Kawałek materiału zamieniony w koło ratunkowe zawsze budzi pewną nieufność, ponieważ jego działanie zależy od czegoś tak prostego, jak powietrze i opór, jaki stawia podczas spadania. Spadochrony działają dzięki kopule, która otwiera się i hamuje spadanie, ale ich logika wydaje się krucha: jedna dziura może zamienić kontrolowane lądowanie w nieuniknione upadek.
Jednak sama koncepcja opiera się na równowadze między lekkością a napięciem, między materiałem, który się napełnia, a próżnią, która go podtrzymuje. Ta dwoistość zainspirowała badaczy z całego świata do zrewidowania tradycyjnego projektu, aż do propozycji, które łamią najbardziej podstawowe schematy, nawet te, które dyktują, że spadochron musi pozostać nienaruszony.
Wynalazek, który zamienia kruchość w przewagę aerodynamiczną
Właśnie ta idea skłoniła grupę naukowców z Polytechnique Montréal w Kanadzie i École Polytechnique we Francji do stworzenia modelu, który zachowuje się bardziej stabilnie podczas spadania. Jak podano w artykule opublikowanym w Nature, zespół wyprodukował spadochrony oparte na japońskiej sztuce wycinania papieru, kirigami, i sprawdził, że strategiczne wycięcia w arkuszu plastiku sprawiają, że opadanie jest bardziej proste i przewidywalne. Jak wyjaśnił inżynier David Mélançon, spadochrony te „samoczynnie się wyrównują niezależnie od kąta rzutu i zawsze opadają pionowo”.
Grupa przetestowała różne wzory, aż znalazła najbardziej stabilny. W tym celu wycięli krążki z Mylaru o średnicy kilku centymetrów i zrzucili je z wysokości 1,8 metra z obciążeniem 4,5 grama. Projekty z koncentrycznymi nacięciami zachowywały się nieprzewidywalnie, ale model z prostym wzorem przybrał podczas opadania kształt odwróconej dzwonu, natychmiast się stabilizując. Zachowanie to utrzymywało się nawet przy zmianach rozmiaru, co potwierdziło jego skuteczność.
Od tego momentu naukowcy przeprowadzili szersze testy, najpierw w tunelu aerodynamicznym, a następnie z wykorzystaniem dronów. W jednym z najbardziej wymagających testów zrzucili spadochrony o różnych wzorach z wysokości 16,6 metra, zmieniając kąt wyjścia. Wyniki pokazały, że wzór kirigami umożliwiał lądowanie w grupie w odległości jednego metra od punktu docelowego. Precyzja została zachowana nawet przy ekstremalnych kątach nachylenia.
Eksperyment zakończył się testem na większą skalę. Naukowcy skonstruowali spadochron o średnicy pół metra, umieścili w nim butelkę wody jako ładunek i zrzucili go z drona z wysokości 60 metrów. Prędkość opadania wynosiła około 14 metrów na sekundę, w porównaniu z 34 metrami, które osiągnęłaby butelka bez hamulca. Konstrukcja ustabilizowała ciężar i utrzymała trajektorię, co dowiodło jej praktycznej skuteczności.
Dopiero po sprawdzeniu tych wyników autorzy wyjaśnili podstawę techniczną, która dała początek temu pomysłowi. Kirigami, dokumentowane w Japonii od VII wieku, polega na wycinaniu papieru w celu uzyskania trójwymiarowych kształtów. W ostatnich latach wykorzystywano je do projektowania rozkładanych konstrukcji, urządzeń medycznych i mechanizmów rozkładanych w przestrzeni. Zastosowanie tej techniki w spadochronach było niezwykłe, ale wycięta geometria pozwoliła przekształcić płaski arkusz w powierzchnię, która otwiera się pod wpływem przepływu powietrza.
Sam Mélançon zwrócił uwagę, że proces ten można przeprowadzić za pomocą prostej prasy wykrawającej, bez konieczności stosowania szwów lub sznurków. Spadochron jest połączony z obciążnikiem za pomocą jednej linki, co ułatwia jego produkcję i użytkowanie. Jego niski koszt i prostota konstrukcji sprawiają, że jest to przydatna opcja do transportu pomocy humanitarnej, żywności lub leków w trudno dostępne obszary.
Frédérick Gosselin, inny z autorów, podkreślił, że zachowanie modelu „pozostaje takie samo nawet przy zwiększeniu rozmiaru urządzenia”, co sugeruje jego potencjalne zastosowanie w zadaniach na dużą skalę. Grupa planuje pokryć nacięcia elastyczną membraną, aby zwiększyć opór powietrza i zmniejszyć prędkość spadania. Badają również asymetryczne wzory, które mogłyby kierować opadaniem, a nawet powodować spiralne trajektorie.
Wynik może zmienić sposób projektowania systemów opadania, zarówno na Ziemi, jak i podczas misji kosmicznych. Jeśli eksperyment się powiedzie, kawałek plastiku o konkretnym kształcie może zastąpić duże kopuły z tkaniny, które dominowały w XX wieku. Zabawne jest to, że po raz pierwszy spadochron staje się bardziej niezawodny właśnie dzięki otworom, które wcześniej skazałyby go na porażkę.
