تصور کنید که لباس دوچرخه‌سواری یا لباس اسکی را به گونه‌ای طراحی کنند که با تغییرات باد به‌طور خودکار تنظیم شود. اکنون، این ایده نوآورانه با کمک توسعه پارچه‌ای هوشمند توسط پژوهشگران دانشکده مهندسی و علوم کاربردی هاروارد جان ای. پالسون(SEAS) به واقعیت نزدیک شده است.

این پارچه هنگام کشش، گودی‌های کوچکی مشابه گودی‌های روی توپ گلف ایجاد می‌کند که می‌تواند مقاومت هوا را تا ۲۰ درصد کاهش دهد و به کاربر کمک کند آیرودینامیک‌تر شود.

نتایج این پژوهش می‌تواند تاثیرات قابل‌توجهی بر ورزش‌های پرسرعت مانند دوچرخه‌سواری، اسکی و اسکیت سرعت داشته باشد و همچنین در صنایع هوافضا، دریایی و مهندسی عمران موثر واقع شود.

این پژوهش تحت رهبری دیوید فارل، دانشجوی دکترای مهندسی مکانیک و با همکاری اساتید، کاتیا برتولدی و کانر والش انجام شده است. فارل در زمینه دینامیک سیالات و متامواد، یعنی مواد مهندسی‌شده با خواص خاص، تخصص دارد.

وی گفت: هدف پژوهش کنونی این بود که پارچه‌ای طراحی کنیم تا بتواند سطح خود را به‌طور پویا تغییر دهد و عملکرد را بهینه کند، مشابه توپ گلف که با استفاده از گودی‌هایش برای حرکت در مسیر دورتر بهتر عمل می‌کند.

توپ‌های گلف به‌خوبی در هوا حرکت می‌کنند زیرا گودی‌های آن‌ها جریان هوا را کنترل کرده و تلاطم‌های کوچک و کنترل‌شده‌ای ایجاد می‌کنند که کشش را کاهش می‌دهد. گروه پژوهشی هاروارد نیز از همین اصل برای طراحی لباس استفاده کرده است.

این منسوجات از دو لایه، یک لایه سفت و مشکی شبیه به بند کوله‌پشتی و یک لایه خاکستری نرم‌تر و انعطاف‌پذیر تشکیل شده‌اند. پژوهشگران با استفاده از برش لیزری و پرس حرارتی، الگوهای هندسی مانند مربع و ۶ ضلعی را در لایه سفت ایجاد کردند و آن را به لایه نرم پیوند دادند. وقتی پارچه کشیده شود، این الگوها باعث ایجاد گودی‌های ریزی در سطح آن می‌شوند. پژوهشگران در آزمایش‌های تونل باد دریافتند که تغییر اندازه و شکل این گودی‌ها، نحوه جریان هوا را در اطراف پارچه تغییر می‌دهد.

آنان با انجام ۳۰۰۰ شبیه‌سازی رایانه‌ای، الگوهای خاصی از فرورفتگی‌ها را شناسایی کردند که در سرعت‌های مختلف باد بهترین عملکرد را دارند.

فارل توضیح داد: طرح‌های خاصی از فرورفتگی برای محدوده‌های سرعت خاصی بهینه شده‌اند و می‌توانیم پارچه را طوری تنظیم کنیم که به ورزشکاران یا حتی هواپیماها کمک کند تا با توجه به شرایط خود کارآمدتر حرکت کنند.

کلید این نوآوری در الگوی شبکه‌ای آن نهفته است که برتولدی و همکارانش سال‌ها بر روی آن تحقیق کرده‌اند. معمولا وقتی پارچه کشیده شود، صاف و سفت می‌شود، اما این ساختار شبکه‌ای ویژه پژوهش کنونی موجب می‌شود ماده به جای صاف شدن، به سمت بیرون منبسط شود و حتی وقتی در اطراف سطوح منحنی مانند بازوها یا پاها کشیده می‌شود، فرورفتگی‌های آیرودینامیکی ایجاد کند.

فارل گفت: کامپوزیت نساجی ما قوانین سنتی رفتار پارچه را زیر سوال می‌برد. ما مفاهیم طراحی مواد پیشرفته را گرفته و آن‌ها را به فناوری پوشیدنی تبدیل می‌کنیم که پیش از این وجود نداشته است.

سایت ساینس گزارش کرد: این پارچه هوشمند می‌تواند به تولید لباس‌هایی منجر شود که به‌طور لحظه‌ای با شرایط باد سازگار شوند و سفت، شل شده یا تغییر شکل می‌دهند. در آینده، این نوآوری ممکن است به ورزشکاران کمک کند تا ثانیه‌های ارزشمندی برای خود به دست آورند، مصرف سوخت در حمل و نقل را کاهش دهند یا الهام‌بخش طرح‌های جدیدی در همه چیز از لباس‌های ورزشی گرفته تا بال‌های هواپیما باشند.

نتایج این تحقیق در نشریه «مواد پیشرفته»(Advanced Materials) منتشر شده است.

انتهای پیام