Một thiết kế dù mới lấy cảm hứng từ nghệ thuật cắt giấy Nhật Bản đã thu hút sự chú ý của cộng đồng công nghệ, nhưng các cuộc thảo luận nhanh chóng chuyển sang việc liệu sáng tạo này có thể xử lý được các yêu cầu thực tế ngoài những tải trọng nhỏ hay không.
Chiếc dù lấy cảm hứng từ kirigami, được phát triển bởi các nhà nghiên cứu tại Polytechnique Montréal, hứa hẹn những lần thả thẳng đứng chính xác mà không gặp vấn đề trôi dạt như các loại dù thông thường. Trong khi nghiên cứu ban đầu tập trung vào khả năng của thiết kế trong việc vận chuyển một chai nước chính xác từ độ cao 60 mét, các cuộc thảo luận cộng đồng đã tiết lộ những câu hỏi sâu sắc hơn về các giới hạn thực tế và những khả năng thú vị.
Thông số thử nghiệm hiện tại:
- Độ cao thả: 60 mét
- Trọng lượng tải trọng: ~0.8 kg (chai nước tiêu chuẩn)
- Vật liệu thử nghiệm: Nhựa, giấy, tấm các-tông
- Phương pháp sản xuất: Cắt laser với các mẫu kirigami
Thách Thức Mở Rộng Quy Mô Chiếm Ưu Thế Trong Thảo Luận Kỹ Thuật
Mối quan ngại cấp bách nhất được cộng đồng đưa ra tập trung vào việc liệu những chiếc dù này có thể xử lý được các tải trọng nặng hơn hay không. Các nhà phê bình chỉ ra rằng các nguyên lý khí động học không tỷ lệ tuyến tính, việc làm chậm các vật thể nhẹ rất dễ dàng nhưng việc vận chuyển an toàn hàng hóa lớn hoặc con người lại khó khăn hơn nhiều. Việc thử nghiệm hiện tại chỉ liên quan đến một chai nước tiêu chuẩn nặng khoảng 0,8 kilogram, để lại những khoảng trống đáng kể trong việc hiểu thiết kế hoạt động như thế nào với các gói hàng 2 kilogram hoặc con người nặng 80 kilogram.
Câu hỏi về mở rộng quy mô này không chỉ mang tính học thuật. Đối với các dịch vụ giao hàng bằng drone hoặc các hoạt động viện trợ nhân đạo, khả năng xử lý an toàn các kích cỡ tải trọng khác nhau quyết định việc liệu công nghệ có chuyển từ sự tò mò trong phòng thí nghiệm thành giải pháp thực tế hay không.
Mối quan ngại về việc mở rộng quy mô:
- Tải trọng đã thử nghiệm: 0.8 kg ✓
- Mục tiêu giao hàng bưu kiện: 2+ kg ❓
- Mục tiêu trọng lượng con người: 80 kg ❓
- Mở rộng quy mô khí động học: Mối quan hệ phi tuyến tính giữa kích thước và hiệu suất
Bản Thiết Kế Của Tự Nhiên Mang Lại Những Hiểu Biết Bổ Sung
Các thành viên cộng đồng đã rút ra những điểm tương đồng hấp dẫn giữa thiết kế kirigami và các hệ thống tự nhiên đã giải quyết những vấn đề tương tự. Hạt bồ công anh đạt được độ ổn định đáng chú ý thông qua cấu trúc xốp của chúng, với độ xốp thay đổi từ trung tâm ra rìa - ít xốp hơn gần trung tâm để tăng dòng chảy cắt và tăng cường xoáy ổn định. Khái niệm độ xốp phân cấp này có thể cải thiện thiết kế dù kirigami.
Thậm chí còn thú vị hơn, hành vi bay bằng khí cầu của nhện sử dụng nhiều sợi tơ đẩy lẫn nhau bằng tĩnh điện, tạo ra những khoảng trống tương tự như cấu trúc hạt bồ công anh. Những ví dụ tự nhiên này gợi ý rằng phương pháp kirigami khai thác các nguyên lý khí động học cơ bản mà quá trình tiến hóa đã tối ưu hóa.
So sánh cảm hứng từ tự nhiên:
- Hạt bồ công anh: Độ xốp trên 85% với mật độ phân bậc (trung tâm ít xốp hơn, các cạnh xốp hơn)
- Nhện bay bằng tơ: Nhiều sợi tơ đẩy nhau về mặt tĩnh điện tạo ra các khoảng trống khí động học
- Hạt phong/hạt sung: Cấu trúc cánh quay để điều khiển quá trình rơi xuống
Sự Đơn Giản Trong Sản Xuất Mở Ra Những Khả Năng Mới
Những ưu thế sản xuất của thiết kế đã khơi dậy các cuộc thảo luận về những ứng dụng không thông thường ngoài việc giao hàng đơn giản. Các loại dù có thể được làm từ những vật liệu cơ bản như nhựa, giấy hoặc bìa cứng chỉ bằng cách cắt laser - không cần lắp ráp phức tạp.
Cần rất ít lao động thủ công. Chúng tôi đã làm dù từ các tấm nhựa, giấy hoặc bìa cứng. Chúng tôi cần một tấm vật liệu có độ cứng nhất định, chỉ thế thôi.
Sự đơn giản này đã dẫn đến những suy đoán về các ứng dụng trong thể thao mạo hiểm, nơi mà các loại dù truyền thống có thể hỏng một cách thảm khốc. Các thiết kế kirigami mô-đun có thể cung cấp các chế độ hỏng hóc phân cấp hơn, có khả năng làm cho các hoạt động nguy hiểm như nhảy dù hoặc dù lượn an toàn hơn thông qua khả năng kiểm soát và sửa chữa tốt hơn.
 |
|---|
| Một thiết kế giày sáng tạo tượng trưng cho tiềm năng của các công nghệ mới, giống như tính đơn giản trong sản xuất của dù kirigami |
Các Ứng Dụng Tương Lai Vẫn Đầy Hứa Hẹn Bất Chấp Những Hạn Chế
Trong khi các câu hỏi về mở rộng quy mô vẫn tồn tại, cộng đồng nhìn thấy những ứng dụng rõ ràng trong thời gian tới. Các phiên bản làm từ giấy có thể cách mạng hóa việc giao hàng bằng drone nhỏ, cung cấp các hệ thống thả chính xác có thể phân hủy sinh học. Việc bổ sung các bề mặt điều khiển linh hoạt có thể cung cấp độ chính xác hạ cánh thậm chí tốt hơn trong khi vẫn duy trì các lợi ích ổn định cốt lõi.
Nghiên cứu này đại diện cho một giao điểm thú vị giữa nghệ thuật cổ xưa, cảm hứng tự nhiên và kỹ thuật hiện đại. Cho dù nó có mở rộng quy mô để biến đổi các ngành công nghiệp lớn hay tìm thấy thành công trong các lĩnh vực chuyên biệt, chiếc dù kirigami chứng minh cách nhìn ra ngoài các phương pháp truyền thống có thể mang lại những giải pháp bất ngờ cho những vấn đề dai dẳng.
Tham khảo: Kirigami-inspired parachute falls on target
 |
|---|
| Xoáy màu sắc rực rỡ tượng trưng cho sự đổi mới năng động và các ứng dụng tương lai tiềm năng của thiết kế dù lấy cảm hứng từ kirigami |