На что похоже будущее? Даже ученые не могут предсказать… или могут?

Более 500 лет назад, за несколько столетий до того, как людям в голову пришла идея самого обычного велосипеда, в воображении Леонардо да Винчи родился образ летательного аппарата, вдохновленный полетами животных. Придуманная им конструкция предполагала использование скрепленных шарнирами гибких крыльев из дерева и шелка, которыми можно было бы махать так же, как это делают птицы или летучие мыши. Хотя современные самолеты отчасти сохраняют сходство с двукрылым изобретением Леонардо, они имеют жесткий каркас с небольшим количеством подвижных деталей, которые к тому же перемещаются в строго заданных рамках. Заглядывая в будущее, можно предсказать, что благодаря умным материалам мы сможем преодолеть ограничения, накладываемые жесткостью существующих вариантов конструкции, вернувшись к чертежной доске Леонардо, чтобы воплотить его идею о летательном аппарате, который был бы прочным и гибким, а также мог распознавать особенности окружающей среды и адаптироваться к ним.

Во время полета самолет подвергается действию множества различных сил, с которыми традиционное жесткое крыло зачастую справляется далеко не лучшим образом. В будущем у самолетов могут появиться крылья, поверхность которых будет становиться то плоской, то выпуклой с целью достижения оптимальной подъемной силы аэродинамического профиля. Они будут складываться, удлиняться, скручиваться или прижиматься к фюзеляжу в соответствии с особенностями разных стадий полета. Благодаря этой способности адаптироваться в реальном времени удастся уменьшить сопротивление воздуха и повысить маневренность, что позволит сократить длину разбега перед взлетом и добиться оптимальных аэродинамических показателей непосредственно в воздухе, в условиях полета. В результате самолеты станут еще комфортнее для пассажиров, время полета сократится, а потребление топлива — уменьшится.

Чтобы такой самолет стал реальностью, придется задействовать всю палитру умных материалов. Детали, которые приводят крылья в движение, будут сделаны из сплавов с памятью формы — например, из нитинола, сплава никеля и титана, способного принимать две разные заданные формы в зависимости от температуры. Также в их конструкции будут активно использоваться легкие материалы, способные изменять свою форму, такие, например, как электроактивные полимеры, которые расширяются и сжимаются при подаче и снятии электрического напряжения. Важное значение будут иметь и полимеры с памятью формы — из них будет состоять внешнее покрытие самолета, так как они могут сочетать прочность и жесткость, без которых не справиться с аэродинамическими силами, с чрезвычайной эластичностью и гибкостью, обеспечивающими изменение формы крыла.

Многие из перечисленных «умных» материалов будут также выполнять роль датчиков. Например, пьезоэлектрические материалы и электроактивные полимеры в ответ на физическое воздействие вырабатывают электрические сигналы, которые можно измерить.

Показатель преломления оптических волокон меняется в зависимости от температуры или под воздействием внешней силы, поэтому в конструкции самолета они могут быть использованы не только в качестве прочного и жесткого, но при этом легкого композитного материала, но еще и обеспечивать контроль повреждений и динамической нагрузки во время полета. Эти «умные» композитные материалы можно использовать повсюду — от зданий из «умного» бетона, предупреждающих инженеров о вероятных точках возникновения повреждения, до гибкой электроники.