یک دیسک پلاستیکی ساده با برش الگویی می‌تواند کاری انجام دهد که معمولاً چترهای نجات در انجام آن موفق نیستند؛ یعنی سقوط تقریباً کاملاً مستقیم. در آزمایش‌های مکرر، این دیسک نازک میلار در میانه هوا پایدار شد و از ارتفاع ۵۴ فوتی با خطای کمتر از یک متر به هدف رسید، حتی در شرایط بادخیز داخل و خارج از محیط.
این پژوهش توسط «دیوید ملانسون»، استادیار مهندسی مکانیک در پلی‌تکنیک مونترال کانادا هدایت شده است. تیم او با همکاری مهندسان مدرسه پلی‌تکنیک فرانسه، یک صفحه تخت را به چتری با شکل زنگوله‌ای وارونه تبدیل کردند که برخلاف چترهای معمولی، در باد جانبی منحرف نمی‌شود و به‌طور مستقیم پایین می‌آید.
برشی که چتر نجات را مستقیم پایین می‌فرستد
مهندسان برای این طراحی جدید از هنر «کیریگامی» – هنر ژاپنی برش کاغذ – الهام گرفتند. در این روش، به‌جای دوخت پارچه و بند، یک الگوی بسته حلقه‌ای با لیزر روی دیسک میلار ایجاد شد و وزنه کوچکی در مرکز آن نصب کردند.
ماده اصلی دیسک، میلار است؛ نوعی فیلم پلاستیکی پلی‌استری محکم که در بادبادک‌ها و بالن‌ها استفاده می‌شود و در برابر کشش مقاوم است. میلار هنگام برش لیزری، الیاف سست یا لبه‌های خراب ایجاد نمی‌کند و شکل خود را به‌خوبی حفظ می‌کند.
این برش‌ها باعث می‌شود دیسک هنگام عبور جریان هوا پف کرده و شکلی شبیه به زنگوله وارونه پیدا کند. این ساختار در مسیر صحیح سخت و در نقاط لازم انعطاف‌پذیر است، بنابراین مسیر سقوط را مستقیم می‌سازد.
چگونه چتر نجات در مسیر مستقیم باقی می‌ماند؟
شکاف‌های ایجادشده، میزان نفوذپذیری هوا را افزایش می‌دهند. همچنین انعطاف‌پذیری بیشتری اضافه می‌کنند تا بخش‌های مختلف دیسک تا جایی بچرخند که نیروها متعادل شوند. نتیجه، پایداری بیشتر در آغاز سقوط است.
این پدیده «پیکربندی مجدد ناشی از جریان هوا» نام دارد؛ تغییر شکلی که بر اثر برخورد هوا ایجاد می‌شود. این تغییر شکل باعث کاهش رشد درگ با افزایش سرعت می‌شود. در نتیجه دیسک با جریان هوا هم‌راستا شده و از چرخش و تاب خوردن جلوگیری می‌کند، و محموله آویزان نیز نوسانات شدید نخواهد داشت.
پس از رسیدن سیستم به حالت پایدار، سرعت سقوط به سرعت نهایی یا ترمینال می‌رسد؛ یعنی لحظه‌ای که نیروی درگ و وزن با هم برابر می‌شوند. این چتر نجات کمی سرعت را قربانی می‌کند اما کنترل بسیار بیشتری ارائه می‌دهد، و این موضوع در شرایط متغیر باد یا زاویه رهاسازی اهمیت زیادی دارد.
این رفتار در نمونه‌های کوچک به اندازه کف دست تا نمونه‌های نیم‌متری ثابت ماند. تغییر اندازه، اثر خودمرکزی یا مسیر عمودی تمیز را مختل نکرد.
شواهدی که ثابت می‌کند طراحی جدید مؤثر است
در آزمایشگاه، محققان سه دیسک میلار را آزمایش کردند؛ یکی بدون برش، یکی با حلقه‌های متعدد، و دیگری با الگوی ساده حلقه بسته. تنها طراحی سوم بود که بلافاصله پایدار شد و در سقوط‌های مکرر با دقت بالا، حدود یک متر از هدف فاصله داشت.
در ادامه، آزمایش‌های تونل باد و رهاسازی بیرونی با استفاده از پهپادی که بطری آب حمل می‌کرد از ارتفاع حدود ۲۰۰ فوت انجام شد. چتر نجات دوباره وارد حالت سقوط پایدار با انحراف جانبی بسیار کم شد، و حتی زمانی که پهپاد کج رها شد، چتر به‌سرعت مستقیم شد.
«این چتر همیشه دوباره هم‌تراز شده و مستقیم پایین می‌آید.» – ملانسون
در تست ۵۴ فوتی داخل سالن، رهاسازی با زاویه‌های ۰، ۴۵ و ۹۰ درجه انجام شد. با وجود اختلاف زاویه‌ها، ناحیه فرود بسیار محدود باقی ماند، که این موضوع فرآیند هدف‌گیری را در فضاهای کوچک ساده‌تر می‌کند.
چرا چتر نجات دقیق اهمیت دارد؟
اکثر چترهای نجات به پارچه دوخته‌شده، بند، و بسته‌بندی حرفه‌ای نیاز دارند. اما این طرح تنها یک ورق نازک است که با لیزر یا قالب برش داده می‌شود و سپس به یک خط متصل می‌شود. این فرآیند ساده، هزینه تولید را کاهش داده و امکان تولید انبوه در کارگاه‌های معمولی را فراهم می‌کند.
انحراف کمتر به‌معنی کاهش خطر گم شدن بسته‌ها در باد است. برای گروه‌های امدادی، این موضوع به‌معنی رسیدن آب، غذا یا دارو دقیقاً به دست افراد نیازمند است، نه پراکنده شدن در زمین یا رودخانه؛ و همچنین کاهش عملیات خطرناک بازیابی محموله‌ها.
چون این روش مبتنی بر الگو است، می‌توان آن را برای وزن‌های مختلف بدون طراحی کامل یک سایبان جدید، سفارشی کرد. نبود گره، درز و پیچیدگی، احتمال خرابی را در شرایط سخت کاهش می‌دهد.
برش‌های این چتر می‌توانند روی رول‌های پلاستیک با ابزارهای رایج هزاران بار تکرار شوند. همین موضوع امکان ساخت چترهای نجات یک‌بارمصرف یا قابل بازیافت برای عملیات اضطراری یا کیت‌های آموزشی کلاس درس را فراهم می‌کند.
گام‌های بعدی در توسعه طراحی جدید چتر نجات
تیم پژوهشی معتقد است با پوشاندن شکاف‌ها با یک لایه نرم و کشسان، می‌توان سرعت سقوط را کمتر کرد، بدون اینکه رفتار خودترازکنندگی از بین برود. این قابلیت برای محموله‌های حساس یا تجهیزات علمی مناسب است.
همچنین اشاره می‌کنند که «مسیر بالستیک» – مسیر نزدیک به خط مستقیم ناشی از گرانش – می‌تواند با برش‌های نامتقارن کنترل شود. این موضوع امکان ایجاد سقوط مارپیچی یا سر خوردن کوتاه بدون نیاز به موتور را فراهم می‌کند.
این چترها برای وزن‌های کوچک و ارتفاع‌های کوتاه طراحی شده‌اند، نه برای انسان یا ورود از ارتفاع بسیار بالا. اما برای پهپادها، حسگرها، و بسته‌های امدادی، ترکیب سادگی و دقت بسیار ارزشمند است.
این مطالعه در مجله Nature منتشر شده است.
اگر این فناوری نوآورانه برای شما جذاب بود، تجربه و نظر خود را در بخش کامنت‌ها بنویسید یا این مقاله را با دوستانتان به اشتراک بگذارید.
