Парашути з отворами: інноваційний підхід до точного скидання вантажів.

Вчені розробили інноваційні парашути з вирізами за технікою кірігамі, які гарантують надзвичайну точність при доставці вантажів на землю.

Парашути рідко отримують заслужене визнання за свою роль у порятунку життів під час військових операцій, рятувальних місій та доставки гуманітарної допомоги. Однак у них є серйозний недолік: після розкриття вони повністю залежать від вітру. Ретельно прицілений пакет з ліками може легко відхилитися далеко від цілі.

Дослідники з Політехнічного університету Монреаля в Канаді та Політехнічної школи у Франції розробили оригінальне рішення: підвищити точність парашутів за допомогою розрізів. Виходячи з традиційного японського мистецтва кірігамі, яке полягає у вирізанні паперу, вони створили легкі та економічні парашути, здатні падати з вражаючою точністю.

Найдавніші згадки про справжні парашути походять з епохи Відродження. Леонардо да Вінчі зробив значний внесок у розробку парашутів, а вже в XVIII столітті почали використовувати парашути, схожі на сучасні. Що стосується кірігамі, його історія ще давніша - ця техніка відома з VII століття нашої ери. Діти часто використовують кірігамі для створення паперових сніжинок, але в останні роки інженери почали застосовувати цю техніку для розробки розтяжних конструкцій, гнучких медичних інструментів та розгортних структур для космічних місій.

Звичайні парашути функціонують завдяки захопленню повітря, тому створення отворів у них виглядає як акт саботажу. Проте, замість того щоб змінювати форму купола парашута, вчені вирішили почати з простого майларового диска та випробували різноманітні варіанти розрізів.

Основним завданням команди було подолання природної нестабільності, властивої падаючому диску. Якщо ви коли-небудь грали з фрізбі або кидали аркуш паперу, вам, напевно, відомо, як він може тріпотіти, перекидатися і рухатися непередбачувано. Щоб зрозуміти, як упоратися з цим хаосом, дослідники вирішили створити три різні типи дисків, вирізаючи їх з тонких аркушів майлару за допомогою лазера, після чого скинули їх з висоти 1,8 метра. До кожного диска був прикріплений невеликий вантаж вагою 4,5 грама в центрі.

Звичайний диск, а також диск з щільно вирізаними концентричними прорізами, поводився непередбачувано, подібно до фрізбі, що літає в повітрі. Проте інший варіант з простішим кірігамі трансформувався у перевернуту дзвоноподібну форму під дією ваги. На відміну від своїх непередбачуваних «колег», цей диск швидко знаходив рівновагу та стрімко опускався вниз.

"Одна з переваг цього парашута полягає в тому, що він швидко стабілізується і не хитається, незалежно від кута випуску", -- каже Меланкон, співавтор статті. І на відміну від звичайних парашутів, він слідує суворій балістичній траєкторії спуску.

Після визначення перспективного дизайну, команда почала серію реалістичних тестувань своїх кірігамі парашутів. Вони проводили експерименти в аеродинамічній трубі, в лабораторних умовах, а також під час скидання з дрона на відкритому повітрі. У всіх випадках їхній кірігамі парашут демонстрував вражаючі результати, значно перевищуючи традиційні парашути. Цікаво, що його ефективність не залежала від розміру.

"Навіть при збільшенні розміру парашута його поведінка залишається незмінною," — зазначає Фредерік Госселін, один із дослідників. "Це вказує на можливість масштабування для більш значних застосувань."

Однак справжнім викликом виявилася точність. Парашути скидалися з висоти 16,6 метра на ціль, використовуючи нестабільний дизайн А, стабільний дизайн Б, а також звичайний парашут. Щоб ускладнити задачу, їх випускали під різними початковими кутами: абсолютно горизонтально, під кутом 45 градусів і навіть повністю на боці під 90 градусів.

Стабільні парашути дизайну Б приземлилися в щільному скупченні, більшість з них опинилися в межах метра від центру мішені, незалежно від кута запуску. Візерунок кірігамі не лише запобігав перекиданню, а й гарантував безпрецедентну точність приземлення.

Для вражаючого фіналу команда адаптувала свою ідею, щоб продемонструвати здатність впоратися з важливим вантажем. Вони створили парашут діаметром 50 см, прикріпивши до нього пляшку з водою, яку закріпили на дроні. Дрон піднявся на висоту 60 метрів і скинув вантаж. Парашут, виготовлений за технологією кірігамі, стабілізував пляшку води під час спуску, хоча швидкість все ще перевищувала ту, якою б вона була з традиційним парашутом.

Ця технологія може бути корисною для цілей від доставки посилок до дослідження інших планет. Однак дослідники кажуть, що найімовірнішим застосуванням, на яке вони дивляться, є гуманітарна допомога: доставка води, їжі та ліків. Причина в тому, що парашут надзвичайно дешевий у виготовленні. Замість складного шиття та складання, необхідного для традиційних парашутів, ці можна масово виробляти простим лазерним різанням або штампуванням візерунка на рулоні пластикової плівки.

"Ці парашути були створені за допомогою лазерного різання, але цілком підходить також і класичний штампувальний прес," - зазначає Девід Меланкон, один з авторів. "Крім того, парашут не має швів і кріпиться до вантажу лише однією стропою, що робить його легким у використанні та швидкому розгортанні."

Проте, науковці стверджують, що це лише початковий етап. Перспективи цієї технології виглядають дуже багатообіцяючими. Конструкцію можна вдосконалити, накривши прорізи кірігамі еластичною мембраною, що підвищить її опірність і ще більше сповільнить спуск. Досліджуючи більш складні асиметричні візерунки кірігамі, можливо, вдасться програмувати траєкторію парашута, спрямовуючи його точно до заданої мети.

"Ми хочемо змінити візерунки, щоб піти ще далі: парашути могли б спускатися по спіралі, наприклад, або планувати перед падінням", -- каже Меланкон. "Ми також хотіли б мати можливість змінювати траєкторію спуску залежно від вантажу, щоб вантаж можна було сортувати під час спуску парашутів на Землю. Це абсолютно новий дизайнерський проект, який відкриває безліч можливостей".

Парашути залишалися майже незмінними на протязі багатьох століть. Проте незабаром їх чекають зміни. Відповідне дослідження було опубліковане в журналі Nature.