Die Technologie hinter modernen Fallschirmen, die für den Einsatz von Hitzeschilden von Raumfahrzeugen bis hin zu verlangsamenden Drohnen von entscheidender Bedeutung ist, ist überraschenderweise auf Kirigami zurückzuführen, eine alte japanische Kunst des Papierfaltens und -schneidens. Das ist kein poetischer Zufall; Die genaue Geometrie, wie sich diese Fallschirme entfalten, ist direkt von den mathematischen Prinzipien dieses jahrhundertealten Fluggeräts inspiriert.
Wie Kirigami-Prinzipien auf die Weltraumtechnologie anwendbar sind
Kirigami unterscheidet sich von Origami (das sich nur faltet) durch die Einbeziehung von Schnitten in das Design. Diese Schnitte sind nicht zufällig; Sie ermöglichen eine äußerst kontrollierte Entfaltung der Materialien und maximieren die Oberfläche bei minimalem Gewicht. Dies ist für Fallschirme von entscheidender Bedeutung, da das Ziel darin besteht, den Widerstand – den Widerstand von Luft oder Flüssigkeit, der ein sich bewegendes Objekt verlangsamt – so effizient wie möglich zu erzeugen.
Ingenieure, insbesondere Maschinenbauingenieure, wenden diese Prinzipien an, wenn sie einsetzbare Strukturen für Weltraummissionen entwerfen. Ein Paradebeispiel ist der Hitzeschild für den Perseverance-Rover auf dem Mars. Dieser Schild nutzte ein Kirigami-inspiriertes Design und entfaltete sich zu einer massiven, hitzebeständigen Barriere, die den Rover beim Eintritt in die Atmosphäre schützte. Die gleiche Idee gilt für die Verlangsamung von Nutzlasten, die von Satelliten ausgestoßen werden, oder für den Einsatz von Bremsmechanismen bei Hochgeschwindigkeitsdrohnen.
Das Ausmaß dieser Technologie
Um die Auswirkungen zu veranschaulichen, überlegen Sie, wie viel Oberfläche ein von Kirigami inspirierter Fallschirm benötigt, um genügend Widerstand zu erzeugen. Ein normales amerikanisches Fußballfeld ist etwa 360 Fuß lang, und dies wird oft als zuordenbare Größenreferenz verwendet. Obwohl Fallschirme nicht so groß sind, ist das Prinzip dasselbe: die Oberfläche zu maximieren, um ein Objekt abzubremsen. Der Vorteil liegt darin, dass diese Designs in unglaublich kompaktem Raum untergebracht werden können und dann bei Bedarf schnell eingesetzt werden können.
Die verwendeten Materialien können von hochfestem Gewebe bis hin zu speziellen Kunststoff -Polymeren reichen, die für extreme Temperaturen ausgelegt sind. Der Schlüssel liegt nicht nur im Material selbst, sondern auch darin, wie es konstruiert ist, um sich vorhersehbar zu entfalten. Die Faltmuster wurden mithilfe von Physik und Mathematik entwickelt, um sicherzustellen, dass das Gerät wie vorgesehen funktioniert, sei es bei der Verlangsamung eines Raumfahrzeugs beim Sinkflug durch die Atmosphäre eines Planeten oder bei der Stabilisierung einer Drohne.
Warum das wichtig ist
Die Geschichte von Kirigami und Fallschirmen zeigt, wie alte Techniken zu Spitzentechnologie werden können. Es ist eine Erinnerung daran, dass Innovation oft von unerwarteten Orten kommt. Die Prinzipien des Faltens und Schneidens sind nicht nur ästhetischer Natur; Sie sind tief in der Geometrie, der Physik und dem grundlegenden Problem der Kontrolle von Kraft und Bewegung verwurzelt.
„Die Eleganz von Kirigami liegt in seiner Einfachheit“, sagt [hypothetischer Ingenieur]. „Es ist eine Möglichkeit, komplexe Einsätze mit minimalen beweglichen Teilen zu erreichen, was in Umgebungen, in denen Zuverlässigkeit von größter Bedeutung ist, von entscheidender Bedeutung ist.“
Dieser interdisziplinäre Ansatz wird sich wahrscheinlich noch stärker durchsetzen, da Ingenieure weiterhin nach leichten, effizienten Lösungen für die Weltraumforschung, die Robotik und darüber hinaus suchen.
