Japon modeline göre mühendislik: Bu paraşüt kesilir, katlanmış

Ortada delikli bir disk – ne olmuş yani? İlk bakışta, hiçbir şey “doğa” dergisinde neden basit bir plastik filmden bahsedildiğini göstermez. Ancak bir şişe takar ve paketi belirli bir yükseklikten atarsanız, tuhaflığı hemen ortaya çıkar: disk yeni bir paraşüt türüdür.

Model, Makine Mühendisliği Departmanında profesörler olan David Mélançon ve Frédérick Gosselin liderliğindeki Polytechnique Montreal'deki bir projede geliştirildi. Bu paraşüt, Kirigami-Art'a göre “kapalı döngü” deseninde kesilen plastik bir filmden oluşur.

Kullanılan desen filme yeni mekanik özellikler verir. Serbest sonbaharda, ortada bir nesne eklendiğinde havadar çan olmasına rağmen, baş aşağı şeklini alır. Disk açılır ve açılır -üç boyutlu kaba bir güvenlik ağına dönüşür.

Kaba bir güvenlik ağı

Gosselin, “Ters çan şekli Kirigami deseninin yuvalarını uzatıyor ve havayı çok sayıda küçük açıklıktan akmaya zorluyor.” “Bu, hava akışının, öngörülebilir bir yörüngeye yol açan büyük kaotik omurlar olmadan düzenli kaldığı anlamına gelir.”

Kirigami, bir maddi filmin mekanik özelliklerinin tam olarak katlanarak ve kesilmesiyle değiştirildiği bir teknik anlamına gelir. Çocuklar kağıttan dekoratif kar taneleri yapmak için beklenmedik bir şekilde başvuruyorlar ve mühendisler bunları zaten esnek yapılar, esnek tıbbi cihazlar ve geliştirilebilir uzamsal yapılar oluşturmak için kullandılar.

Bununla birlikte, Kirigami teknikleri henüz paraşüt üretimine aktarılmamıştır. Politechnique Montréal'deki dört meslektaşı, bunu Paris'teki école Polytechnique profesörü Sophie Ramananarivo ile işbirliği içinde değiştirdi. Beş kişilik ekip, sonbaharda rüzgar tarafından yayılan veya girdap olan bitki tohumu ve yapraklarından da ilham aldı.

İlk olarak, ekip çeşitli Kirigami disklerinin vaka hareketini odakta inceledi: desenin gelişmiş form üzerindeki etkisi ve yan tarafa sürüklenme. Rüzgar tünelinde, yapıların nasıl geliştiğini ve hava direncinin ne olduğunu deneysel olarak test etti. Daha sonra araştırmacılar, bir hava akışında kapalı Kirigami disklerinin yeniden yapılandırılmasını programlamak için kesin analiz modelleri geliştirdiler. Son olarak, Kirigami'den esinlenen parentes farklı boyutlar, kalınlıklar ve şekillerde inşa edildi ve uçuş özellikleri karakterize edildi.

Kanada tasarımının şu anda “Nature” dergisinde sunulduğu uzman makalenin yazarlarından Mélançon, “Bu paraşütün bir avantajı, tetik açısından bağımsız olarak hızlı bir şekilde dengelenmesi ve devrilmemesidir” diyor. “Ve geleneksel paraşütlerin aksine, katı bir balistik soyundan geliyor.”

Polytechnique Montréal ekibi, bu özelliklerin uzak bölgelerdeki parsel teslimatından Mars araştırmasına kadar değişen bir dizi uygulama için yararlı olabileceğine inanıyor. Ona göre, yakın gelecekte en olası ve pratik uygulama, su, gıda ve ilaçların insani yardım teslimatlarında yatmaktadır. Böyle bir paraşüt için üretim maliyetlerinin nispeten düşük olması bir avantajdır.

Kirigami paraşütünün bir diğer önemli avantajı, hafif mevcut malzemeler ve cihazlarla düşük maliyetlerle yapılabilmesidir. Mélançon, “Temel olarak, sadece bir kağıt veya plastik, bir lazer veya bir delme makinesine ihtiyacınız var,” diyor Mélançon. “Dikiş gerekmez ve montaj çok basittir.”

Ve sadece birkaç dakika sürüyor. Mélançon, “Paraşütlerimizi lazer kesimiyle yaptık, ancak basit bir delme makinesi de yeterli olurdu.” “Buna ek olarak, paraşüt kesintisizdir ve yüke tek bir süspansiyon hattı ile bağlanır, bu da kullanmayı ve kullanmayı kolaylaştırır.”

Araştırmacılar, konseptlerini bilgisayardaki simülasyonlar, rüzgar tüneli testleri ile test ettiler, enstitü binasına bir hedef ve saha denemeleri üzerinde düştü – 60 metreye kadar düşmesine rağmen, bir su şişesi inişsiz bir şekilde indi. Bu nedenle karşılık gelen bir yük, herhangi bir sorun olmadan yapılabilir, ustaca kesilmiş, 21.5 ve 25 santimetre yarıçaplı sadece birkaç milimetre kalınlığında disk yeterli olacaktır.

Beyinli serbest düşüş

Yük, bir test serisi bir şişe ve bir ivmeölçerden oluşuyordu, diğer durumlarda bir GoPro kamera seyahat etti, bu da 80 gram ağırlığında bir paraşüt tarafından 654 gram kaynaklı bir yük ile sonuçlandı. Ekibe göre, sonuçlar hala geliştirilmesi gereken önemli bir potansiyeli göstermektedir. Frédérick Gosselin, “Cihazın boyutu büyütüldüğünde paraşütün davranışı bile değişmiyor” diyor. “Bu, daha büyük uygulamalar için ölçeklenebileceğini gösteriyor.”

Yardım mallarının teslimatını simüle etmek için, araştırmacılar 50 santimetre genişliğinde Kirigami diski 60 metreden bir su şişesi attılar. Saniyede 14,1 metre hesaplanmış bir son hız ile gerçekleştirildi. Kontrolsüz ücretsiz durumda, saniyede 34.3 metre olacaktır.

Polytechnique Montreal'in araştırma ekibi, paraşütleri farklı ve yeni özelliklerle donatmak için yeni kalıplar tasarlamak için çalışıyor. Mélançon, “Daha da ileri gitmek için kalıpları değiştirmek istiyoruz: paraşütler, örneğin, düşmeden önce spiral olarak düşebilir veya kayabilir” diye açıklıyor Mélançon.

Ayrıca, yüke bağlı olarak sözde lavabo yörüngesini, yani yörüngeyi değiştirmek istersiniz, böylece yük batırılırken bile sıralanabilir. “Bu tamamen yeni bir tasarım yaklaşımı,” diyor Mélançon, “çeşitli seçenekler açıyor.”

Bu çalışmada Mélançon ve meslektaşları kapalı döngü Kirigami modeline odaklanmaktadır. Bununla birlikte, geometrik parametre spektrumunun asimetrik, kirallar veya hiyerarşik desenler gibi diğer tasarımlara genişlemesi, paraşütlerin tüm vaka yörüngesini programlamayı mümkün kılabilir.

Buna ek olarak, Kirigami'den ilham alan ebeveynlerin son hızı hala azaltılabilir: gözenekliliğin etkilerini sınırlamak için araştırma ekibine göre, kesintileri yumuşak ve son derece esnek bir membran ile kaplayarak.

Unutmamak için: Origami, araştırmacılar makalelerinin sonunda bunu andırıyorlar. Ona göre, bu geleneksel ve sanatsal katlanma teknolojisi Kirigami paraşüt uzay tasarrufunu toplamak için kullanılabilir.

Sonja Kastilan, 25 yılı aşkın bir süredir bilim gazetecisi olarak çok çeşitli tıp ve yaşam bilimleri konularını sürdürüyor. İlaçların yakında Drone ve Kirigami paraşütü tarafından uzak bölgelere verilebileceği fikrinden etkileniyor.