Automobili stampate in 3D!

Solo qualche tempo fa, avevamo parlato in dettaglio delle stampanti 3D:

– Due parole sulla stampa in 3D

Come visto, questi strumenti, che possono esssere considerati ancora in fase prototipale, offrono delle soluzioni uniche con margini di applicazione possibili nei settori più disparati. Dal mio punto di vista, considero questi oggetti ancora in fase di prototipo non per le applicazioni già in corso ma perchè, molto spesso, la loro esistenza è poco conosciuta e perchè ancora non abbiamo sfruttato al massimo le loro potenzialità.

Proprio per questo motivo, oggi vorrei commentare con voi un articolo davvero molto interessante. Solo qualche giorno fa, i giornali hanno riportato qualcosa di impensabile fino ad ora, un’applicazione davvero entusiasmente della stampa 3D con cui è stato realizzato un prototipo di automobile che tra poco, con buona probabilità, verrà messo in commercio.

Attenzione però, al solito, alcune testate hanno riportato la notizia in modo errato definendo questa applicazione come la “prima” automobile stampata in 3D. Per comprendere meglio, diamo qualche dettaglio aggiuntivo.

Già nel 2010, negli Stati Uniti era stata realizzata quella che possiamo definire la prima automobile dotata di carrozzeria stampata in 3D. Il prototipo in questione, perché di questo si tratta, si chiamava Urbee. A riprova, vi riporto un articolo del Sole 24 ore del 3 Novembre 2010:

– Sole 24 ore, Urbee

Questa è la foto della Urbee:

Urbee, la prima vettura in assoluto stampata in 3D

Bene, perchè allora a distanza di 4 anni la stessa applicazione fa ancora notizia? Il primo motivo è nazionalista. La notizia di questi giorni è, ripeto, di un’automobile stampata in 3D e presentata a Chicago su progetto di un designer italiano che si chiama Michele Anoè. Senza indugio, vi mostro subito le foto di questa automobile che si chiama invece STRATI:

La Strati

Detto questo, capite subito perché, giustamente in parte, i giornali italiani hanno dato molto risalto alla notizia. C’è anche da dire che il progetto ha partecipato ad una selezione a livelo mondiale in cui il nostro designer è arrivato primo tra oltre 200 contendenti e per questo motivo la Strati è stata realizzata e presentanta. Ma, oltre a questo, esistono anche delle particolarità tecnico-commerciali che rendono la notizia importante. Al contrario della Urbee, la carrozzeria della Strati è stata stampata tutta in un volta. Il risultato ottenuto è simile a quello dei modellini che si acquistano nei negozi di giocattoli in cui i singoli pezzi sono uniti da piccole giunzioni di plastica. Ecco una foto della lavorazione della Strati:

Lavorazione della Strati

Dopo il processo di stampa, i pezzi vengono fresati per rimuovere le parti di supporto necessarie durante la stampa e il tutto può essere assemblato molto rapidamente. Ecco l’ulteriore deffirenza tra le due automobili, per realizzare una Strati occorrono solo 44 ore di lavorazione. Un tempo record per ottenere un oggetto pronto e realmente funzionante.

Oltre a questo, come anticipato, la Strati verrà ora prodotta e, lentamente, realizzata in serie dalla Local Motor. Inutile dire che questa utomobile è dotata di un motore elettrico tra l’altro assolutamnete commerciale. Il propulsore utilizzato è infatti lo stesso della Renault Twizy. I consumi dichiarati per questo primo prototipo sono assolutamente degni di nota, 65 Km/h come velocità di picco con un’autonomia di 200 Km a ricarica.

Il prezzo?

Considerando che parliamo sempre di una macchina elettrica, il prezzo è più o meno in linea con le altre auto del settore, tra i 18000 e i 34000 dollari. Certo, considerando che tutto il processo di lavorazione delle parti esterne avviene mediante una stampante 3D in 44 ore, permettemi di dire che il costo, forse, è un po’ eccessivo. Molto probabilmente però, ci saranno margini di manovra dal punto di vista commerciale. Parliamo di un reale prototipo su cui non è ancora partita la produzione in serie e sul quale sono montati pezzi provenienti da diversi fornitori.

Concludendo, la Strati, oltre ad essere disegnata da un italiano, rappresenta un notevole salto avanti per la stampa 3D che lascia il mondo dei prototipi con grandi dimensioni per approdare, forse, a livello commerciale. Ripeto quello che ho scritto anche nel precedente articolo, la stampa 3D ci riserverà ancora molte sorprese per il futuro e, grazie ad un incremento dell’utilizzo e della ricerca, potrà realizzare oggetti a basso costo e larga diffusione.

”Psicosi 2012. Le risposte della scienza”, un libro di divulgazione della scienza accessibile a tutti e scritto per tutti. Matteo Martini, Armando Curcio Editore.

Noi dormiamo ma lo smartphone NO!

Torniamo ora a parlare un po’ di tecnologia. Come sapete, ormai, nel bene o nel male, la maggior parte delle persone possiede uno smartphone. Questi piccoli strumenti nascondono al loro interno una capacita’ di calcolo impressionante se paragonata con le ridotte dimensioni, ma soprattutto, per quelli non proprio giovanissimi, se paragonata con quella dei personal computer piu’ costosi che si potevano acquistare anche solo 10 anni fa. Da un lato, questo e’ impressionante ma anche completamente comprensibile. Come sapete, l’elettronica e le capacita’ di calcolo seguono leggi esponenziali di crescita, di riduzione del prezzo e delle dimensioni dei dispositivi e l’insieme di questi parametri fa si che, di volta in volta, esca un prodotto nuovo che faccia impallidire i suoi predecessori.

Ora pero’, quanti di quelli che utilizzano uno smartphone lo utilizzano a pieno delle sue capacita’? In verita’, credo io, davvero un numero esiguo di persone riesce a sfruttare a pieno le capacita’ del proprio telefono se non facendo andare in contemporanea diversi programmi richiedenti la rete internet.

Oltre a questo poi, c’e’ un altro aspetto da considerare. Mediamente, questi piccoli oggetti sono molto energivori e le loro batterie difficilmente durano anche solo una giornata se sfruttati a pieno. Conseguenza di questo e’ che tutte le notti dobbiamo ricaricare la batteria lasciando, come spesso accade, il telefono acceso con la connessione dati o wireless accesa. Durante questa fase di standby, anche se non del tutto, il nostro dispositivo e’ fermo e la sua enorme capacita’ di calcolo non viene sfruttata.

Perche’ faccio questo preambolo iniziale?

Molto semplice, in questi giorni, su diversi giornali, e’ stata lanciata una notizia che ha suscitato il mio interesse se non altro perche’ rilancia le problematiche appena discusse. Come avrete sicuramente letto, un team di ricercatori austriaci ha trovato, almeno da come raccontano i giornali, il modo di sfruttare questa potenza di calcolo per un nobile scopo. Questo gruppo di ricerca e’ coinvolto nello studio dei dati del database Simap, un enorme catalogo contenente al suo interno la struttura di tutte le proteine conosciute. Scopo di questa ricerca e’ quello di studiare le somiglianze tra le proteine con il fine ultimo, tra i tanti altri, di poter trovare cure per alcune delle malattie piu’ critiche che riguardano il genere umano. Gestire una mole di dati cosi’ impressionante non e’ affatto semplice e richiede una capacita’ di calcolo molto elevata. Ovviamente, una capacita’ di calcolo elevata significa un costo altrettanto elevato. Per farvi capire questa relazione, pensate che il costo computazionale aumenta con il quadrato del numero di proteine contenute nel database.

Come gestire una mole cosi’ elevata di dati con costi che non siano insostenibili?

Semplice, stando a quanto riporta la notizia sui giornali, e’ stata programmata una App, uno dei piccoli programmini che girano sui nostri smartphone, che consente di sfruttare lo smartphone per analizzare questi dati. Il nome della App e’ Power Sleep appunto perche’ si tratta di una normale sveglia che puo’ essere impostata all’ora in cui desideriamo alzarci. Al contrario di una normale sveglia, Power Sleep ha pero’ una funzione aggiuntiva. Prima di andare a dormire, mettete il vostro smartphone sotto carica lasciando la connessione WiFi accesa. Non appena la batteria avra’ raggiunto la carica completa, il telefono comunichera’ con un server centrale dando inizio al vero scopo del software. Il server invia paccheti da 1Mb che vengono analizzati dal processore dello smartphone. Il tempo richiesto per questa analisi e’ compreso tra 30 e 60 minuti a seconda della potenza di calcolo. Quando il processo e’ completato, il telefono invia il risultato al server e scarica un altro pacchetto da analizzare. Questa comunicazione dura fino a quando non arriva l’ora impostata per la sveglia e il telefono e’ di nuovo disponibile completamente per l’utente.

Detta in questo modo, sembra una scoperta rivoluzionaria che ci permettera’ di contribuire senza spendere un soldo alla ricerca scientifica.

Perche’ dico “sembra”?

Molto semplice, ovviamente si tratta di un’applicazione utilissima per lo scopo della ricerca scientifica in se, ma questo genere di applicazioni non sono assolutamente una novita’. Questo processo di analisi dei dati e’ quello che viene comunemente definito “calcolo distribuito”. Si tratta di un procedimento molto semplice in cui un processo principale viene diviso in tante parti assegnate a processori diversi che poi comunicheranno il loro singolo risultato ad un server centrale. Grazie al calcolo distribuito e’ possibile sfruttare una rete di computer, o smartphone come in questo caso, invece di investire cifre spropositate in una singola macchina in cui far girare l’intera analisi. Di esempi di questo tipo ce ne sono a bizzeffe anche indietro negli anni. Sicuramente tutti avrete sentito parlare del programma SETI@Home per la ricerca di vita extraterrestre nell’universo. In questo caso, si utilizzavano radiotelescopi per cercare segnali non naturali. L’enorme mole di dati veniva analizzata da chiunque decidesse di installare un piccolo software sul proprio computer per contribuire a questa ricerca.

Nel caso di Power Sleep, i ricercatori austriaci si sono affidati ad una societa’ che si occupa proprio di calcolo distribuito e si chiama BOINC. Vi riporto anche il link alla loro pagina italiana in cui compare, proprio in prima pagina, una descrizione sul funzionamento e sull’importanza del calcolo distribuito:

– BOINC Italia

Come potete leggere, esistono decine di applicazioni per il calcolo distribuito gestite da BOINC e molte di queste riguardano proprio analisi scientifiche dei dati. Il perche’ di questo e’ facilmente comprensibile, le applicazioni scientifiche sono quelle che producono la maggior mole di dati e che richiederebbero super-computer sempre piu’ potenti per la loro analisi. Grazie a BOINC e al calcolo distribuito, e’ possibile sfruttare a titolo gratuito computer, smartphone e tablet privati per velocizzare il calcolo e risparmiare notevoli capitali che incidono fortemente sul costo della ricerca. Visto che lo abbiamo citato, BOINC nacque qualche anno fa proprio per gestire il progetto SETI@Home. Tra i programmi disponibili ora trovate ad esempio: LHC@Home per l’analisi dei dati del collisore LHC del CERN, Orbit@Home per l’analisi delle traiettorie degli asteroidi vicini alla Terra, Einstein@Home per la ricerca di onde gravitazionali e cosi’ via. Per una lista piu’ completa dei programmi scientifici di calcolo distribuito potete far riferimento alla pagina di Wikipedia che ne parla:

– Wiki, esempi calcolo distribuito

Concludendo, al solito la notizia e’ stata data sui maggiori giornali con toni enfatici volti piu’ a impressionare che non ha mostrare l’importanza scientifica di applicazioni di questo tipo. Esempi di calcolo distribuito ce ne sono tantissimi e molti di questi sfruttano il servizio BOINC per dialogare con gli utenti che volontariamente decidono di sostenere un programma piuttosto che un altro. Power Sleep ha sicuramente un nobile scopo se pensiamo all’importanza del mantenimento del database Simap e per i risultati che ricerche di questo tipo dovrebbero portare per l’intero genere umano.

 

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Sale qb … anche nelle batterie

Negli ultimi anni, i nostri dispositivi elettronici hanno avuto un notevole miglioramento puntando sempre di piu’ verso i concetti di portabilita’ e wireless. Come sapete, oggi come oggi, la maggior parte dei nostri gadget tecnologici sono dotati di batterie ricaricabili. Il progresso in questo settore ha reso disponibili batterie sempre piu’ piccole, capienti e con cicli di carica sempre piu’ rapidi.

Il principio di utiizzo di una batteria di questo tipo e’ ovviamente chiaro a tutti. Si carica di energia il nostro sistema, per poi utilizzarlo scollegato dalla rete elettrica. Questo e’ fondamentale per portare a spasso i nostri dispositivi dove non e’ disponibile la rete elettrica.

Perche’ faccio questo preambolo?

Molto spesso nei nostri articoli abbiamo parlato di energie rinnovabili. Come sapete bene, le fonti piu’ utilizzate in tal senso sono senza dubbio l’eolico e il solare. A parte tutti i discorsi sull’efficienza di queste risorse, uno dei problemi principali riscontrati e’ la non costanza della fonte primaria. Mi spiego meglio. I pannelli solari che normalmente utilizziamo hanno bisogno, per definizione, del sole per produrre energia. Detto questo, di notte non possono funzionare. Analogamente, per quanto si cerchi di trovare la miglior postazione, in assenza di vento le pale eoliche non girano.

Il problema della disponibilita’ delle risorse e’ uno di quelli maggiormente studiati e analizzati dai gestori elettrici. In diverse compagnie sono presenti gruppi di studio che cercano di simulare la produzione energetica anche solo con poche ore di anticipo. Questo e’ fondamentale in virtu’ della pianificazione. Se le fonti producono energia nel momento in cui la rete non la richiede, ci troviamo con un surplus inutilizzato. Analogamente, se la richiesta energetica e’ massima quando la produzione e’ minima, siamo costretti a ricorrere ad altre fonti per soddisfare le richieste.

Per ovviare a questi problemi, si ricorre a sistema di accumulazione basati proprio su batterie. Riprendendo l’esempio del solare, durante il giorno l’energia prodotta viene stoccata in batterie in grado di accumularla per poi cederla quando la richiesta aumenta.

Il problema principale delle batterie normalmente utilizzate, ed in questo caso la capacita’ di contenimento e’ il parametro piu’ importante, e’ che molto spesso questi sistemi sono basati su metalli e componenti che, una volta esaurito il ciclo vitale delle batterie, sono estremamente tossici e dannosi per l’ambiente. L’esempio principale in questo caso e’ quello delle batterie al piombo.

Bene, negli ultimi mesi una delle principali compagnie produttrici di batterie, l’italiana FIAMM, ha reso disponibili dei sistemi basati semplicemente sul cloruro di sodio, cioe’ proprio il semplice sale.

Batteria SoNick della FIAMM

Ad essere sinceri, e al contrario di quello che leggete in rete, le batterie al cloruro di sodio sono una realta’ gia’ da qualche anno. Quello che e’ riuscita a migliorare notevolmente la FIAMM e’ la capacita’ di contenimento energetico e soprattutto la durata delle batterie.

Questa nuova serie di batterie si chiama SoNick ed e’ basata sul cloruro di sodio e sul cloruro di Nichel. Durante il funzionamento, il cloruro di nichel si deposita al catodo, mentre il sodio, dissociato dal NaCl, si deposita sull’anodo. In ciascuna cella, anodo e catodo sono separati da una barriera ceramica che consente il passaggio degli ioni di sodio per il funzionamento della batteria. La tensione a circuito aperto della singola cella e’ di 2.58V e questo valore, al contrario di molte batterie commerciali, rimane pressoche’ costante per gran parte del profilo di scarica. Questo sistema consente di conservare la carica per tempi piu’ lunghi oltre ad allungare notevolmente la vita stessa della batteria.

Questo tipo di batterie e’ stato sviluppato appositamente per essere connesso con i sistemi rinnovabili, appunto solare ed eolico. La fase di ricerca e sviluppo e’ durata diversi anni ed e’ stata fatta in collaborazione anche con il CNR. Detto questo, capite molto bene l’importanza di questo risultato e l’interesse di moltissimi produttori in questi nuovi sistemi.

La stessa FIAMM ha costruito nella sua sede un parco solare munito di batterie al sale. Inoltre, in collaborazione con Ansaldo, si e’ aggiudicata la gara per la costruzione di un impianto nella Guyana francese. Il progetto prevede la realizzazione di un parco in grado di formire elettricita’ a diverse famiglie della zona e potrebbe essere il primo di una serie pensata proprio per portare elettricita’ in luoghi difficilmente raggiungibili dalla rete tradizionale.

Punto di forza di queste batterie e’ ovviamente l’impatto ambientale minimo al termine del ciclo vitale. Ad oggi, le batterie al sale vengono gia’ utilizzate nella trazione elettrica di autobus, ad esempio dalla Iveco. Queste nuove batterie consentiranno anche in questo caso di migliorare la durata dei sistemi e di garantire percorsi sempre piu’ lunghi prima della ricarica.

 

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