Регулируемые выступы также могут помочь управлять движением автомобиля
Некоторые люди видят пиклбол и хотят его разбить. Когда несколько лет назад Анчал Сарин увидела в лаборатории соленые огурцы, она подумала о подводных лодках и самолетах. Как инженер-механик, изучающий влияние жидкостей на движение, она ничего не могла с собой поделать. Поэтому она сразу же купила воздушный шар и обернула его вокруг шарика. Это послужило вдохновением для создания нового покрытия для ускорения и управления самолетами и подводными дронами.
На поверхности есть углубления, как на мяче для гольфа. Но они регулируются. Добавьте воздуха, и ямочки разгладятся. Удалите воздух, и ямочки станут глубже.
Пояснение: Что такое трение?
В паре недавних работ Сарин и ее команда из Мичиганского университета в Анн-Арборе показали, как глубина впадин может влиять на сопротивление. Сопротивление — это сила, подобная трению, которая замедляет движение предметов в жидкости. Они также показали, как изменение некоторых — но не всех — углублений может помочь перемещать объект по воздуху, воде или другим жидкостям.
“Это классная идея”, — говорит Кристофер Дуглас из Университета Дьюка в Дареме, Северная Каролина. По его словам, дрэг — это большая проблема. “Все, что вы можете сделать, чтобы минимизировать лобовое сопротивление, — это здорово”, — говорит этот инженер-механик, который не работал над новой оболочкой.
<загрузка изображения="ленивое" декодирование="асинхронное" width="1030" height="579" src="https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2025/07/1040_dimpled_UAV_model.jpg " alt="серая сфера, напечатанная на 3d-принтере, подсвечивается снизу, чтобы показать углубления " class="wp-image-3157877" srcset="https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2025/07/1040_dimpled_UAV_model.jpg 1030 Вт, https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2025/07/1040_dimpled_UAV_model-680x383.jpg 680 Вт, https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2025/07/1040_dimpled_UAV_model-800x450.jpg 800 Вт, https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2025/07/1040_dimpled_UAV_model-330x186.jpg 330 Вт, https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2025/07/1040_dimpled_UAV_model-768x432.jpg 768 Вт" размеры="авто, (максимальная ширина: 1030 пикселей) 100 Вт, 1030 пикселей" />
При достаточном сопротивлении
Дуглас изучает поток жидкости как способ совершенствования систем, приводящих в движение транспортные средства. Он отмечает, что инженеры уже давно изменяют шероховатость поверхности, чтобы уменьшить лобовое сопротивление.
Но лобовое сопротивление — это не всегда плохо, добавляет он.
Плавники и рули направляют судно, увеличивая сопротивление в одном месте больше, чем в другом. Это подталкивает судно в нужном направлении. И здесь также могут помочь углубления, говорит Сарин. Она представляет себе транспортные средства, которые могли бы управлять, изменяя текстуру своей кожи. Это может быть дополнением к плавникам и рулям или даже вместо них.Сарин изучает, как управлять потоком жидкости вокруг объектов для достижения определенной цели, например, уменьшения лобового сопротивления.В поисках вдохновения она обратилась к животным. По ее словам, некоторые пловцы меняют текстуру своей кожи, чтобы вода обтекала их. Одна из ее любимых рыб — короткоперая акула мако. “Это самые быстрые акулы в мире”, — говорит она. “Они похожи на океанских гепардов”. Короткоперая акула мако может проплывать около 50 километров (30 миль) в час, делая еще более быстрые рывки.Инженеры подозревают, что секрет скорости этой акулы кроется в ее коже. Она покрыта крошечными зубчатыми чешуйками, называемыми зубчиками. Эти зубчики могут изменяться в одно мгновение. Когда акула плывет, все они почти вплотную прилегают к ее телу. Это позволяет уменьшить сопротивление примерно на 10 процентов. Когда акула совершает резкие повороты или изгибает свое тело, чтобы ориентироваться, зубчики двигаются — но только на некоторых участках ее тела.
“Они на самом деле ощетиниваются, что означает, что они приподнимаются”, — говорит Сарин. Зубчики могут приподниматься на целых 50 градусов. Это изменяет сопротивление кожи и обтекание ее водой. Это помогает акуле совершать быстрые повороты. Это также эффективно, потому что рыбе не нужно двигать мышцами.
Рулевое управление с углублениями
Сарин давно хотела применить эту идею к новым автомобилям. Не могли бы вы изменить их поверхность, чтобы повлиять на их движение? И вот тут-то и пригодился маринованный мяч, покрытый шариками.
Она показала один из них студенту, интересовавшемуся тем, как ямочки влияют на полет мяча для гольфа. Затем она предложила ему изучить связь между ямочками и сопротивлением.Студент и другие исследователи напечатали 3D-модели сфер с углублениями разного размера. Они были похожи на гигантские мячи для гольфа.
Пояснение: Что такое 3D-печать?
Они протестировали эти пластиковые модели в аэродинамических трубах, чтобы определить, как глубина углублений влияет на лобовое сопротивление.
Затем они напечатали твердые сферы с отверстиями. Они выглядели как маринованные шарики, только крупнее. Исследователи покрыли эти дырявые сферы эластичным материалом. Затем они прикрепили закрытые сферы к вакуумному насосу. Откачивая воздух с помощью вакуума, углубления стали глубже. Позволяя воздуху поступать обратно, они стали более мелкими.
На создание первой версии этой изменяемой кожи ушло около двух лет. Сарин вспоминает, что это было непросто. Во-первых, им пришлось очень точно регулировать глубину углубления с помощью насоса. Их эксперименты в аэродинамической трубе показали, что изменение глубины углубления всего на 0,1 миллиметра (0,004 дюйма) может снизить сопротивление мячу на 50 процентов.
“Это было очень чувствительно”, — говорит она. Весь воздух, поступающий внутрь или наружу, должен был точно контролироваться. И эта внешняя оболочка должна была быть изготовлена из подходящего материала и “абсолютно герметична”, добавляет она.
Но годы испытаний принесли свои плоды.
Ученые говорят: Подъемная сила
Данные аэродинамической трубы показали, что углубления могут создавать подъемную силу. Это сила, которая поднимает транспортное средство и изменяет его направление.
Изменяя расположение углублений, команда Сарин могла управлять не только подъемной силой мяча, но и траекторией его движения. Это побудило их исследовать, как можно использовать углубления в виде рулевого колеса.
“Мы постоянно совершенствуем этот дизайн”, — говорит она. В настоящее время исследователи работают над версией 3.0.
<загрузка iframe="ленивый" заголовок="Подвижная поверхность с углублениями, которая может изменить способ маневрирования подводных аппаратов". width="500" height="281" src="https://www.youtube.com/embed/De2VQYkdztM?feature=oembed " frameborder="0" разрешить="акселерометр; автозапуск; запись в буфер обмена; зашифрованный носитель; гироскоп; картинка в картинке; веб-ресурс для обмена" referrerpolicy="strict-origin-when-cross-origin" allowfullscreen>
Теперь перейдем к отправкам
Они также разрабатывают тесты, чтобы проверить, будет ли конструкция работать в реальных условиях, таких как обшивка какого-нибудь судна, плывущего по воздуху или воде.
Это важный следующий шаг. “Существует множество различных способов управления системой”, — говорит Дуглас из Duke. Аэродинамическая труба — это контролируемая среда, отмечает он. На открытом воздухе или в воде последствия появления ямочек на коже могут быть более трудными для прогнозирования.
“Устройство или технология, которые могут появиться в результате этой работы, будут немного сложнее, чем те, что были созданы в лаборатории», — подозревает Дуглас. Например, ямочки на обшивке могут привести к вращению автомобиля. И это может затруднить управление.
В течение следующих нескольких лет группа Сарин планирует протестировать новые прототипы в воздухе и на воде. Но их изобретения не встретишь на фарватерах, лужайках и песчаных ловушках.”Многие люди спрашивали меня: «Вы планируете запатентовать это как мяч для гольфа, который может оставаться в воздухе?» — Смеется Сарин и отвечает: «Не в ближайшее время.
