Le gomme del futuro? Creano energia e sono intelligenti

I sensori delle gomme intelligenti richiedono molta energia e i ricercatori propongono: la ricaviamo dal movimento delle ruote! Batterie addio?

Le gomme del futuro? Creano energia e sono intelligenti
L'era dei veicoli connessi è già iniziata, anche se l'attuale parco circolante rimane in gran parte "isolato". Diverse automobili, veicoli commerciali e mezzi pesanti parlano comunque già ora, fra di loro, con i gestori delle flotte, con le infrastrutture della viabilità, con le officine e con Internet in generale. Tutto questo "chiacchierare", previsto in tumultuosa espansione nei prossimi anni, lascia però un po' in disparte componenti cruciali dei veicoli: gli pneumatici. Anche se progetti e realizzazioni non mancano (leggi dei Pirelli Connesso pronti per il mercato) rimane l'ostacolo dell'alimentazione: le coperture intelligenti consumeranno molto di più rispetto ai semplici TPMS. La soluzione potrebbe arrivare dalla rotazione delle gomme durante la marcia: i ricercatori stanno studiando come convertirla in energia.

RUOTANDO TI CARICO

Cercando in Rete si trova parecchio materiale, a dimostrazione dell'importanza di connettere in maniera completa le coperture. Lo scenario, del resto, è ben definito: l'importanza dei dati delle automobili, già oggi molto alta, crescerà ancor di più in futuro con la progressiva introduzione di veicoli sempre più autonomi. I dati, indispensabili per le auto robot, la sicurezza e la manutenzione predittiva, saranno la "materia prima" per servizi sofisticati e ad alto valore aggiunto. Più dati equivalgono però ad un maggiore consumo energetico e quindi a più frequenti sostituzioni delle batterie che alimentano i sensori: gli studiosi cercano quindi una fonte di energia perenne e ritengono di averla trovata nella rotazione dello pneumatico.

ARRIVANO I PIEZOELETTRICI ROTANTI

Prendiamo per esempio la tesi che è stata discussa da Otso Jousimaa per il suo Master of Science in Technology alla finlandese Aalto University. Il lavoro parte considerando che gli attuali sensori negli pneumatici sono alimentati con batterie la cui capacità non è molto alta: questo limita quindi la potenza di calcolo e la portata della trasmissione dati. L'ideale sarebbe quindi avere un generatore inserito internamente alla copertura e la tesi esamina due sistemi di "raccolta" (harvesting) dell'energia in modo da alimentare questi sistemi di sensori senza bisogno di batterie. Si sono considerati sistemi elettromagnetici e piezoelettrici e quest'ultimo design è stato scelto per portare avanti le sperimentazioni.
Una serie di elementi piezoelettrici è stata sistemati all'interno dello pneumatico in modo che  ognuno di loro fosse soggetto alle deformazioni e alle vibrazioni dovute al rotolamento della copertura. La corrente elettrica alternata così prodotta è stata raccolta, convertita in corrente continua e quindi immagazzinato in un supercondensatore ad una tensione utilizzabile dai moderni microprocessori. La produzione non è stata impressionante, dato che si parla 13 microwatt a bassa velocità e 50 microwatt ad una velocità superiore ma quest'energia è relativa a pochi elementi e sarà probabilmente possibile aumentarne il valore ricorrendo a più "moduli". Ricordiamo che i materiali piezoelettrici hanno la proprietà di deformarsi se sottoposti ad una differenza di potenziale e, inversamente, se sollecitati meccanicamente, evidenziano la creazione di una tensione fra due loro lati opposti.

LARGO ALLE GOMME INTELLIGENTI!

La sperimentazione in oggetto ha sfruttato quest'ultima proprietà (anche il concept di auto elettrica ad autonomia infinita la usa) mentre la prima viene usata, per esempio, negli iniettori di precisione impiegati nei moderni diesel common rail, come quello della Nissan Juke dCi 110 CV provata da SicurAUTO. Alle stesse conclusioni, cioè all'utilizzo di materiali piezoelettrici, è giunto il Centre for Process Innovation (CPI) del Regno Unito nel corso di un progetto congiunto con Bath University e Silent Sensors. La collaborazione punta a sviluppare una componente chiave dei futuri pneumatici intelligenti, ossia l'alimentazione dei loro sensori e processori. I componenti così alimentati saranno un passo fondamentale verso lo sviluppo di pneumatici con capacità di tracciatura e controllo delle condizioni di lavoro, con ricadute benefiche per la sicurezza e la riduzione dei consumi e quindi delle emissioni di CO2. Del resto anche Goodyear ha presentato un prototipo di gomma con elementi piezoelettrici, la BH03.
La sensoristica delle coperture è molto importante: basta pensare che il mercato globale dei classici TPMS (leggi cosa sono i sensori TPMS - Tire Pressure Monitoring System) è valso 7,59 miliardi di dollari nel 2016 e crescerà con un tasso annuo composto del 6,7% fino al 2024. I dati raccolti dai Tire Management System (TMS) verranno utilizzati per collegare gli pneumatici all'Internet of Things, in modo da fornire al sistema-veicolo dati essenziali mantenerlo sicuri ed efficienti. Tramite le auto-connesse, poi, queste informazioni verranno inviate al cloud in modo da soddisfare esigenze analitiche, ad esempio nella gestione delle flotte, e delle transazioni quali la gestione di Certificati Verdi o il Pay per use. Altri sviluppi in questo campo sono stati comunicati da Silent Sensors: i suoi RFID stampati (e quindi perfettamente integrabili nella costruzione delle gomme) sono leggerissimi e permettono di inviare in una frazione di secondo dati di pressione, temperatura e profondità del battistrada. Insomma, il Cyber-pneumatico è sempre più vicino!

Pubblicato in Tecnica il 11 Agosto 2017 | Autore: Nicodemo Angì


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