Учёные из Tohoku University впервые доказали, что аэродинамическое сопротивление можно снизить до 43,6 процента, просто нанеся на поверхность микроскопическую шероховатость, невидимую глазу. Технология называется distributed micro-roughness (DMR).
Всё дело в пограничном слое — тонкой плёнке воздуха на поверхности движущегося объекта. Он бывает ламинарным (спокойным) и турбулентным (хаотичным). Чем дольше воздух остаётся в ламинарном состоянии, тем ниже сопротивление. Проблема в том, что с ростом скорости он неизбежно переходит в турбулентность. Задача инженеров — максимально оттянуть этот момент.
Более 80 лет аксиомой аэродинамики считалось, что поверхность должна быть идеально гладкой. Этот принцип в 1940 году установил японский учёный Ичиро Тани: он доказал, что шероховатость, неизбежная при тогдашних технологиях, мешает ламинарному потоку. Но в 1989 году Тани пересмотрел данные 1930-х годов по трубам с шероховатой поверхностью и предположил, что шероховатость не обязательно увеличивает сопротивление. В 1990-х группа Ясуаки Кохамы из того же Tohoku University показала, что волокнистая шероховатость может задерживать турбулентность при определённых условиях.
Айко Якино, адъюнкт-профессор Института гидродинамики Tohoku University, и её команда пошли дальше. Их технология DMR принципиально отличается от известного метода «акульей кожи» (rivulet process). Тот имитирует продольные канавки на коже акулы: бороздки шириной около 0,1 миллиметра выстраивают вихри в турбулентной зоне. DMR же работает иначе — случайные мельчайшие неровности задерживают сам момент перехода ламинарного потока в турбулентный. Это совершенно другой механизм.
Ключевой прорыв стал возможен благодаря уникальному оборудованию. Обычные аэродинамические трубы вносят искажения: державки и тросы, крепящие модель, сбивают поток и «съедают» микроскопические изменения сопротивления от нано-шероховатости. В Tohoku University есть крупнейшая в мире 1-метровая магнитная система подвески — 1m-MSBS. Она удерживает модель длиной примерно 1,07 метра в трубе без физического контакта, с помощью электромагнитного поля. Никаких державок — никаких помех. Установка позволила исследователям точно измерить коэффициент лобового сопротивления на гладких и DMR-поверхностях в широком диапазоне чисел Рейнольдса — от 0,35 × 10⁶ до 3,6 × 10⁶.