Леонардо да Винчи е своеобразен гений, но все пак е ограничен от своето време. Той може да е бил авторитет в областта на анатомията, музиката, изкуството, инженерството и дори палеогеографията, но не бихме очаквали от него да разбере най-добрия начин да проектира, да речем, безпилотен летателен апарат – тоест дрон. Той е роден преди повече от 500 години и със сигурност едва ли би могъл да разбере въпроса, да не говорим да отговори на него.

Освен че, според ново проучване на изследователи от университета "Джонс Хопкинс", той напълно би могъл да го направи. Всъщност, не само че неговият проект за летателна машина с „въздушен винт“ би функционирал, но се оказва, че дори има няколко предимства пред нашите настоящи проекти за дронове.

Може да се каже, че дроновете са доста актуални. Те са на Еверест, спасяват алпинисти; те са във Фиджи, разпръскват специални комари против денга. Те могат да се използват за събиране и опазване на дивата природа или за военни действия.

Всичко това е много впечатляващо. Жалко само, че е и толкова шумно.

„Дроновете се превръщат във все по-голям източник на шумово замърсяване на околната среда“, посочва едно проучване от 2021 г. за ефектите от нарастващата популярност на дроновете върху обществото, „а реакциите на досада от шума на дроновете вероятно ще се проявят при все по-голяма част от населението“.

Не става въпрос само за децибели. Дроновете изглежда са специално проектирани да произвеждат възможно най-дразнещ шум: те произвеждат високочестотни, чисти синусоидални тонове – отдавна известни като по-дразнещи за човешкото ухо от други видове шум – и тези тонове имат тенденция да се отразяват от земята, което ги прави още по-силни и по-дълготрайни. Като цяло, прегледът заключава, че „шумът от дроновете е значително по-дразнещ от шума от пътното движение или самолетите при същото ниво“.

И така, въпросът е: какво можем да направим по този въпрос? Едно от решенията е да се използват нови строителни материали: „Виновникът е възходящото движение на вентилатора“, обясни Реза Гафаривардавах, докторант в Катедрата по машинно инженерство на Бостънския университет. Заедно с проф. Син Жанг той току-що беше проектирал нов „акустичен метаматериал“, който може да заглуши шума с 94 процента – и, както каза той, „ако можем да поставим шумоизолиращи отворени структури под вентилаторите на дроновете, можем да неутрализираме шума, излъчван към земята“.

Алтернатива обаче би било да се адаптира дизайнът на самия дрон – и тук се включва новото проучване.

„Разглеждахме различни форми на перки с цел да намалим аероакустичния шум“, казва Сурянш Пракар, докторант в Лабораторията по физика на потоците и изчисления на университета "Джонс Хопкинс" и водещ автор на новата статия. „Докато доставката на храна и пратки с дронове се разраства, аероакустичният шум остава един от проблемите, които пречат на широкомащабното им използване в гъсто населени райони".

Може да ви се стори странно да се обърнем към 15-ти век за проекти на дронове, но ако има някой, който би могъл да го направи, то това е Леонардо да Винчи. И да, признаваме, че геният-полимат не е уловил идеята напълно правилно, но неговите скици на „въздушен винт“, колкото и странни да изглеждат за съвременния поглед, наистина представляват „едни от най-ранните скици на пропелер“, обяснява Пракар.

Въздушният винт е точно това, което звучи: гигантски винт, проектиран да генерира подемна сила и, в идеалния случай, полет. „Не съм сигурен за точната причина, поради която да Винчи го е проектирал като винт“, казва Пракар, „но трябва да отбележим, че по негово време не е съществувала летателна машина“.

„Неговият въздушен винт има характеристики, подобни на винта на Архимед, но не познавам историческия контекст, за да кажа дали да Винчи е знаел за винта на Архимед или е бил вдъхновен от него“, добавя той.

Изглежда странно, но технически би могло да проработи: въртеливото движение на въздушния винт трябва да генерира подемна сила и наистина го прави, което потвърждава цялостната концепция зад проекта на да Винчи. Има само един проблем: оригиналната идея на да Винчи изисква хора да тичат около стълб, за да въртят винта. Това не би проработило в реалния живот.

Все пак, странният проект на Леонардо може да има и предимства.

„Интересувахме се от механичната мощност и аероакустичните характеристики на шума на винта на да Винчи“, казва Пракар. „Искахме да видим как се сравнява с традиционните перки.“

А най-изненадващата част? В сблъсъка между десетилетия на военни и потребителски насочени научноизследователски и развойни дейности и един самотен ексцентрик с образование от 15-ти век, който никога в живота си не е виждал летателна машина изглежда, че Леонардо печели.

Изследването на винта на Леонардо се проведе в абстрактен план. Екипът моделира ротора в 3D с помощта на CAD (компютърно подпомагано проектиране).

„Нашият дизайн на въздушен винт се базира на Elico“, казва Пракар, като се позовава на вдъхновените от Леонардо спирални винтове, създадени от студенти от Университета на Мериленд през 2020 г. – и изчисли получения поток и аероакустика математически, а не чрез експерименти. Това не е идеално, ако целта е да се конструира и създаде перфектен въздушен винт за дрон, но е достатъчно добро, за да се разбере кой дизайн има по-голяма механична мощност и по-ниско ниво на шум.

„За даден товар въздушният винт показва по-добри резултати и по двата показателя“, категоричен е Пракар.

Причината е проста физика. Тъй като въздушният винт има по-голяма повърхност, той се движи по-бавно, за да създаде същата подемна сила, и следователно изисква по-малко мощност. Той е и по-тих във всички посоки; шума, който издава, е с по-ниска честота, а благодарение на редица вихри, които се въртят от спираловидната му форма, той се разсейва и по-бързо.

Снимка: Pexels

Виж още: Кучетата от Чернобил се трансформират с рекордна скорост – ето какво прави радиацията с тяхното ДНК