Dagli pneumatici ai freni a disco: la tesi di laurea di Micaela Boscia collegata al motorsport - ep.1
- Francesca Zito
- 9 ago 2024
- Tempo di lettura: 4 min
Citare componentistiche delle auto da corsa nella propria tesi di laurea? È quello che ha fatto Micaela Boscia, attualmente studentessa di automotive engineering che a marzo si è laureata in ingegneria dell’autoveicolo al Politecnico di Torino. Per la sua tesi di laurea ha deciso di parlare dei materiali bio-ispirati e della loro applicazione nell’industria dell’automobile. In questo articolo, che verrà pubblicato in due episodi, ci concentreremo in particolare su tre parti di una macchina: gli pneumatici, il sistema di sospensione e il disco freno.
Introduzione ai materiali bio-ispirati
In natura esistono molti esempi di strutture che presentano proprietà meccaniche e molte di loro sono state analizzate. Studiosi e aziende hanno provato a replicare queste strutture per ottenere materiali più leggeri con una migliore prestazione.
Cosi Micaela inizia la sua tesi di laurea, spiegando cosa sono i materiali bio-ispirati e perchè ci sono tanti studi dietro a questo. Per farla breve, i materiali bio-ispirati sono dunque materiali sintetici che hanno le proprietà di materiali naturali e presenti in natura.
Gli pneumatici: il "Visual Concept" di Michelin e "reCharge" di Goodyear
La prima parte di un’automobile che prendiamo in esame con Micaela è lo pneumatico. Per evitare problematiche come forature, gomme che scoppiano o altri tipi di situazioni che possono rivelarsi anche pericolose, sono stati sviluppati degli pneumatici supportati da strutture elastiche. Come spiega Micaela, attualmente due tipi di pneumatici vengono prodotti: le gomme Tweel e le gomme “a nido d’ape”, entrambi esempi di applicazioni di materiali bio-ispirati.
La loro struttura è composta principalmente da tre parti, che sono il tubo rigido, il battistrada e le strutture di supporto. Proprio in base alla loro struttura, gli pneumatici possono essere classificati in “spoke tyres” o “multi-hole”. L’esempio perfetto della “spoke tyre” è la “Tweel” progettata da Michelin, composta da un tubo rigido, un battistrada di gomma e raggi di poliuretano, che hanno il compito di sopportare i pesi, assorbire gli urti e ridurre il carico sulle sospensioni.
Pneumatici a nido d'ape e il "Visual Concept" di Michelin
Gli pneumatici a nido d’ape sono un esempio del secondo tipo di gomme citate in precedenza, cioè quelle “multi-hole”, e sono tra le strutture bio-ispirate più utilizzate grazie alla loro elevata compressione e alla loro proprietà di taglio. Questo tipo di gomma permette anche di salvare peso e materiale.
Un prototipo di pneumatico a nido d’ape di forma esagonale è stato pensato e analizzato dall’università indiana VIT. La gomma è composta da un tubo rigido di alluminio, raggi in poliuretano deformabile, banda di taglio rinforzata e battistrada in gomma. Il design dello pneumatico è stato principalmente focalizzato sui raggi in quanto influenzano la rigidità e resilienza della gomma.
Il secondo esempio portato da Micaela, quello riguardo alle gomme “multi-hole” è il “Visual Concept” presentato da Michelin nel 2017. La casa francese è nota nel mondo del motorsport per essere fornitore ufficiale della classe regina del WEC, la Hypercar. Il focus del nuovo progetto è sulla creazione di una ruota senza aria ispirata dalle proprietà di strutture a corallo e ad alveolo. Il battistrada in questo tipo di copertura è prodotto da una stampante 3D con materiali biodegradabili che si adattano ad ogni tipo di situazione.
Pneumatici "reCharge" e "Eagle 360 Urban" di Goodyear
Gli pneumatici americani famosi nel mondo del motorsport perché usati in vari campionati, tra cui il WEC, in particolare nella categoria LMGT3 a partire dal 2024, hanno introdotto due tipi di pneumatici che Micaela ha presentato. Nel 2020 è stato ideato il “reCharge Concept”, un tipo di gomma convesso. Il compound è realizzato da materiale biodegradabile rinforzato da un materiale biologico leggero e forte, come la seta di ragno.
Il ‘reCharge' è un concetto di pneumatico auto-rigenerativo e adattabile: infatti gli pneumatici hanno una capsula ricaricabile nel nucleo con un liquido personalizzato che permette la rigenerazione del battistrada e l’adattamento dello pneumatico alle condizioni meteorologiche e stradali.
Per quanto riguarda le gomme “solid type”, nel 2017 Goodyear ha introdotto “Eagle 360 Urban”, uno pneumatico bioispirato alla pelle umana. Questo è molto diverso dagli altri a causa della sua forma sferica, composto da polimero elastico che permette di espandersi e contrarsi imitando le proprietà della pelle umana. Oltre a quanto descritto in precedenza, i materiali bio-ispirati autorigeneranti sono usati per riparare forature mentre lo pneumatico continua a ruotare per dare diversi punti di contatto.
Pneumatici bioispirati alla pelle degli squali
Per introdurre questo nuovo tipo di pneumatico ci affidiamo ad un esempio che vediamo spesso nelle gare da corsa: il fenomeno dell’aquaplaning. Quando la pista è bagnata a causa della pioggia ci troviamo di fronte ad una situazione dove i piloti hanno poca visibilità, proprio a causa dell’aquaplaning: con le alte velocità infatti le macchine tendono ad alzare tanta acqua e chi sta dietro ne paga le conseguenze.
L’aquaplaning è la condizione in cui la gomma non può togliere abbastanza acqua e perde contatto con il suolo: di conseguenza si perde la capacità di sterzare e frenare in modo adeguato e in sicurezza.
Per questo motivo, le università di Shandong e Jiangsu in Cina hanno realizzato uno pneumatico non liscio bioispirato alla pelle dello squalo: questo tipo di superficie infatti è una di quelle con più riduzione di resistenza grazie alla sua composizione fatta di matrice contenente fibre di collagene e dentelli dermici mineralizzati incorporati.
I materiali bioispirati si rivelano dunque essere fondamentali per il progresso e l'innovazione. In questa prima parte abbiamo analizzato gli pneumatici prodotti con materiali bioispirati, rimanete aggiornati sul sito per l'uscita del secondo episodio di questo articolo, che riguarderà il sistema di sospensione e il disco freno.
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