venerdì, 18 Settembre, 2020

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Le 5 tecnologie NASA che hanno rivoluzionato il settore automobilistico

Le tecnologie prodotte dall'ingegneria spaziale al servizio dell'intero settore automobilistico

L’ingegneria spaziale è da sempre uno dei campi più all’avanguardia del genio umano, un settore in cui si sfidano i limiti umani nel nome della scienza.
Durante gli anni, le numerose sfide da affrontare hanno portato allo sviluppo di tecnologie complesse che hanno avuto forti ricadute in diversi campi.
La NASA, in particolare, ha introdotto numerose innovazioni: ecco le 5 tecnologie fortemente utilizzate nel mondo automobilistico.

1. Nuovi standard di progettazione per rendere la seduta più confortevole

Gli astronauti delle prime missioni NASA, Gemini e poi Apollo, viaggiarono in capsule dove il loro comfort non era di certo una priorità. La progettazione del velivolo era stata più indirizzata sulla funzionalità che sulla forma e gli astronauti eseguivano le loro operazioni per lo più legati al proprio sedile.
Con il passare degli anni anche l’Agenzia iniziò a comprendere l’importanza di una seduta comoda e sicura, il cui design doveva essere costruito a partire dalla posizione di postura neutrale, diversa per ogni individuo.

Durante la missione Skylab, la prima stazione spaziale della NASA, ebbe inizio un programma di studio del fisico umano in condizioni di microgravità. A distanza di quasi 50 anni, la mole di dati raccolta ha consentito la stesura degli standard di progettazione degli interni e della strumentazione del velivolo.

tecnologie NASA
Riferimenti di Neutral body posture (NBP), scritti dopo l’osservazione di 12 astronauti a bordo di Skylab
Credits: NASA

Come per un astronauta, anche la seduta di un auto deve essere confortevole e sicura per garantire che il guidatore operi il veicolo in tutta sicurezza e per lunghi periodi.
La divisione di sviluppo dei componenti veicolo della Nissan è stato il primo organo ad interfacciarsi con la NASA per una rivoluzione nel design della seduta. La postura di posizione neutrale diventa il punto di partenza nella progettazione di nuovi sedili più confortevoli e che riducono la stanchezza accumulata dal pilota.

Nel 2006 la Nissan pubblicò un primo report di risultati sulla nuova seduta: i benefici su spina dorsale, area pelvica e flusso sanguigno erano evidenti. Un report seguente confermò i risultati iniziali, stimando una riduzione della stanchezza fisica di oltre il 50%.
Nel 2013, la Nissan Altima fu la prima vettura ad ospitare la nuova seduta. Oggi un gran numero di veicoli ha seguito gli studi di Nissan, estendendo l’applicazione delle tecnologie NASA anche alle sedute dei passeggeri.

tecnologie NASA
2013 Nissan Altima Sedan
Credits: Nissan

2. Sensori per rilevare pressione dei pneumatici

Tutte le vetture moderne hanno in dotazione un sistema di sensori che monitora la pressione dei pneumatici e rende meno probabile il doversi fermare per questo tipo di problema. Ma anche questa tecnologia, che può sembrare scontata, ha dietro una storia più complessa.

Lo Space Shuttle fu la “causa” di progettazione di questi sensori: era infatti necessario monitorare la pressione delle gomme, in particolare di quelle posteriori. Se anche uno solo di quei pneumatici fosse stato sgonfio durante un atterraggio, l’equipaggio avrebbe avuto davvero una brutta giornata.
L’orbiter avrebbe infatti perso il controllo durante l’atterraggio, uscendo dalla pista e potenzialmente schiantandosi ad elevata velocità.

Atterraggio dello Space Shuttle Discovery
Credits: NASA

La NASA commissionò lo sviluppo di questi sensori all’avanguardia ad una start-up dell’epoca: NovaSensor. Quest’ultima progettò un sensore montato su un piccolo chip di silicone che registrava variazioni di pressione accumulando minuscole quantità di energia elettrica. Un materiale che ha questa caratteristica è definito piezoelettrico e, nel tempo, ha trovato infinite applicazioni nelle moderne tecnologie.

Sebbene la NASA aveva bisogno di qualche manciata di questi sensori per i pochi Shuttle operativi, si adoperò subito per convertirla in ambiente automobilistico.
Oggi, tutte le auto immatricolate negli USA hanno l’obbligo di essere equipaggiate con sensori di questo tipo.

3. Riparare danni ai motori con la nanotecnologia

Macchie d’olio a terra sono spesso indice di rottura di organi rotanti, causate da una prolungata frizione tra i componenti. Una soluzione importante è stata l’invenzione del lubrificante che ha permesso un incremento sensibile della vita dei componenti.
Tuttavia, l’idea di riparare componenti danneggiati, o erosi, attraverso nanoparticelle, messa in pratica dal dottorando della Washington State University Pavlo Rudenko, ha seriamente rivoluzionato il mondo della manutenzione automobilistica.

Gli studi di Rudenko, iniziati nel 2009, avevano come obiettivo quello di utilizzare un lubrificante per trasportare nanoparticelle direttamente sulla zona erosa.
La ricerca finì per individuare in ceramica e sintetici i migliori materiali, in termini di effetto, durata e non tossicità.

Visione di nanoparticelle TriboTEX attraverso un microscopio elettronico
Credits: TriboTEX

Nel 2013 Rudenko fonda la TriboTEX LLC e continua la ricerca sui materiali attraverso finanziamenti privati.
Oggi questo materiale è chiamato nano-flakes: adesivo da un lato e liscio dall’altro, viene attaccato sui punti di frizione, con il lato liscio verso l’esterno. Il materiale viene applicato più volte fino a formare numerosi strati che, attraverso calore e pressione sviluppati dagli organi rotanti, tendono ad unirsi fisicamente, formando una superficie in lattice-carbonio che dà nuova vita al componente.

tecnologie NASA
Il prodotto TriboTEX viene applicato direttamente su un motore caldo e provvede alla riparazione del danno nel tempo
Credits: TriboTEX

Oggi oltre 30000 tra auto e camion utilizzano la TriboTEX ma, in futuro, la crescita sarà ancora più marcata. L’azienda garantisce infatti, tramite l’applicazione di questo materiale ogni ammontare di chilometri, miglioramenti nel consumo di oltre il 6%, diminuzioni del rumore generato ed un aumento della potenza massima erogabile dai motori.
La TriboTEX sarà inoltre uno dei fautori della nuova generazione di trasmissioni montate sui motori aeronautici.

4. Materiali all’avanguardia per la protezione dei piloti

Le innovazioni sviluppate dalla NASA hanno trovato grande applicazione soprattutto negli sport automobilistici come la Formula 1, NASCAR e Rally.
In queste competizioni l’abitacolo delle vetture può raggiungere temperature di oltre 70° C, mettendo in serio pericolo l’incolumità del pilota. Le alte prestazioni di queste automobili causano infatti enormi scambi termici tra il motore e l’interno della vettura: i piloti devono quindi poter gestire queste condizioni estreme in sicurezza e la vettura essere correttamente raffreddata.

La tecnologia sviluppata nella progettazioni di lanciatori, capsule e velivoli spaziali ha fornito un grande contributo in questi termini. I materiali sviluppati per poter gestire le temperature di un volo ipersonico, come quello durante il rientro in atmosfera, garantiscono la protezione termica della struttura fino a 1700° C.
Numerosi sistemi di protezione termica, sia della vettura che del pilota, sono stati progettati grazie alla tecnologia per i voli spaziali.

tecnologie NASA
Astronauta NASA Andrew Feustel che guarda il NASCAR presso il circuito di Daytona nel 2008
Credits: NASA

Un’altra tecnologia della NASA che ha avuto grande successo nel mondo automobilistico è un particolare filtro di pulizia dell’aria. Questo filtro consente la rimozione del 99% dei prodotti di combustione nell’abitacolo, potenzialmente pericolosi per il pilota che può subire mal di testa o vomito.

5. Le tecnologie NASA alla base degli algoritmi di guida autonoma

Numerose tecnologie della NASA, sviluppate per la guida di robot lontani milioni di chilometri da Terra, sono oggi la struttura portante della tecnologia di guida autonoma, su cui Tesla ha fondato il proprio impero.

Tecnologia laser ed intelligenza artificiale sono due tecnologie che la NASA da sempre ha sfruttato nelle proprie missioni. Gli stessi rover atterrati sul pianeta rosso hanno dato esempio delle potenzialità degli algoritmi di atterraggio e collision-avoidance sviluppati dall’Agenzia.

tecnologie NASA
Rilevamento AI di una vettura in real time, attraverso il software sviluppato dalla compagnia Neurala
Credits: Neurala

In futuro tutte le vetture avranno la possibilità di guida autonoma, basandosi su sistemi di intelligenza artificiale e controllo del traffico. Allo stesso modo, un futuro che si prospetta dominato da velivoli a decollo verticale non può che spingere in questa direzione.

Ma il settore automobilistico è solo uno di quelli interessati dalle tecnologie spaziali. Quello che è certo è che più la tecnologia evolve e più è necessario che campi diversi si interfaccino per produrre componenti dalle prestazioni elevate, il cui obiettivo ultimo deve sempre essere il benessere umano.

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