Представьте велосипедиста или горнолыжника, чья одежда сама подстраивается под встречный ветер, сокращая сопротивление и помогая быстрее пересечь финишную линию. Фантастика? Вовсе нет. Учёные Гарвардской школы инженерных и прикладных наук имени Джона А. Полсона (SEAS) создали ткань, которая способна изменять свои аэродинамические свойства прямо на теле человека.
Разработка, описанная в журнале Advanced Materials, может перевернуть не только мир профессионального спорта, но и найти применение в аэрокосмической, морской и даже строительной индустрии.
«Эффект мячика для гольфа»
Команда под руководством аспиранта-механика Дэвида Фаррелла создала материал, способный формировать на своей поверхности крошечные впадины — так называемые «ямочки» — при растяжении. Принцип здесь тот же, что и у мячика для гольфа: его неровная поверхность создаёт турбулентность, которая снижает лобовое сопротивление и позволяет лететь дальше.
Эта мягкая, эластичная ткань может растягиваться и изменять размер и форму ямочек «по запросу». В испытаниях в аэродинамической трубе исследователи добились уменьшения сопротивления воздуха до 20% — показатель, который может серьёзно сказаться на скорости спортсмена.
«Мы провели около трёх тысяч симуляций, чтобы найти оптимальные узоры ямочек. Выяснилось, что каждая форма лучше работает при определённой скорости ветра. Это как настроить аэродинамику под конкретный стиль движения», — рассказывает Фаррелл.
Практическое применение
Для создания нового материала использовался лазерный резак и термопресс. Исследователи соединили два слоя: жёсткую чёрную ткань, похожую на ремень рюкзака, и мягкий серый трикотаж, приятный на ощупь. В первом слое вырезали узор, а затем сплавили его со вторым, образовав композитную ткань.
Учёные экспериментировали с разными геометрическими узорами — квадратами, шестиугольниками, решётками — чтобы выяснить, как именно форма решётки влияет на то, как материал «ведёт себя» при растяжении.
Ключ к удивительным свойствам новой ткани — в особом решётчатом рисунке, исследованном ранее профессором Катей Бертольди и её коллегами. Обычная ткань при натяжении становится гладкой и плотной. А вот гарвардская разработка — наоборот: при растяжении она как бы «раскрывается» и образует объёмные ямочки.
«Наш материал нарушает привычные правила, — объясняет Фаррелл. — Благодаря решётчатой структуре он не стягивается, а расширяется, адаптируясь к форме тела. Мы используем принципы метаматериалов, над которыми работали последние десять лет, и впервые внедряем их в носимую технологию».
Если технология покажет себя в реальных условиях, в будущем мы можем увидеть одежду, которая будет «реагировать» на ветер и скорость, помогая спортсменам выжимать максимум из каждого движения. А возможно, и самолёты, паруса или архитектурные конструкции, чьи поверхности будут динамически менять форму для оптимальной аэродинамики.
