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Come funziona un tappeto volante

6 anni fa

8 minuti

Tappeto Volante

Tutti noi da ragazzini abbiamo sognato di volare su un tappeto volante. Ora che siamo cresciuti, vediamo come si potrebbe fare.

Ne possiamo
costruire uno?

Nel 2007, Lakshminarayanan Mahadevan, un matematico di Harvard, provò che si poteva teoricamente costruire un tappeto volante mosso tramite vibrazioni, a patto che non fosse più grande di 10 cm, che fosse spesso un decimo di millimetro, e che vibrasse 10 volte al secondo, pubblicando un apposito paper scientifico.

Nel 2011 uno studente di Princeton, partendo da questo studio, è riuscito a crearne un prototipo che si muove alla velocità di 1 centimetro al secondo, grazie a degli attuatori piezoelettrici, ma senza alzarsi dal suolo più di qualche millimetro.

Da allora non ci sono state altre innovazioni nel settore. In pratica, per il momento, invece di un tappeto volante siamo riusciti solo a creare un vibratore ultrapiatto.

La cosa più vicina ad un tappeto volante che sia mai stata sperimentata dal vivo, è questa:

 

 

 

Di cosa dovrebbe essere fatto un tappeto volante?

Dalle immagini che si trovano in giro, si può dedurre che un tappeto volante sia approssimativamente largo un metro, lungo due, e spesso un centimetro.

La resistenza del materiale di cui è composto deve essere tale che possa almeno mantenere il peso del guidatore.

La resistenza del materiale di cui è composto deve essere tale che possa almeno mantenere il peso del guidatore, sulla minima superficie di appoggio possibile. Diciamo quindi che serve una resistenza minima di 100 Kg per cm². Ma bisogna anche considerare la velocità ascensionale (diciamo al massimo 3g), e la possibile pressione del vento contrario.

Per mantenere un margine di sicurezza, è quindi necessario usare un materiale che, con lo spessore di un centimetro, regga almeno 800 Kg per cm² prima di rompersi. Deve cioè avere almeno un quarto della resistenza dell’acciaio.

Per poter essere così resistente, ma mantenersi flessibile, il tappeto volante dovrebbe essere quindi tessuto con un filato a base di nanotubi di carbonio.
Modelli 3D di tre differenti tipi di nanotubi di carbonio a parete singola.

Modelli 3D di tre differenti tipi di nanotubi di carbonio a parete singola.

 

 

La propulsione e le fonti di energia

Indipendentemente da quali siano i motori che lo spingono, il problema principale da risolvere è la fonte di energia. Dove puoi stoccare l’energia, se tutto lo spazio che hai a disposizione è di circa un metro per due, con lo spessore di un centimetro?

Indipendentemente da quali siano i motori che lo spingono, il problema principale da risolvere è la fonte di energia.

Sarebbe teoricamente possibile stoccare idrogeno in strutture di carbonio denominate Fullereni, che potrebbero essere inserite negli interstizi del tappeto volante. Ci sono però due problemi a riguardo:

  1. I fullereni sono estremamente tossici per l’uomo. La tossicità è equivalente a quella dell’amianto.
  2. L’idrogeno ha una resa energetica molto bassa. Se usassimo la metà dello spazio del tappeto volante per stoccare i fullereni, col rischio di compromettere l’integrità dello stesso, potremmo stoccare nella migliore delle ipotesi (100 bar di pressione) solo 1000 litri di idrogeno, che sviluppano la stessa energia di 1 di litro di benzina.
Troppo poca energia, indipendentemente dal tipo di motore.

In pratica, attualmente dovremmo forzatamente usare la magia per tenere in volo un tappeto volante. Nessuna altra fonte di energia conosciuta sembra essere in grado di farlo.

Per citare Sherlock Holmes:

Una volta eliminato l’impossibile, ciò che rimane, per quanto improbabile, dev’essere la verità.

Se i tappeti volanti esistono, come documentato in innumerevoli libri per ragazzi, dobbiamo quindi accettare l’esistenza della magia.

Se però diamo per buona l’esistenza della magia, possiamo usarla anche per risolvere il problema della propulsione. Si direbbe una buona notizia.

Per quelli che non si accontentano della magia come spiegazione per la propulsione, nel 2007 è stata teorizzata la possibilità di invertire l’effetto Casimir usando dei metamateriali.

Al momento non è ancora possibile. Nel futuro, chissà.

 

 

 

Come si guida?

flying_carpet_by_konishkichen

Progettare l’interfaccia utente di un tappeto volante non è un problema da poco.

Il pilota deve stare in piedi, oppure seduto a gambe incrociate, su di una striscia di tessuto instabile, soggetto alle correnti d’aria. Deve inoltre riuscire, senza una cloche, a far capire al mezzo dove vuole spostarsi, lungo tre assi di libertà.

Non essendoci comandi manuali, il principio dovrebbe essere quello del Segway. In pratica la velocità e la pendenza orizzontale/verticale del tappeto volante si adatterebbero continuamente alla postura del pilota, per evitare di farlo cadere, permettendone così la guida.

Ci sono però tre problemi da considerare:

  1. L’instabilità del mezzo e l’eventuale spinta del vento farebbero cambiare baricentro in continuazione, rendendo pressoché impossibile mantenere una direzione di volo costante, visto che il tappeto volante dovrebbe continuamente compensare per non sbilanciare il pilota.
  2. Il pilota sarebbe continuamente soggetto al rischio di cadute.
  3. Posto che abbia un perfetto senso dell’equilibrio e che non ci sia vento, cambiando l’inclinazione del corpo il pilota potrebbe istruire il tappeto a muoversi solo sui 2 assi X e Y, ma non sull’asse Z.

 

 

Come fa il pilota a mantenere l’equilibrio?

Avendo ovviamente costantemente il vento a sfavore, il pilota sarebbe costretto a mantenere una postura continuamente sbilanciata in avanti per controbilanciarne la spinta. Usando lo stesso sistema di bilanciamento del Segway, questo potrebbe però ingannare il tappeto, facendogli pensare che il pilota voglia accelerare.

Lo stesso problema ci sarebbe ogni volta che il pilota compensasse, con un cambio di postura, un improvviso colpo di vento.

Serve quindi un sistema che integri i dati che arrivano dai sensori di peso, con quelli della velocità e dell’inclinazione relativa del vento, così che il Tappeto Volante possa capire il giusto comportamento da tenere.

In effetti questo sistema c’è (mai sottovalutare la saggezza degli antichi) . Ecco chiarita l’utilità delle frange esterne dei tappeti volanti: sono anemometri.

 

 

Come mai il pilota non cade?

L’iconografia dei tappeti volanti insegna che per guidare bisogna stare in piedi, o seduti.

L’attrito delle scarpe o delle cosce sulla stoffa, però, non è sufficiente per controbilanciare la spinta del vento.

Tappeto Volante - ScarpeIl problema peggiorerebbe ulteriormente se il tappeto dovesse scendere di quota a velocità maggiore dell’accelerazione di gravità. In quel caso, il pilota si staccherebbe dal tappeto volante e resterebbe indietro, continuando a precipitare per conto suo, a velocità minore.

Serve quindi un sistema per mantenere costantemente il pilota attaccato al tappeto volante. Ma, anche in questo caso, ci viene in aiuto l’iconografia.

Le scarpe del guidatore di tappeti volanti sono estremamente peculiari: presentano una punta rigida arrotondata verso l’alto. È ovvio che tutto ciò deve avere una utilità.

Il tappeto volante è quindi probabilmente munito di appositi sensori e, quando inizia a prendere quota con un pilota a bordo, curva la superficie sotto alle scarpe dello stesso, facendone sprofondare i piedi di qualche centimetro ed estroflettendo appositi filamenti che si agganciano saldamente alle punte e ai tacchi delle scarpe stesse.

Le scarpe devono ovviamente essere rinforzate. La punta è collegata alla suola e al tacco, ed è una unica placca di acciaio, rigida e abbastanza resistente da poter trattenere il pilota anche durante le manovre più improvvise.

Per evitare di costellare la superficie del tappeto volante con una enormità di sensori, probabilmente sono i motivi grafici ricamati sulla superficie a spiegare al pilota dove deve mettere i piedi, quando sale.

 

Magic_Carpet

 

Come si fa ad andare su e giù?

Abbiamo visto che il pilota può guidare il tappeto volante nelle quattro direzioni canoniche (avanti, indietro, destra e sinistra) semplicemente spostando il proprio baricentro. Ma come fa a cambiare quota?

Avendo a che fare con un mezzo spinto dalla magia, potremmo pensare di usare soluzioni fantasiose, ma probabilmente non funzionerebbero.

Ad esempio, i comandi telepatici su un mezzo simile sono sconsigliabili. Nessun essere umano ha il perfetto controllo di ciò che pensa, e l’effetto anche di un solo errato e fuggevole pensiero, potrebbe essere fatale.

Sono da scartare anche i comandi vocali: il vento potrebbe renderli inutili. Inoltre, dopo un comando “sali”, non ci si potrebbe mai distrarre, perché a quote troppo alte non c’è abbastanza ossigeno per emettere suoni, e sarebbe quindi impossibile chiedere di tornare “giù”.

Non funziona neanche un eventuale comando tramite tracciamento oculare. “Ehi guarda, una montagna”… Crash!

L’unica possibilità è che il tappeto abbia modo di vederti/percepirti e interpretare i tuoi gesti.

Ad esempio, il pilota potrebbe usare la postura delle mani: entrambi gli indici puntati verso il basso, va giù. Postura equivalente, ma con gli indici puntati verso l’alto va su.

La velocità si potrebbe regolare piegando e raddrizzando le dita delle mani. Questo sistema di guida avrebbe anche un vantaggio dal punto di vista della sicurezza: in caso di svenimento del pilota, il cambio di postura porterebbe il tappeto volante a mettersi sottosopra. A questo punto il pilota, svenuto e appeso a testa in giù, avrebbe le braccia distese verso terra, con gli indici puntati in basso, cosa che porterebbe ad un atterraggio automatico.

Ovviamente serve un sistema di sicurezza che rallenti automaticamente la discesa, e faccia raddrizzare il mezzo, in prossimità del suolo.

L’unico inconveniente di questo tipo di guida, è che il tappeto deve essere in grado di guardarti. Considerando il punto di vista del tappeto, si consiglia ai piloti donna di non indossare la gonna.

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