Imaginez un cycliste routier ou un skieur de descente dont les vêtements s’adaptent à leur vitesse de vent, ce qui leur permet de se raser du temps simplement en tirant ou en étirant le tissu.
De tels textiles de pointe sont à portée de main, grâce à des chercheurs du Harvard John A. École d’ingénierie et de sciences appliquées de Paulson (SEAS). Dirigé par David Farrell, étudiant diplômé en génie mécanique de SEAS, une étude décrit un nouveau type de textile qui utilise la fossette pour ajuster ses propriétés aérodynamiques lorsqu’il est porté sur le corps. La recherche a le potentiel de changer non seulement les sports à grande vitesse, mais aussi les industries comme l’aérospatiale, le maritime et le génie civil.
La recherche est une collaboration entre les laboratoires de Katia Bertoldi, William et Ami Kuan Danoff professeur de mécanique appliquée, et Conor J. Walsh, le Paul A. Maeder Professeur d’ingénierie et de sciences appliquées.
Battes de balle de golf à la demande
David Farrell, dont les intérêts de recherche se trouvent à l’intersection de la dynamique des fluides et des matériaux artificiellement conçus, ou métamatériaux, a conduit à la création d’un textile unique qui se forme des fossettes à sa surface lorsqu’il est étiré, même lorsqu’il est étroitement installé autour du corps d’une personne. Les tissus utilisent les mêmes principes aérodynamiques qu’une balle de golf, dont la surface gonflée fait voler une balle plus loin en utilisant la turbulence pour réduire la traînée. Parce que le tissu est doux et élastique, il peut se déplacer et s’étirer pour changer la taille et la forme des fossettes sur demande.
L’ajustement des tailles de fossettes peut rendre le tissu plus performant dans certaines vitesses de vent en réduisant la traînée jusqu’à 20%, selon les expériences des chercheurs utilisant une soufflerie.
« En effectuant 3.000 simulations, nous avons pu explorer des milliers de modèles de fossettes », a déclaré David Farrell. « Nous avons pu régler la taille de la fossette, ainsi que sa forme. Lorsque nous remettons ces modèles dans la soufflerie, nous constatons que certains modèles et fossettes sont optimisés pour des régions à vitesse éolienne spécifiques. »
David Farrell et son équipe ont utilisé un coupe-laser et une presse à chaleur pour créer un tissu à double ton fait d’un matériau tissé noir plus rigide, similaire à une sangle de sac à dos et à un tricot plus doux gris flexible et confortable. En utilisant un processus de fabrication en deux étapes, ils découpent des motifs dans le tissu tissé et l’ont scellé avec la couche de tricot pour former un composite textile. Expérimentant de multiples échantillons plats à motifs dans des réseaux comme les carrés et les hexagones, ils ont systématiquement exploré comment différentes tessellations affectent la réponse mécanique de chaque matériau textile.
Modèle de treillis
La fossette à la demande du composite textile est le résultat d’un motif en treillis que Bertoldi et d’autres ont précédemment exploré pour ses propriétés inhabituelles. Étirez un textile traditionnel sur le corps, et il se lissera et serrera. « Notre composite textile enfreint cette règle », a expliqué David Farrell. « Le motif de treillis unique permet au textile de se dilater autour du bras plutôt que de se réprimer. »
« Nous utilisons cette propriété unique que [Bertoldi] et d’autres ont explorée au cours des 10 dernières années dans les métamatériaux, et nous la mettons dans les wearables d’une manière que personne n’a vraiment vue auparavant », a t-il conclu.
L’article a été co-écrit par Connor M. McCann et Antonio Elia Forte. La recherche avait le soutien fédéral de la National Science Foundation en vertu du prix No. DMR-2011754. Le Harvard Office of Technology Development a protégé les innovations associées à cette recherche et explore les opportunités commerciales.
