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Il metro’ del futuro

19 Giu

In questo blog, diverse volte ci siamo occupati di soluzioni alternative per il risparmio energetico, valutando sia lo stato attuale delle tecnologie verdi, come ad esempio i pannelli solari:

Energia solare nel deserto

Pannelli, pannelli e pannelli

ma soprattutto, cercando di analizzare al meglio quali e quanti sono gli sprechi che ogni giorno facciamo in casa della nostra energia:

Il led rosso dello stadby …

Elettrodomestici e bolletta

Come abbiamo visto, la filosofia di base del ricorrere alle soluzioni a basso impatto e’ certamente valida, ma, prima di tutto, le attuali soluzioni non possono certo essere viste come un punto di arrivo. Senza ombra di dubbio, uno dei migliori modi di risparmiare energia e’ quello di utilizzare al meglio le risolrse attualmente disponibili.

In questo filone, sta richiamando molta attenzione il progetto Seem4US, sviluppato per migliorare l’efficienza energetica delle stazioni della metropolitana. Come forse molti sapranno, le stazioni sotterranee, tolto il discorso ovvio della movimentazione dei treni, necessitano di moltissima energia per poter funzionare. Immaginate anche solo i sistemi di aereazione e illuminazione che consentono di trasformare quelle che altro non sono che caverne in un ambiente adatto al traffico e allo stazionamento di moltissimi utenti.

Il programma Seem4US e’ stato inizialmente proposto da un gruppo di diversi soggetti, alcuni dei quali italiani, nell’ambito del settimo programma quadro dell’Unione Europea. Con questo si intende tutta una serie di progetti, analizzati e valutati da speciali commissioni europee, che, qualora selezionate, vengono finanziate in larga parte con soldi della comunita’ per poter essere portate a termine.

metro_ridimensionato

Seem4US e’ proprio stato sviluppato e realizzato in forma prototipale grazie ai contributi europei.

In cosa consiste?

Prima di tutto, le stazioni, intese come parametri abitativi, cioe’ qualita’ dell’aria, illuminazione, riscaldamento, servizi di mobilita’, ecc., non sono piu’ costanti nel tempo, ma l’accensione o lo spegnimento di questi sistemi e’ gestita in base ad un algoritmo di calcolo.

Immaginate la seguente situazione. E’ inverno, e entrate all’interno di una stazione sotterranea. Quante volte vi sara’ capitato di entrare, trovare un flusso intenso di persone e trovarvi a sentire caldo. Questo e’ del tutto normale se consideriamo che ciascuno di noi puo’ essere paragonato ad una piccola stufetta che emana calore. Ora, anche se fuori fa freddo, in condizioni del genere e’ inutile avere il riscaldamento al massimo. Un sistema intelligente dovrebbe capire la temperatura istantanea in stazione, o meglio valutare il flusso di persone, e poi adattare i servizi.

Questo esempio, estremamente riduttivo, ci fa capire a grandi linee il funzionamento di Seem4US. Gia’ il nome stesso del progetto ci fornisce importanti informazioni. Si tratta infatti di un acronimo che sta per Sustainable Energy Management for Underground Stations.

Ovviamente, i parametri misurati dal sistema sono molteplici, si va dalla temperatura alla velocita’ del vento, fino a indicatori funzionali come: flusso di persone, ore di punta, frequenza dei treni, numero di persone in banchina, ecc. In base poi a questi parametri, il sistema decidera’, seguendo algoritmi preimpostati, come meglio ottimizzare le risorse.

Funziona il sistema?

La risposta e’ ovviamente si. Da stime fatte, si e’ calcolato che il risparmio potrebbe aggirarsi intorno al 10-15% dell’attuale consumo energetico. Per darvi un’idea, il consumo di energia per una stazione media e’ dell’ordine dei 63 milioni di Kwh/anno. Anche ottenere un risparmio solo del 5% darebbe un ottimo contributo al risparmio.

Perche’ non applicarlo in tutte le stazioni?

Per come e’ strutturato, il sistema deve essere calibrato in modo personalizzato per ciascna stazione. Questo e’ reso necessario dal fatto che diverse stazioni hanno diverse strutture, ma soprattutto parametri costruttivi che possono essere completamente differenti. In tal senso, per poter definire al meglio il programma e’ necessario acquisisre dati per un periodo di qualche mese e solo successivamente elaborare il software personalizzato.

Al momento, il primo prototipo di Seem4US sta per essere installato all’interno della stazione Paseo de Gracia della metropolitana di Barcellona. I risultati preliminari di questa applicazione sembrano essere molto promettenti, con risparmi intorno al 10%, e assolutamente migliorabili.

Nella terza fase del progetto, prima fase raccolta dati, seconda fase ottimizzazione, si passera’ anche ad un sistema piu’ evoluto in grado di comunicare direttamente con l’utente. In questo caso, mediante una serie di applicazioni, si potra’ ricaricare il telefono percorrendo le scale a piedi o semplicemnete passeggiando all’interno della stazione. Come e’ noto infatti, il nostro stesso movimento puo’ essere, utilizzando speciali sensori del pavimento, essere trasformato in energia elettrica. Ovviamente, in questo caso, il protocollo di connessione e comunque la potenza del segnale da gestire prevede un ulteriore sviluppo tecnologico attualmente in fase di definizione.

Concludendo, come detto all’inizio, utilizzare al meglio le nostre risorse e’ un importante passo in avanti nella riduzione dell’inquinamento e per cercare di diminuire gli sprechi energetici. Il progetto Seem4US prevede dunque un sistema personalizzato in grado di ridurre notevolmente il consumo energetico di una stazione sotterranea della metro, semplicemente sfruttando le informazioni in real time sul numero di passeggeri e sulle condizioni al contorno ambientali.

 

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

E portiamo lo smartphone anche nello spazio!

10 Mag

Come spesso si dice: la necessita’ stimola l’ingegno. Forse proprio questo sta capitando in un periodo di crisi in cui molti settori della ricerca stano soffrendo a causa dei ripetuti tagli dei governi.

Come sappaimo bene, e come discusso in questi post:

I lanci Spaziali del Futuro

Dove andiamo in vacanza? Nello spazio!

Dal turismo al traferimento nello spazio

Londra-New York in un’ora?

una delle agenzie che piu’ soffre a cuasa del diminuito budget e’ proprio la NASA. Nei post precedenti, abbiamo in particolare visto come, dopo la chiusura del programma Shuttle, l’ente americano versi in gravi difficolta’ perche’ per la prima volta nella sua storia si ritrova senza un mezzo proprietario per andare nello spazio e con dei finanziamenti che difficilmente le consentiranno di sviluppare un nuovo programma in tempi rapidi.

In questa ottica, molto lavoro si sta facendo grazie a compagnie private, interessate in primis ad un programma di turismo spaziale che potrebbe fruttare molti soldi, ma che grazie alla loro diponibilita’ finanziaria stanno dando importanti contributi anche nella ricerca della miglior soluzione per andare in orbita.

Dunque, se il trend continuera’ ad essere questo, e’ meglio pensare subito a soluzioni alternative anche per le alre missioni spaziali, in modo da trovare il miglior rapporto qualita’/prezzo per tutto.

Pensiamoci un attimo, tolto il discorso lanci di cui abbiamo parlato, qual e’ l’altra attivita’ spaziale che impiega grossi finanziamenti? Sicuramente quella legata alle missioni in orbita, cioe’ su satellite.

Bene, questo e’ il punto. Se possibile, si deve risparmiare sui satelliti ma ovviamente senza perdere funzioni necessarie al corretto svolgimento della missione o della ricerca. Questo discorso, affrontato anche dai vertici della stessa NASA, e’ molto importante per fare in modo che tutte le linee scientifiche dell’agenzia siano mantenute, senza perdere terreno in nessun campo.

Ora, cambiamo apparentemente discorso: qual e’ lo strumento tecnologico che tutti abbiamo? Sicuramente il telefono cellulare. Ormai, una grossa percentuale dei nostri telefoni sono dei cosiddetti “smartphone”.

Cosa e’ in grado di fare uno smartphone? Indipendentemente dal modello, ormai tutti hanno una fotocamera con piu’ o meno risoluzione, collegamenti internet, bluetooth, gps, registratore di suoni e immagini, ecc.

Bene, ora uniamo i due discorsi fatti. Stiamo cercando satelliti low cost da utilizzare in orbita, la tecnologia degli smartphone e’ evoluta e ormai a buon mercato.

Perche’ non mettere insieme queste due cose?

Il satellite PhoneSat

Il satellite PhoneSat

A questo ci ha gia’ pensato la NASA che infatti ha iniziato il programma “Small Spaceraft Technology”. Proprio nell’ambito di questi studi, e’ nato il programma PhoneSat che prevede l’utiizzo di sistemi basati sulla tecnologia dei cellulari per studiare satelliti a basso costo, basso peso e alte prestazioni. Ovviamente, non dovete pensare che i ricercatori hanno preso dei modelli di telefonino e li hanno mandati in orbita, ma la tecnologia utilizzata per realizzare questi prototipi sfrutta esattamente l’elettronica dei nostri smartphone.

Lo scorso 21 aprile, con il lancio dell’ultimo razzo Antares, e’ stato portato in orbita un piccolo satellite, dal peso inferiore a 10 Kg, dotato proprio di 3 telefonini-equivalenti, chiamati Alexander, Graham e Bell. Questa piccola scatola cubica e’ stata messa in orbita e ha raccolto dati fino al 27 aprile quando poi e’ ricaduta incendiandosi a contatto con l’atmosfera.

Se pensate che stia scherzando, ecco il link della pagina NASA relativa la programma Small Spacecraft Technology:

NASA, SST

Sempre nell’ottica del risparmio, il programma PhoneSat ha utilizzato un’analisi dei dati davvero molto carina. Invece di raccogliere i dati a terra e analizzarli in un centro di calcolo specifico, i dati sono stati resi pubblici per gli utenti che quindi hanno potuto analizzare indipendentemente le informazioni inviate dai telefoni in orbita, mettendo poi in condivisione con gli altri i loro risultati. Si e’ dunque trattato di un bellissimo esempio di “citizens science”, in cui tutti potevano partecipare e condividere informazioni con gli altri.

Attraverso le immagini inviate dalle fotocamere, e’ stato possibile ricostruire una mappa completa della Terra, come mostra questo esempio:

Immagini a bassa risoluzione di PhoneSat. Media e alta risoluzione in acquisizione

Immagini a bassa risoluzione di PhoneSat. Media e alta risoluzione in acquisizione

ottenuta incollando tra loro le diverse foto scattate. Ovviamente, in questo caso l’informazione della posizione misurata attraverso il GPS e’ fondamentale.

Ecco il sito ufficiale di PhoneSat, in cui trovate oltre alle immagini anche la descrizione del programma e le modalita’ di condivisione dei dati raccolti:

PhoneSat

Qualora fosse interessati, anche se il satellite e’ andato perso, potete ancora iscrivervi al programma per avere libero accesso ai dati raccolti.

Solo per completezza, una domanda lecita che ci si potrebbe fare e’: come sono stati inviati i dati? Come detto, siamo partiti dall’elettronica ormai di consumo degli smartphone. Per poter inviare i dati a terra pero’, i sistemi sono stati costruiti per utilizzare la banda 437.425 MHz che e’ quella maggiormente utilizzata dai radioamatori. In questo modo, e’ possibile far arrivare le informazioni dagli smartphone fino alla stazione di terra dove poi vengono condivisi tra tutti gli utenti.

Concludendo, i risultati di questo studio sono senza dubbio incoraggianti. Sfruttare soluzioni low cost nella costruzione dei satelliti sicuramente consentirebbe di risparmiare molti fondi e deviarli da queste attivita’, ormai di servizio, verso tematiche piu’ complesse in cui e’ richiesto un maggior afflusso di finanziamenti. PhoneSat continua dunque il suo lavoro, e il programma a breve termine prevede il lancio di altri sistemi migliorati al fine di ottenere dati sempre piu’ precisi e che, nel giro di poco tempo, potrebbero sostituire del tutto i vecchi sistemi satellitari molto piu’ costosi.

 

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