Використовуючи японське мистецтво вирізання паперу, вчені заново винайшли точні парашути

Парашутисти рідко отримують належне. Вони перетворюють смертельні падіння на пологі спуски, рятуючи життя в зонах бойових дій, рятувальні місії та навіть доставляючи гуманітарну допомогу. Але у них є один недолік: коли їх випускають, вони залишаються на милість вітру. Ретельно націлена упаковка таблеток може легко промахнутися.

Тепер дослідники з канадської Монреальської політехніки та французької Політехнічної школи винайшли розумний спосіб: зробити парашути точніше розрізаючи їх. Надихаючись кірігамі (японським мистецтвом вирізання з паперу), вони створили легкі, недорогі парашути, які падають із надзвичайною точністю.

Рішення задачі про парашут

Перші свідчення про справжні парашути датуються епохою Відродження. Леонардо да Вінчі зробив важливий внесок у конструювання парашутів, і в 18 столітті парашути сучасного типу вже використовувалися. Кірігамі є ще давнішим, починаючи з 7 століття нашої ери. Діти використовують його для виготовлення паперових сніжинок, але нещодавно інженери використовували його для створення розширюваних конструкцій, гнучких медичних пристроїв і розгортаних космічних структур. Але кірігамі та парашути, здається, погано поєднуються.

Звичайні парашути працюють, забираючи повітря, тому прорізування отворів у них звучить як саботаж. Але замість того, щоб модифікувати купол парашута, дослідники почали з простого лавсанового диска та експериментували з вирізаними візерунками.

Головним завданням для них було подолання внутрішньої нестабільності зруйнованого диска. Якщо ви коли-небудь кидали фрісбі або шматок паперу, ви, мабуть, бачили, як таке трапляється: вони підстрибують, підстрибують і несподівано тонуть. Щоб зрозуміти, як контролювати цей безлад, команда лазером вирізала три різні типи дисків із тонких листів лавсану та скинула їх з висоти 1,8 метра, прикріпивши до центру невелику вагу 4,5 грама.

Простий диск або щільний диск з концентричними отворами впав несподівано, так само, як фрісбі впав би в повітрі. Але інший дизайн із простим візерунком кірігамі під час зважування перетворився на форму перевернутого дзвона. На відміну від своїх незграбних побратимів, цей диск миттєво стабілізувався і впав прямо вниз.

«Одна з переваг цього парашута полягає в тому, що він швидко стабілізується і не піднімається, незалежно від кута випуску», — говорить Мелансон, співавтор статті. І на відміну від звичайних парашутів, він слідує строго за балістичною траєкторією зниження.

Випробування

Після приземлення на багатообіцяючу конструкцію команда піддала свої парашути кірігамі серії більш реалістичних випробувань. Вони випробували конструкцію в аеродинамічній трубі, в лабораторії та за допомогою падіння з безпілотника. У всіх випадках парашути кірігамі вели себе дуже добре, порівнянно зі «звичайними» парашутами. Крім того, поведінка не залежала від розміру.

Фредерік Госселін, один з авторів дослідження, каже: “Поведінка парашута не змінюється навіть при збільшенні розміру пристрою. Це показує, що його можна збільшити для більших застосувань”.

Однак фактичний тест був точним. Вони скинули парашути на основі нестабільної конструкції A, стійкої конструкції B і малих звичайних парашутів з висоти 16,6 метрів (приблизно 54 фути) на нижчу ціль. Щоб зробити це ще складніше, вони випускали їх під різними початковими кутами: повністю плоскими (0 °), похилими (45 °) і навіть повністю на боці (90 °).

Конструкція B фіксувала парашути в щільній групі, майже всі приземлялися в межах метра, незалежно від кута випуску. Візерунок кірігамі не тільки запобігав помилкам; забезпечувала безпрецедентну точність посадки.

Для фіналу команда розширила свою концепцію, щоб довести, що вона може працювати зі значним корисним навантаженням. Змайстрували парашут діаметром півметра, прикріпили пляшку з водою та прикріпили до дрона. Дрон піднявся на висоту 60 метрів (близько 200 футів) і випустив корисний вантаж. Парашут кірігамі стабілізував склянку води під час спуску, хоча швидкість була вищою, ніж у звичайних парашутів.

Чому це важливо?

Ця технологія може бути корисною для цілей, починаючи від транспортування пакетів до дослідження інших планет. Однак дослідники кажуть, що найбільш вірогідною програмою, яку вони мають на увазі, є гуманітарна допомога: доставка води, їжі та медикаментів. Причина в тому, що зробити парашут надзвичайно дешево. Замість складного шиття та складання, необхідних для традиційних парашутів, їх можна масово виробляти за допомогою лазерного різання або вирізання малюнка на рулоні пластикової плівки.

«Ми виготовили ці парашути за допомогою лазерного різання, але звичайна пресова матриця підійде так само добре», — пояснює Девід Мелансон, один із співавторів. «Крім того, парашут безшовний і прикріплений до корисного вантажу за допомогою підвіски, що робить його легким у використанні та розгортанні».

Але дослідники кажуть, що це лише початок. Майбутнє цієї технології широко відкрите. Конструкцію можна додатково вдосконалити, вкривши отвори кірігамі м’якою розтяжною мембраною, щоб збільшити опір і зробити спуск ще повільнішим. Вивчаючи більш складні та асиметричні візерунки кірігамі, можна навіть запрограмувати всю траєкторію парашута, спрямовуючи його певним чином до мети.

«Ми хочемо змінити шаблони, щоб піти ще далі: парашути можуть опускатися по спіралі або відскакувати перед падінням», — каже Мелансон. «Ми також хочемо мати можливість змінювати траєкторію спуску залежно від корисного вантажу, щоб корисний вантаж можна було відокремити, коли парашути приземляються. Це абсолютно нова конструкція, яка відкриває багато можливостей».

Парашути майже не змінилися протягом століть. Незабаром вони можуть оновитися.

Дослідження в природа.

Ця стаття спочатку з’явилася в жовтні 2025 року та була оновлена ​​з незначними виправленнями стилю перед публікацією.