Rimodellare gli aerei

Gli ingegneri di volo hanno sempre cercato ispirazione nella natura. Ora stanno dando un'occhiata ancora più da vicino. Utilizzando materiali e sistemi informatici che rilevano e rispondono automaticamente ai loro ambienti, gli scienziati di un consorzio di ricerca texano finanziato dalla NASA stanno costruendo componenti per velivoli drammaticamente sperimentali. I nuovi aerei e astronavi saranno più forti e leggeri; saranno anche in grado di curare i danni ai loro sistemi, rendersi più aerodinamici in condizioni di cambiamento e persino modificare la forma delle loro ali durante il volo.

Circa 30 ricercatori di sei università sono stati finanziati attraverso il nuovo Texas Institute for Intelligent Bio-Nano Materials and Structures for Aerospace Vehicles, con sede presso la Texas A&M University a College Station. La sfida è davvero: possiamo imitare la natura, afferma Satish Nagarajaiah, un ingegnere civile della Rice University coinvolto nel progetto. Per creare velivoli che si comportano più come insetti e uccelli, i ricercatori svilupperanno materiali compositi che incorporano molecole organiche e biologiche da utilizzare in materiali strutturali, sensori e attuatori. Tali superfici di controllo come i flap, utilizzate da decenni, potrebbero essere sostituite da ali che si trasformano continuamente per massimizzare l'aerodinamica e consumare meno carburante.

Questa storia faceva parte del nostro numero di marzo 2003

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Il gruppo di nanomateriali funzionalizzati dell'istituto, ad esempio, sta modificando i nanotubi di carbonio, molecole di carbonio simili a tubi con proprietà strutturali ed elettroniche insolite, per creare una pelle per velivoli avanzati, afferma il leader del gruppo Enrique Barrera, un ingegnere meccanico della Rice University. Lo strato esterno sarà sensibile alle variazioni del flusso d'aria e alle sollecitazioni meccaniche; e utilizzerà i nanotubi di carbonio come minuscoli attuatori per aiutare le macchine a modificare le loro forme in risposta alle mutevoli condizioni aerodinamiche.

Oltre a sviluppare i materiali, i ricercatori dell'istituto dovranno creare metodi completamente nuovi per controllare i veicoli. I piloti di oggi regolano le posizioni di superfici come flap e timoni, ma i nuovi aerei cambieranno completamente le loro forme e potrebbero avere 100 volte più sensori e attuatori, prevede David Zimmerman, un ingegnere meccanico dell'Università di Houston che dirige i sistemi intelligenti dell'istituto gruppo. La teoria per la gestione che semplicemente non esiste oggi, dice. Quindi il suo gruppo sta sviluppando nuovi algoritmi di controllo che consentiranno a un aereo di decidere quale forma assumere in base all'input dei suoi sensori.

Anche se potrebbero volerci 15 anni per costruire un aereo con la capacità di rimodellare se stesso in risposta al suo ambiente, i componenti strutturali e di rilevamento creati dal consorzio potrebbero farsi strada nei veicoli spaziali e nella Stazione Spaziale Internazionale in soli due o tre anni, afferma Barrera . La NASA ha sicuramente fatto un grande sforzo in questo, afferma Rick Claus, un ingegnere elettrico al Virginia Polytechnic Institute ed ex ingegnere della NASA. Ma trovare materiali migliori con le caratteristiche necessarie per raggiungere gli obiettivi dell'istituto, avverte, sarà una cosa difficile.

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