طراحی دوچرخه‌های ‌مدرن با الهام از ساختارهای شیمیایی

آنچه که در طراحی و ساخت نسل‌ها و مدل‌های جدیدی از سیستم‌های حرکتی همواره مورد توجه قرار می‌گیرد، سبکی، افزایش استحکام و ضریب ایمنی و در عین حال حالت آیرودینامیک‌تر سیستم‌های مورد نظر است و در این میان دوچرخه نیز از گذشته‌های دور تا به اکنون از دستخوش این تغییرات به دور نبوده است. این وسیله نقلیه سبک و کاملا دوستدار محیط زیست در سال‌های اخیر عمدتا از قالب وسیله‌ای تفریحی و ورزشی خارج شده و به عنوان صنعتی مدرن در عرصه‌های مختلفی نمایان شده است.

کد خبر: ۲۶۸۳۰۱

از ورزش حرفه‌ای دوچرخه‌سواری و اوج هیجان در تورهای معتبری همچون توردوفرانس گرفته تا استفاده به عنوان وسیله نقلیه کاربردی در شهرهای شلوغ و بزرگ نظیر توکیو، پاریس و نیویورک، طیف گسترده‌ای از کاربردها را می‌توان برای آن متصور شد. رویکرد جدیدی که محققان برای به‌روزتر کردن فناوری طراحی و ساخت دوچرخه داشته‌اند، دقیقا مشابه طراحی خودرو است: استفاده از آلیاژهای فلزی سبک‌تر و با استحکام بیشتر و همچنین حفظ و ارتقای حالت دینامیکی دوچرخه. استفاده از فیبرهای کربنی یکی از تکنیک‌های کاربردی است که در چند سال گذشته به دنیای دوچرخه نیز وارد شده است و پیش‌بینی می‌شود تا یک دهه آینده سهم قابل توجهی از بازار بدنه دوچرخه را به خود اختصاص دهد.

در 2 دهه گذشته طراحان دوچرخه با مد نظر قرار دادن چند فاکتور مهم تلاش کرده‌اند تا دوچرخه را به عنوان ابزاری کاربردی‌تر و همه‌پسندتر ارائه کنند. توجه به ظاهر، زیبایی، استحکام و سبکی ازجمله این فاکتورها بوده است که عمدتا و به دلیل فقدان فناوری‌های لازم، همواره بخشی از آنها در یک محصول تحقق یافته است، اما اکنون و به لطف توسعه فناوری‌های مرتبط نسل جدیدی از دوچرخه‌ها ارائه شده است که تقریبا تمامی این فاکتورها را در خود دارد.

ساخت بدنه دوچرخه منظور قسمت مثلثی شکل بین دو چرخ و زیر نقطه نشستن مهم‌ترین بخشی است که در صورت به‌کارگیری ترکیبات جدید و مقاوم، نقش قابل توجهی در سبکی و در عین حال استحکام دوچرخه خواهد داشت. استفاده از عناصر معماری و علوم هندسی امروزه به عنوان کلید اصلی دستیابی به چنین دورنمایی تبدیل شده است. گروهی از محققان به تازگی نتیجه بیش از 10 سال تحقیقات متمرکز خود درخصوص طراحی و ساخت نسل جدیدی از بدنه برای دوچرخه‌های فوق‌مدرن را به نمایش گذاشته‌اند. آنچه که آنها ارائه کرده‌اند تلفیقی از فناوری فیبرهای کربنی و استفاده از ساختار فرمول‌بندی هم والانسی در شیمی آلی است. این محققان از مدت‌ها پیش به این نتیجه رسیده بودند که ساختار فرمول اتمی پیوندهای هم والانسی می‌تواند به الگوی بسیار مناسبی برای ساخت بدنه دوچرخه‌های آینده تبدیل شود. به گفته آنها نتیجه استفاده از این ساختار توخالی، ساخت دوچرخه‌ای است که در عین حال که بسیار سبک است، به دلیل استفاده از فیبرهای کربنی به ساختاری بسیار مقاوم نیز تبدیل شده است. آنها اکنون مدعی هستند که Arantix 7 Delta که نتیجه این تفکر خلاقانه است، سبک‌ترین و مقاوم‌ترین دوچرخه جاده در جهان محسوب می‌شود. مهم‌ترین نکته بارز در این فناوری نوین نسبت قابل توجه توان مقاومت دوچرخه به ازای وزن بسیار کم آن است. این نسبت در زمانی که دوچرخه‌سواران در حال طی کردن مسیرهای سربالایی در جاده‌های کوهستانی هستند به خوبی به چشم می‌آید. بارها پیش آمده است که رکاب‌زنان جاده‌ای تنها به فاصله چند متر از عناوین قهرمانی فاصله گرفته‌اند و به گفته آنها در صورتی که دوچرخه‌شان تنها چند گرم سبکتر بود، می‌توانستند نتیجه متفاوتی را رقم بزنند.

کارل ویزمگ، محقق اصلی این پروژه برای امتحان آنچه که بیش از 10 سال پروژه مطالعاتی زمان برده است، بیش از 1700 مایل با دوچرخه جدیدش دوچرخه‌سواری کرده و با جرات بیان می‌کند که این دوچرخه قدرتمندترین و در عین حال سبک‌ترین دوچرخه جاده است. سایر محققان نیز این فناوری نوین را به نوعی یک پدیده عنوان کرده‌اند. بدنه این دوچرخه تنها یک کیلو و 300 گرم وزن دارند که باید آن را شاهکاری در صنعت دوچرخه‌سازی دنیا به حساب آورد. محققانی که تست‌های مختلفی از این بدنه و دوچرخه ساخته شده از آن به عمل آورده‌اند معتقدند که نباید نسبت به سبکی قابل توجه این دوچرخه تردید و نگرانی داشت. این دوچرخه همچون سایر دوچرخه‌های سنگین وزن‌تر حرکت کرده و به جهت سبکی خاصی که از آن برخوردار است، در مسیرهای سراشیبی و سربالایی نقطه تمایز خود با سایر فناوری‌های مشابه را نشان می‌دهد.

البته برخی منتقدان درخصوص حالت آیرودینامیکی این محصول جدید ابراز تردیدهایی کرده‌اند، اما نتایج بررسی‌های آزمایشگاهی در تونل باد چیز دیگری می‌گویند. این دوچرخه و ساختار فوق سبک و شبکه‌ای آن بارها در تونل باد مورد مطالعه و آزمایش قرار گرفته و نتایج نشان می‌دهند که استفاده از این نوع ساختار هیچ تاثیری در وضعیت آیرودینامیکی آن ندارد و حتی در پاره‌ای از موارد، سریع‌تر از زمانی حرکت می‌کند که از بدنه معمولی برای آن استفاده شده است. بررسی‌های مربوط به تونل‌های باد نشان می‌دهند که حرکت جریان هوا از میان این شبکه‌ها موجب می‌شود تا مقاومت هوا در برابر دوچرخه و رکاب‌زن آن به حداقل برسد که البته این خود امتیاز بزرگی محسوب می‌شود.

از هم‌اکنون کارشناسان چشم‌انداز روشنی را برای این فناوری ترسیم کرده‌اند. مسابقات معتبری همچون توردوفرانس امروزه به صنعتی پردرآمد و هنگفت برای برگزارکنندگان آن درآمده است و بدون شک جوایز خیره‌کننده آن هر تیم و تولیدکننده دوچرخه‌ای را برای به دست آوردن آن ترغیب می‌کند تا با دوچرخه‌ای به روزتر در مسابقات حاضر شوند. بسیاری بر این باورند که دوچرخه‌هایی از این دست خیلی زود وارد مسابقات معتبر دوچرخه‌سواری دنیا می‌شوند. این دقیقا فرآیندی است که به لطف طراحی و ساخت لباس‌های جدید شنا از سوی مهندسان ناسا در المپیک 2008 روی داد و مایکل فلپس آمریکایی با استفاده از این لباس‌ها که با استفاده از فناوری‌های جدید بافت الیاف تولید شده بودند، مدال‌های طلا که را یکی پس از دیگری درو کرد.

در حال حاضر مهم‌ترین مانع بر سر راه توسعه سریع این فناوری نوین، کندی قابل توجه در روند ساخت این دوچرخه‌هاست. براساس برآوردهای صورت گرفته و در حالی که پس از نتایج درخشان آزمایشگاهی، کار ساخت این نسل جدید از دوچرخه‌ها آغاز شده است، به حداقل رسیدن زمان 100 ساعته برای ساخت آنها یکی از مهم‌ترین دلمشغولی‌های محققان این پروژه جدید است. گام بعدی که محققان برای توسعه این فناوری مدنظر دارند، طراحی و ساخت نسل جدیدی از تایرهای مخصوص دوچرخه است تا این وسیله را سبک‌تر و سرعتی‌تر از هر زمان دیگری کنند. البته این نگرش از سال‌ها پیش آغاز شده است و اکنون درخصوص دوچرخه‌های مخصوص جاده به نتایج جالب توجهی نزدیک می‌شود، اما در کنار بدنه و جنس تایرها، محققان به این نتیجه رسیده‌اند که آنجا که حتی صدم ثانیه‌ها در سرنوشت یک مسابقه تاثیرگذار است، ضروری است تا درخصوص طراحی و به‌کارگیری آلیاژهای مناسب و کم‌وزن و در عین حال مقاوم حتی برای پیچ‌ها و پرچ‌ها نیز دقت شود تا در کل محصولی با حداقل وزن ممکن ارائه شود.