Xe lặn dưới nước lấy cảm hứng từ bóng golf giúp giảm lực cản

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Michigan vừa phát triển một ý tưởng mới giúp các phương tiện di chuyển dưới nước và trên không vận hành trơn tru, hiệu quả hơn. Cảm hứng đến từ những vết lõm nhỏ trên quả bóng golf.

Bóng golf có thể bay xa hơn bóng trơn vì những vết lõm này giúp giảm lực cản – lực làm chậm vật khi di chuyển trong không khí hoặc nước. Các nhà khoa học đã áp dụng ý tưởng này vào một mẫu thử hình cầu có thể điều chỉnh độ sâu các vết lõm. Họ tiến hành kiểm tra trong đường hầm gió để đo hiệu quả.

Anchal Sareen, trợ lý giáo sư tại Đại học Michigan, cho biết: “Lớp vỏ ngoài có thể lập trình động trên phương tiện dưới nước giúp giảm mạnh lực cản mà không cần dùng các bộ phận nhô ra như vây hay bánh lái để điều hướng. Bằng cách điều chỉnh bề mặt, phương tiện có thể di chuyển linh hoạt, tiết kiệm năng lượng và kiểm soát tốt hơn.”

Mẫu thử được làm bằng một lớp latex mỏng căng trên quả cầu rỗng có nhiều lỗ nhỏ. Khi bật bơm hút chân không, latex bị kéo vào tạo thành các vết lõm. Tắt bơm, bề mặt trở lại mịn màng.

Trong thử nghiệm, quả cầu được đặt trong đường hầm gió dài 3 mét, giữ cố định bằng que mỏng. Các nhà nghiên cứu thay đổi tốc độ gió và độ sâu vết lõm để đo lực khí động học bằng cảm biến lực, đồng thời dùng camera tốc độ cao quan sát dòng khí.

Kết quả cho thấy vết lõm nông hiệu quả hơn ở tốc độ gió cao, còn vết lõm sâu thì tốt hơn ở tốc độ thấp. Việc điều chỉnh độ sâu giúp giảm lực cản lên đến 50% so với bề mặt trơn.

Rodrigo Vilumbrales-Garcia, nghiên cứu sinh sau tiến sĩ, nói: “Lớp vỏ thích ứng có thể nhận biết thay đổi tốc độ không khí và điều chỉnh vết lõm để duy trì hiệu quả giảm lực cản. Ứng dụng công nghệ này cho phương tiện dưới nước sẽ giảm lực cản và tiết kiệm nhiên liệu.”

Ngoài ra, bề mặt có vết lõm còn tạo ra lực nâng – giúp điều hướng quả cầu. Khi kích hoạt vết lõm chỉ ở một bên, dòng khí di chuyển khác đi, tạo lực đẩy quả cầu theo hướng mong muốn.

Thử nghiệm cho thấy, với độ sâu vết lõm phù hợp, lực nâng có thể đạt đến 80% lực cản, tương tự hiệu ứng Magnus vốn cần quả cầu quay liên tục.

Putu Brahmanda Sudarsana, sinh viên cao học, chia sẻ: “Tôi rất bất ngờ vì phương pháp đơn giản này đạt hiệu quả gần như hiệu ứng Magnus.”

Trong tương lai, nhóm nghiên cứu hy vọng hợp tác với các chuyên gia để phát triển công nghệ này thành giải pháp đột phá cho các phương tiện bay và dưới nước không người lái, vừa nhẹ, vừa tiết kiệm năng lượng, vừa phản ứng linh hoạt hơn các hệ thống điều khiển truyền thống.