Круглые, наполненные воздухом шины отлично подходят, если необходимо максимально энергоэффективно управлять автомобилем по ровным дорогам. Однако на неровной местности у них есть недостатки: плохое сцепление с дорогой. Поэтому они могут лопнуть.
Фото: Корейский институт машин и материалов Транспортным средствам с гусеницами, например танкам, по такой местности передвигаться легче. С другой стороны, они не особенно быстры и менее энергоэффективны. Исследовательская группа из Кореи представила разработку, призванную объединить качества обоих видов транспорта.
Фото: Корейский институт машин и материалов Колесо состоит из большого количества звеньев цепи, так называемого «умного цепного блока». Звенья удерживаются спицами, которые могут иметь различное натяжение.
Если тросы спиц натянуты, безвоздушное колесо имеет круглую форму. Лишь несколько звеньев цепи касаются земли, поэтому сопротивление трения небольшое. Тросы спиц можно ослабить на бездорожье. Звенья на нижней стороне колеса могут относительно точно адаптироваться к местности и обеспечить большую поверхность контакта.
При разработке колес ученых вдохновляло поверхностное натяжение капель воды, пишут инженеры в своем исследовании, опубликованном в журнале Science Robotics. В невесомости капля воды имеет круглую форму из-за сцепления ее молекул, но может гибко деформироваться при ударе о предметы.
Механизм адаптации к местности относительно прост. Тросы спиц натягиваются или расслабляются вместе посредством зажимов в ступице колеса. Новое изобретение было протестировано на четырехколесном роботизированном транспортном средстве и самобалансирующейся двухколесной инвалидной коляске. Как оказалось, колеса способны преодолевать препятствия, радиус которых до 1,2 раза превышает радиус шины. Колеса также хорошо справляются с большим весом (коляска весила 120 килограммов).
Недостаток шин в том, что между звеньями цепи может попасть пыль или камни. Корейские исследователи убеждены, что эту проблему можно решить, снабдив колеса гибким чехлом. Изобретение также предполагается усовершенствовать за счет новых материалов для звеньев цепи и более толстых спиц.
В настоящее время проводятся международные исследования безвоздушных колес для роботов, адаптирующихся к местности. Такие новые разработки всегда востребованы, особенно в космическом секторе, например, для марсоходов. На Луне или Марсе роверам приходится справляться совсем с другими условиями, чем на Земле. Резиновые шины, например, не выдерживали огромных колебаний температуры и просто разрушались.
Проколотые гусеницы колес Curiosity показывают, насколько суровы условия на Марсе. Фото: НАСА Снимки марсохода Curiosity показывают, насколько сложно разработать подходящие колеса для роверов. Ступени высокотехнологичных алюминиевых колес имеют множество отверстий. В колесах постоянно застревают камни, которые марсоходу приходится тащить за собой.
В будущем большие надежды возлагаются на шины из металлической проволочной сетки, которая должна быть эластичной и устойчивой к разрыву, сохраняя при этом свою форму. Сплав никеля и титана под названием «Нитинол» оказался многообещающим.
Безвоздушные шины пока не получили распространения. Крупные производители годами работают над собственными изобретениями. Компания Michelin, например, представила Uptis — шину, которая никогда не спустит.
Но у безвоздушных шин есть и недостатки.
«С помощью пневматической шины можно настроить правильное демпфирование. Например, в зависимости от того, весит автомобиль 2,5 или 1,5 тонны. С безвоздушными шинами нет такой возможности регулировки», — говорит Петер Хофманн из Института приводов транспортных средств и автомобильных технологий Венского технологического университета.
Но если демпфирующие свойства хуже, а износ не лучше, тогда затраты при эксплуатации должны быть намного выше.