a nanostrukturování povrchů biomateriálů;
  3. Mechatronické systémy pro biomedicínu

II. Rozvoj mezinárodní spolupráce a zvýšení internacionalizace výzkumu – prostřednictvím výzkumných pobytů (mobilit) členů týmu na špičkových zahraničních institucích a příjezdu špičkových zahraničních odborníků, přípravy mezinárodních projektů, spolupráce na zkvalitnění výuky na VŠ.

III. Modernizace a upgrade infrastruktury - doplnění infrastrukturního vybavení pro realizaci naplánovaného špičkového výzkumu.

Popis anglicky
The aim of the project is to strengthen international collaboration, team development and the implementation of cutting-edge research to develop a new generation of ground-breaking engineering products resulting from the convergence of biological and technological evolution. The project includes the development of internationalisation in collaboration with foreign institutes, including mobility, upgrading of technical equipment and deeper integration of the institutions involved. This will result in publications and technically realised results, including several patents.

Key project activities:
I. Implementation of cutting-edge research using the convergence of biological and technological evolution divided into two research objectives:

• Research programme A – Bioinspired mechatronic systems within the following topics:
  1. Material development based on theoretical approaches and bioinspiration;
  2. The superlubricity of machine elements inspired by biosystems;
  3. Development of SMART material structures and bioinspired metamaterial systems;
• Research programme B – Mechatronic systems for biomedical engineering within the following topics:
  1. Hybrid and composite biomaterials;
  2. Modification and nanostructuring of biomaterial surfaces;
  3. Mechatronic systems for biomedicine

II. Development of international cooperation and increasing the internationalization of research – through research stays (mobilities) of team members at the top foreign institutions and the arrival of leading foreign experts, preparation of international projects, cooperation on improving the quality of teaching at universities.

III. Infrastructure modernization and upgrade – addition of infrastructure equipment for the implementation of planned cutting-edge research.

Klíčová slova
bionika, biomimetika, kompozity, metamateriály, aditivní výroba, superlubricita, biomateriály, modifikace povrchů, polymery, depotní systémy pro biologické systémy, implantáty, mechatronika

Klíčová slova anglicky
bionics, biomimetics, composites, metamaterials, additive manufacturing, superlubricity, biomaterials, surface modification, polymers, depot systems for biological systems, implants, mechatronics

CZ.02.01.01/00/22_008/0004634

čeština

Hartl Martin, prof. Ing., Ph.D. - hlavní řešitel
Částková Klára, doc. Ing., Ph.D. - spoluřešitel
Hadaš Zdeněk, prof. Ing., Ph.D. - spoluřešitel
Charvát Pavel, doc. Ing., Ph.D. - spoluřešitel
Jedelský Jan, prof. Ing., Ph.D. - spoluřešitel
Kaiser Jozef, prof. Ing., Ph.D. - spoluřešitel
Klimeš Lubomír, doc. Ing., Ph.D. - spoluřešitel
Koutný Daniel, doc. Ing., Ph.D. - spoluřešitel
Křupka Ivan, prof. Ing., Ph.D. - spoluřešitel
Lízal František, doc. Ing., Ph.D. - spoluřešitel
Maca Karel, prof. RNDr., Dr. - spoluřešitel
Nečas David, doc. Ing., Ph.D. - spoluřešitel
Vrbka Martin, prof. Ing., Ph.D. - spoluřešitel

Fakulta strojního inženýrství
- odpovědné pracoviště (4.12.2022 - 4.12.2022)
Ústav konstruování
- odpovědné pracoviště (4.12.2022 - nezadáno)
Energetický ústav
- interní (1.9.2023 - 30.6.2028)
Středoevropský technologický institut VUT
- interní (1.9.2023 - 30.6.2028)
Ústav konstruování
- interní (1.9.2023 - 30.6.2028)
Ústav materiálových věd a inženýrství
- interní (1.9.2023 - 30.6.2028)
Ústav mechaniky těles, mechatroniky a biomechaniky
- interní (1.9.2023 - 30.6.2028)
České vysoké učení technické v Praze
- spolupříjemce (1.9.2023 - 30.6.2028)
Ústav fyziky materiálů AV ČR
- spolupříjemce (1.9.2023 - 30.6.2028)
Vysoká škola chemicko-technologická v Praze
- spolupříjemce (1.9.2023 - 30.6.2028)
Západočeská univerzita v Plzni
- spolupříjemce (1.9.2023 - 30.6.2028)
Fakulta strojního inženýrství
- příjemce (1.9.2023 - 30.6.2028)

PELEGATTI, M.; BRŮŽA, J.; JAMBOR, M.; ŠIŠKA, F.; MAN, J. On microstructure evolution and damage onset in 316 L steel produced by laser-powder bed fusion during the early stages of low cycle fatigue loading. MATERIALS CHARACTERIZATION, 2025, vol. 228, no. 115448, ISSN: 1044-5803.
Detail

BORÁK, L.; MARCIÁN, P.; KOŠKOVÁ, O.: CleftMeter_v1.0; CleftMeter. GitHub. URL: https://github.com/ismmb-bio/CleftMeter. (software)
Detail

ŠČERBA, B.; ADAMEC, T.; POKORNÝ, P.; NÁVRAT, T.; VAJDÁK, M.; NÁHLÍK, L. Inflection point principle combined with digital image correlation and machine learning for crack length measurement in fatigue tests. Theoretical and Applied Fracture Mechanics, 2025, vol. 139, no. June, p. 1-17. ISSN: 0167-8442.
Detail

ŽŮREK, M.; MARKUSÍK, D.; REBENDA, D.; KALINA, L.; HARTL, M.; VRBKA, M. The Effect of Hardness and Surface Roughness of Elastomer on Friction Between Shoe Soles and Particle-Contaminated Floors. Tribology Letters, 2025, vol. 73, no. 3, ISSN: 1573-2711.
Detail

ŠAFRAN, J.; PAVLACKÝ, T.; MARCIÁN, P.; HERŮFEK, R.; VESELÝ, R. Analysing plate fixation of a comminuted fracture of the proximal ulna in relation to the elbow joint: a finite element study. Journal of Orthopaedic Surgery and Research, 2025, vol. 20, no. 1, p. 1-16. ISSN: 1749-799X.
Detail

CHAMRADOVÁ, I.; KADLECOVÁ, Z.; TUŠLOVÁ, K.; REBENDA, D.; ČÍPEK, P.; GREGORA, J.; STREĎANSKÁ, A.; MENČÍK, P.; VRBKA, M.; VOJTOVÁ, L. pHEMA Hydrogels as a Cartilage-Mimicking Material for Biotribological Studies. Vanajanlinna, Hämeenlinna, Finland: 2025. p. 41-41.
Detail

POKORNÝ, J.; MADEJSKI, P.; FIŠER, J. Sustainable air conditioning with a focus on evaporative cooling and the Maisotsenko cycle. Archives of Thermodynamics, 2025, vol. 46, no. 2, p. 111-121. ISSN: 2083-6023.
Detail

SHEHADEH, M.; KŮDELA, J. Benchmarking global optimization techniques for unmanned aerial vehicle path planning. EXPERT SYSTEMS WITH APPLICATIONS, 2025, vol. 293, no. Dec, p. 1-19. ISSN: 0957-4174.
Detail

ODEHNAL, L.; RANUŠA, M.; MALÝ, M.; KŘUPKA, I.; KOUTNÝ, D.; HARTL, M.; VRBKA, M. Tribological behaviour of additively manufactured Ti6Al4V with controlled surface structure: An application in small joint implants. Tribology International, 2025, vol. 211, no. November, p. 1-12. ISSN: 0301-679X.
Detail

Poloprudsky, J.; Sobola, D.; Daniel, J.; Grossman, J.; Kruml, T. Effect of repeated solid impact on bulk metallic materials. SURFACES AND INTERFACES, 2025, vol. 62, no. 106159, ISSN: 2468-0230.
Detail

REBENDA, D.; ODEHNAL, L.; UHROVÁ, S.; NEČAS, D.; VRBKA, M. On the Friction and Lubrication of 3D Printed Ti6Al4V Hip Joint Replacement. Tribology Letters, 2025, vol. 73, no. 2, p. 1-18. ISSN: 1023-8883.
Detail

PECH, O.; MIŠÍK, O.; LÍZAL, F.: Aerosol bolus disperser; Programovatelný dávkovač aerosolu pro metodu aerosol bolus. B3/308. URL: https://www.vut.cz/vav/vysledky/detail/197725#vysledek-197725. (funkční vzorek)
Detail

STREĎANSKÁ, A.; ŠIMEK, M.; MATONOHOVÁ, J.; NEČAS, D.; VRBKA, M.; SUCHÁNEK, J.; PAVLIŇÁKOVÁ, V.; VOJTOVÁ, L.; HARTL, M.; KŘUPKA, I.; NEŠPOROVÁ, K. Optimizing Hyaluronan-Based Lubricants for Treating Thoracolumbar Fascia Pathologies: Insights from Tribological and Pharmacokinetic Studies. Lubricants, 2025, vol. 13, no. 4, p. 1-17. ISSN: 2075-4442.
Detail

HRUBANOVÁ, A.; LISICKÝ, O.; SOCHOR, O.; BEDNAŘÍK, Z.; JOUKAL, M.; BURŠA, J. Layer-specific residual strains in human carotid arteries revealed under layer separation. PLOS ONE, 2025, vol. 20, no. 4, p. 1-17. ISSN: 1932-6203.
Detail

JAROŠ, J.; OŽVOLDÍK, D.; VAVERKA, O.; NOPOVÁ, K.; HURNÍK, J.; ZIKMUND, T.; KAISER, J.; KOUTNÝ, D. Influence of Laser Strategies on Performance of Lattice Structures from Magnesium Alloy WE43 Produced by Laser Beam Powder Bed Fusion. Advanced Engineering Materials, 2025, vol. 27, no. 7, p. 1-15. ISSN: 1527-2648.
Detail

HRSTKA, M.; KOTOUL, M.; PROFANT, T.; KIANICOVÁ, M. Small-scale domain switching near sharp piezoelectric bi-material notches. INTERNATIONAL JOURNAL OF FRACTURE, 2025, vol. 250, no. 1, p. 1-30. ISSN: 0376-9429.
Detail

MODLITBOVÁ, P.; ZIKMUNDOVÁ, E.; POŘÍZKA, P.; KAISER, J. Detection, characterization and imaging of micro- and nanoparticles in biotic tissues by laser-induced breakdown spectroscopy. BRAIN RESEARCH BULLETIN, 2025, vol. 221, no. 184, ISSN: 1873-2747.
Detail

VAVERKA, J.; BURŠA, J. A modification of Holzapfel-Ogden hyperelastic model of myocardium better describing its passive mechanical behavior. EUROPEAN JOURNAL OF MECHANICS A-SOLIDS, 2025, vol. 111, no. MAY-JUN, ISSN: 0997-7538.
Detail

POUZAR, J.; KOŠŤÁL, D.; WESTERBERG, L.; NYBERG, E.; KŘUPKA, I. Labyrinth seal design for space applications. Vacuum, 2025, vol. 232, no. 2, p. 1-10. ISSN: 0042-207X.
Detail

PAROBKOVÁ, V.; MALEČEK, L.; ZEMEK, M.; KALČÍKOVÁ, G.; VYKYPĚLOVÁ, M.; BUCHTOVÁ, M.; ADAMOVSKÝ, O.; ZIKMUND, T.; KAISER, J. Advancing microplastic detection in zebrafish with micro computed tomography: A novel approach to revealing microplastic distribution in organisms. JOURNAL OF HAZARDOUS MATERIALS, 2025, vol. 488, no. 5, p. 1-12. ISSN: 1873-3336.
Detail

RANUŠA, M.; ODEHNAL, L.; KUČERA, O.; NEČAS, D.; HARTL, M.; KŘUPKA, I.; VRBKA, M. Effect of Surface Texturing on Friction and Lubrication of Ti6Al4V Biomaterials for Joint Implants. Tribology Letters, 2025, vol. 73, no. 1, p. 1-18. ISSN: 1023-8883.
Detail

ZÁLEŠÁK, M.; KLIMEŠ, L.; CHARVÁT, P.; ŠPILÁČEK, M. Complex 3D-Printed Heat Transfer Surfaces: An Assessment and Comparison of Tools for Implicit Geometry Modelling. Chemical Engineering Transactions, 2024, vol. 94, no. 1, p. 229-234. ISSN: 2283-9216.
Detail

Jan Bajer; Miroslav Hrstka; Zahra Sharif Khodaei; M.H. Aliabadi; Zdenek Hadas. Geometry Optimization of a Highly Flexible Gradient Metamaterial Structure Using a Differential Evolution Algorithm. In 2024 21st International Conference on Mechatronics - Mechatronika (ME). 21. Brno, Czech Republic: IEEE, 2024. p. 186-191. ISBN: 979-8-3503-9490-0.
Detail

SNOPIŃSKI, P.; MATUS, K.;KROL, M.;WARSKI, T.;KOTOUL, M.;BARLAK,M.;NOWAKOWSKA-LANGIER,K. Thermal stability and Ar plus ion irradiation behaviour of SLM AlSi10Mg alloy post-processed via KOBO extrusion method. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 2025, vol. 150, no. 2, p. 991-1012. ISSN: 1388-6150.
Detail

NOVÁKOVÁ, M.; BRYŠOVÁ, A.; VOKURKOVÁ, J.; MARCIÁN, P.; BORÁK, L.; KOŠKOVÁ, O. Impact of early cleft lip and palate surgery on maxillary growth in 5-and 10-Year-old patients with unilateral cleft lip and palate: a cross-sectional study. BMC Oral Health, 2024, vol. 24, no. 1, p. 1316 ( p.)ISSN: 1472-6831.
Detail

PAROBKOVÁ, V.; HOLUB, D.; KIZOVSKÝ, M.; KALČÍKOVÁ, G.; ROZMAN, U.; URÍK, M.; NOVOTNÝ, K.; SAMEK, O.; ZIKMUND, T.; POŘÍZKA, P.; KAISER, J. Raman microspectroscopy and laser-induced breakdown spectroscopy for the analysis of polyethylene microplastics in human soft tissues. Heliyon, 2024, vol. 10, no. 18, ISSN: 2405-8440.
Detail

CHAMRADOVÁ, I.; TUŠLOVÁ, K.; KADLECOVÁ, Z.; MENČÍK, P.; JANKŮ, M.; VOJTOVÁ, L. 3D/4D tisk gelů. Biomateriály a jejich povrchy XVII. České vysoké učení technické v Praze, 2024. s. 21-21. ISBN: 978-80-01-07334-6.
Detail

BIJALWAN, V.; KAŠTYL, J.; ERHART, J.; PRAJZLER, V.; TOFEL, P.; SOBOLA, D.; VELAZQUEZ, J.; GALUSEK, D.; MACA, K. Optical and electrical performance of translucent BaTiO3-BaSnO3 ceramics. CERAMICS INTERNATIONAL, 2024, vol. 50, no. 16, p. 28123-28132. ISSN: 1873-3956.
Detail

MAŘÁK, V.; DRDLÍK, D.; BIJALWAN, V.; TOFEL, P.; ERHART, J.; CHLUP, Z.; MACA, K. Effect of alumina or zirconia particles on the performance of lead-free BCZT piezoceramics. CERAMICS INTERNATIONAL, 2024, vol. 50, no. 24, p. 53491-53501. ISSN: 1873-3956.
Detail

ČÍPEK, P.; RANUŠA, M.; ODEHNAL, L.; VRBKA, M.: Simulátor opotřebení; Simulátor pro studium opotřebení malých kloubních náhrad. Laborator Biotribologie budova A3, 6. patro, místnost A3/614 Ústav konstruování Fakulta strojního inženýrství VUT v Brně. URL: https://intranet.ustavkonstruovani.cz/file-download/get-project-pdf/486. (funkční vzorek)
Detail

ČERVINEK, O.; TUCKER, M.; KOUTNÝ, D.; BAMBACH, M. Computational and experimental investigation of thermally auxetic multi-metal lattice structures produced by laser powder bed fusion. Virtual and Physical Prototyping, 2024, vol. 19, no. 1, p. 1-26. ISSN: 1745-2759.
Detail

DRDLÍK, D.; MAŘÁK, V.; KLEMENT, R.; TOFEL, P.; DRDLÍKOVÁ, K.; HADRABA, H.; CHLUP, Z. Basic microstructural, mechanical, electrical and optical characterisation of BaTiAl6O12 ceramics. BOLETIN DE LA SOCIEDAD ESPANOLA DE CERAMICA Y VIDRIO, 2024, vol. 63, no. 5, p. 368-376. ISSN: 2173-0431.
Detail

CHAMRADOVÁ, I.; TUŠLOVÁ, K.; REBENDA, D.; ČÍPEK, P.; VRBKA, M.; VOJTOVÁ, L. Synthetic Hydrogels as Cartilage Models for Biomimetic Tribological Testing. Greece, Thessaloniki: 2024. p. 152-152.
Detail

OKÁL, M.; KOŠŤÁL, D.; SAKAI, K.; KŘUPKA, I.; HARTL, M. Thickener Behaviour in Rolling Elastohydrodynamic Lubrication Contacts. Tribology Letters, 2024, vol. 72, no. 3, p. 1-16. ISSN: 1573-2711.
Detail

STREĎANSKÁ, A.; NEČAS, D.; VRBKA, M.; SUCHÁNEK, J.; MATONOHOVÁ, J.; TOROPITSYN, J.; HARTL, M.; KŘUPKA, I.; NEŠPOROVÁ, K. Understanding frictional behavior in fascia tissues through tribological modeling and material substitution. Journal of the mechanical behavior of biomedical materials, 2024, vol. 155, no. 7, p. 1-12. ISSN: 1751-6161.
Detail

VAVERKA, O.; ČERVINEK, O.; JAROŠ, J.; KOUTNÝ, D.; PANTĚLEJEV, L. Numerical and Experimental Evaluation of Structured Material for Use in Multi-scale Topology Optimization. Advanced Engineering Materials, 2024, vol. 26, no. 13, p. 1-10. ISSN: 1527-2648.
Detail

APOSTOLOPOULOS, V.; BOHÁČ, P.; MARCIÁN, P.; STANICZKOVA ZAMBO, I.; PAZOUREK, L.; MAHDAL, M.; NERADIL, J.; NÁVRAT, T.; TOMÁŠ, T. Micro-CT, Mechanical, and Histological Examination of the Effect of Local Adjuvants on Porcine Cortical Bone Following Intralesional Curettage of Bone Tumors. ANNALS OF SURGICAL ONCOLOGY, 2024, vol. 31, no. 2024, p. 6282-6290. ISSN: 1068-9265.
Detail

PAPŠÍK, R.; ŠEVEČEK, O.; SCHLACHER, J.; BERMEJO, R. Prediction of thermal shock induced cracking in multi-material ceramics using a stress-energy criterion. Engineering Fracture Mechanics, 2024, vol. 303, no. June, p. 1-11. ISSN: 0013-7944.
Detail

DRDLÍK, D.; SOKOLOV, I.; HADRABA, H.; CHLUP, Z.; DRDLÍKOVÁ, K.; MACA, K. Sintering activation energies of anisotropic layered and particle alumina/zirconia-based composites and their mechanical response. CERAMICS INTERNATIONAL, 2024, vol. 50, no. 19, p. 37430-37440. ISSN: 1873-3956.
Detail

VOJTOVÁ, L. Advanced Nanostructured Biomaterials: From Synthesis, Structure-Property Relationships to Processing and Applications in Regenerative Medicine. Brno: 2023. p. 7-7.
Detail

CHAMRADOVÁ, I.; LYSÁKOVÁ, K.; KADLECOVÁ, Z.; VOJTOVÁ, L. Vývoj biokompatibilního “smart” hydrogelu uvolňujícího fibroblastový růstový faktor. III. česko-slovenský kongres "MEZIOBOROVÉ PŘÍSTUPY V HOJENÍ RAN“. Brno: SYMMA, spol. s r.o., 2023. s. 28-28. ISBN: 978-80-11-04155-7.
Detail

Odpovědnost: Hartl Martin, prof. Ing., Ph.D.