Rozměry prototypu byly voleny tak, aby se vešel do vysokorychlostního aerodynamického tunelu NASA ve výzkumném středisku Langley Research Center. Podle tvůrců se chovalo ještě lépe, než předpokládali. Kredit: Kenny Cheung, NASA Ames Research Center.

Stávající letadla mají křídla technicky složitá. Povely ke stoupání a klesání jsou zprostředkované nastavováním  oddělených pohyblivých ploch - křidélek. Nové křídlo zajišťuje svou deformací, buďto jako celku, nebo jen některé ze svých částí totéž a vždy v optimálním aerodynamickém tvaru.  Proměnu tvaru umožňují tuhé ale i pružné komponenty. Křídlo je propojená sestava malých  stavebních „kostek“. Vytváří lehký dutý rám, který je pokryt tenkou vrstvou polymeru. Tak trochu, jako je naše tělo pokryto kůží. Výsledkem velká úspora hmotnosti křídla a to činí letadlo energeticky účinnější, než jak je tomu u stávajících letadel s konvenční konstrukcí křídel z kovu a kompozitů.

Představený prototyp pracně ručně sestavovali postgraduální studenti. Vše je ale už navrženo tak, aby proces na montážní lince mohly zastat autonomní roboty. Sestavení výrobní linky je údajně již dalším připravovaným krokem výzkumného týmu. Kredit: Kenny Cheung, NASA Ames Research Center

Podstatou novinky je nápad udělat vše jako origami z tisíců stejných prvků trojúhelníkovitého tvaru. Jejich spoje jsou pohyblivé a ve svých polohách si vytváří jakési vzájemné vzpěry.  Prostorovému uspořádání tvůrci říkají „mechanický metamateriál“. Mají tím na mysli, že většinu konstrukčního prostoru tvoří prázdnota. Tak, jako je tomu u extrémně lehkých materiálů s nepatrnou hustotou ale vysokou pevností s extrémním příkladem aerogelů. Na rozdíl od nich tato struktura může měnit svůj tvar. Strukturně tuhou kostru křídla tvořenou „lego“ prvky, pokrývá poddajný polymer umožňující deformace křídla v jeho libovolných místech. Tím pro různé fáze letu, jakými jsou start, manévrování, přistání, křídlo mění konfiguraci a to do takových, poměrů, jaké jsou v dané chvíli z pohledu  provozních nákladů, optimální. Konvenční křídla nic takového nedovolují a jednotlivé fáze řeší kompromisem.

Nová konstrukce v praxi v podání umělce výzkumného centra NASA Ames. Kredit: Eli Gershenfeld.

Pokud vás také napadlo, že u změn v nastavování všech prvků by musely neustáleasistovat tucty elektromotorů, táhel a lanek, a že by vše bylo značně komplikované, máme na to zapomenout. Konstruktéři svou inovaci vymysleli tak důkladně, že se do optima vše nastavuje samo. Jednotlivé prvky mají takový tvar, že automaticky reagují na změny aerodynamického zatížení posunutím své polohy. Inženýři tak vyprojektovali něco, na co sedí termín: samoseřizované pasivní křídlo.  Vedoucí projektu, inženýr Nicholas Cramer, to popsal slovy: „Stejné chování křídla, jaké se musí dělat aktivně, se dělá pasivně.“

Na montážní lince. Kredit: Eli Gershenfeld.

Myšlenka představeného řešení není nová. Na uvedeném principu vědci pracují už několik let. Vždy to ale byly jen pokusy s dálkově řízenou hračkou. Nyní jde o demonstraci funkčního křídla v tunelu s rozpětím pěti metrů. A to už jsou parametry odpovídající jednomístnému stroji. 
Jednotlivé prvky křídla technici vyrobili vstřikováním polyetylenové pryskyřice do formy. Stavební „kostky“ jsou duté s vnitřními vzpěrami velikosti zápalek. Výsledná mřížka stěny takového křídla má hustotu 5,6 kilogramů na metr krychlový. Pokud by bylo vyrobeno z kaučuku, byla by hustota asi 1500 kilogramů na metr krychlový. Toto řešení zajišťuje obdobné vlastnosti s pouhou tisícinou hustoty.

Vše zatím nasvědčuje tomu, že novou technologii, a její autory, čeká slibná budoucnost. Jejich systém by se měl dát použít i při výrobě jiných konstrukcí. Například u vzducholodí, nebo v kosmickém průmyslu. Také ale i u lopatek větrných turbín, které se dělají stále delší. Nově by se mohly sestavovat až na místě a odpadly by komplikace s dopravou. Sami autoři už hovoří i o stavbě mostů.

Video

Literatura

David L. Chandler.: MIT and NASA engineers demonstrate a new kind of airplane wing,  MIT News http://news.mit.edu/2019/engineers-demonstrate-lighter-flexible-airplane-wing-0401