Come l’AI farà andare più veloci le barche (in barba alla cavitazione)
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Come un team svizzero sta utilizzando l’intelligenza artificiale per combinare ventilazione e cavitazione e battere il record di velocità a vela
Cavitazione, un problema risolvibile?
Durante la Coppa America abbiamo parlato più volte dei limiti fisici contro cui i designer degli attuali AC75 si stanno scontrando. I problemi di ventilazione e cavitazione elevano, infatti, il livello di difficoltà che gli ingegneri devono affrontare, con in particolare la cavitazione a porre un argine quasi invalicabile alle velocità massime raggiungibili dalle imbarcazioni foil, anche di grandi dimensioni come appunto gli AC75 usati in Coppa.
60 nodi: una barriera del suono per l’acqua
La sfida ricorda quella dei tempi pionieristici dell’aeronautica, quando la barriera di Mach 1, ossia la velocità del suono nell’aria, rappresentava per gli ingeneri un muro difficile da superare, sebbene teoricamente alla portata data l’introduzione dei jet. Tuttavia più ci si avvicinava a tale limite, più le complicazioni aumentavano esponenzialmente.
La vela sta in qualche modo vivendo una situazione analoga con l’avvento dell’era dei foil, che consente velocità teoriche oltre i 50 nodi, ma con la maggior parte dei profili correntemente usati che, all’avvicinarsi dei 60 nodi di velocità, vanno ad ingenerare il fenomeno della cavitazione ad un livello tale da portare rischi sia di conduzione sia strutturali.
Un fenomeno talmente pericoloso, se non controllato, da far sì che, nelle regate di Coppa con vento sostenuto, abbiamo visto spesso gli equipaggi scegliere rotte più basse e più lente in poppa, anche a costo di perdere VMG, pur di non navigare oltre i 50 nodi, sebbene l’impressione fosse che le barche avessero la possibilità di andare più forte.
Se fino a pochi anni fa, quindi, tale barriera appariva comunque praticamente irraggiungibile, e quindi non meritevole di ricerche approfondite, con l’ultima Coppa e con l’evoluzione sempre più rapida del mondo foil, ha iniziato a rappresentare un limite concreto alle prestazioni, tanto che, ad esempio, a Barcellona si ipotizzava di passare a barche addirittura più piccole (come un possibile AC65) per allontanarsi almeno in parte da questo limite fisico e ampliare il margine di sviluppo sui profili.
SP80: gli svizzeri che puntano al record combinando intelligenza artificiale, ventilazione e cavitazione
In questo scenario emerge il lavoro del team di ricerca SP80, una squadra di 40 ingegneri dell’Istituto di Tecnologia di Losanna EPFL (Ecole Polytechnique Federale de Lausanne) che sta lavorando su un prototipo di “imbarcazione” a foil che possa raggiungere gli 80 nodi di velocità.
Le virgolette sono d’obbligo essendo la “barca” un prototipo che assomiglia più ad una astronave che ad un’imbarcazione: una specie di piccolo trimarano, trainato da un kite, ma in grado di volare sui foil appena sopra il pelo della superficie. SP80 sta proprio per Speed Potential = 80 e l’idea è quella di riuscire a trovare geometrie dei foil tali per cui la cavitazione non diventi più un limite invalicabile o pericoloso.
Il principio di base è semplice nella teoria, ma geniale e tecnologicamente avanzato nella pratica: gli ingegneri di Losanna hanno infatti scoperto che il fenomeno della cavitazione, per sua natura instabile e difficile da gestire, può diventare invece controllabile se ad essa viene associato, in maniera ovviamente attentamente calibrata, quello della ventilazione.
Le simulazioni e le prove in vasca effettuate dagli ingegneri di SP80 hanno infatti dimostrato che la campana di vapore che si crea sulla superficie superiore dei foil sopra i 55-60 nodi di velocità assume forme e caratteristiche stabili, quindi controllabili e soprattutto prevedibili, se all’interno di essa viene iniettata aria. Questo processo sfrutta quindi attivamente il fenomeno della ventilazione per rendere governabile la cavitazione del profilo.
L’intelligenza artificiale per trovare il profilo giusto
Un’innovazione tecnica di questa portata si muove, ovviamente, in un territorio ampiamente inesplorato, soprattutto per quel che riguarda le forme dei foil stessi. Ed è qui che entra in gioco, agli albori della rivoluzione AI, l’intelligenza artificiale: gli ingegneri di SP80 hanno sfruttato l’AI con algoritmi avanzati per generare un’enorme quantità di simulazioni, testando le prestazioni di una vasta gamma di profili.
Il risultato? Un design completamente nuovo: un profilo radicalmente diverso, a forma di cuneo, che si è dimostrato il più efficace per generare portanza e creare un cuscino d’aria e vapore stabile sulla parte superiore del foil. Questa scoperta potrebbe spalancare (teoricamente) le porte a una nuova era dei foil, in cui la cavitazione non rappresenti più una barriera insormontabile oltre i 60 nodi.
Nel 2025 il tentativo di record di velocità. L’obiettivo è il trasporto ad alta velocità. La Coppa? C’è ancora una limitazione
Secondo quanto dichiarato, il team di SP80 tenterà per la prima volta proprio nel 2025 di battere l’attuale record di velocità a vela, stabilito da Paul Larsen nel 2012 con il suo Vestas Sail Rocket a 65.45 nodi e ancora imbattuto dopo più di un decennio.
Se SP80 riuscirà nell’impresa avremo la prima dimostrazione di fattibilità dei foil che potremmo definire a “cavitazione controllata”, con una probabile veloce ripercussione sul mondo della nautica e del trasporto marittimo. Chiaramente il lavoro di SP80 non è rivolto in particolare alla Coppa America, ma è pensato per tentare di rivoluzionare il trasporto marittimo ad alta velocità.
È chiaro, però, che sarebbe rivoluzionario anche per il trofeo sportivo più antico del mondo, dato che gli AC75 sono tra le barche foil più veloci e che più soffrono, come detto in precedenza, di questo tipo di limitazioni. C’è però, per quel che riguarda la Coppa America, un altro limite importante di cui tenere conto, ossia la necessità che i foil delle barche possano performare in maniera ottimale in un vasto range di condizioni di vento, non potendo quindi ottimizzare i profili solo per le massime velocità ad alto regime di cavitazione. Ciò non toglie che la fantasia dei designer potrebbe scatenarsi, anche con dimensioni dei foil sempre più piccole e volutamente cavitanti in ogni condizione.
L’intero percorso sarà quindi interessante da seguire, per capire se quest’anno si aprirà questa nuova, importante, frontiera nel mondo foil.
Federico Albano
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4 commenti su “Come l’AI farà andare più veloci le barche (in barba alla cavitazione)”
Buongiorno, seguo da sempre il Giornale della Vela, lavoro nel turismo nautico, mi chiedo tuttavia se questa testata abbia fatto una minima valutazione delle conseguenze nefaste che sulle nostre coste possano cagionare bolidi a vela di questo tipo. Questo è l’ ennesimo articolo che pubblicate sui foil a vela ma sui rischi che si possano determinare a queste velocità non ho letto una sola parola.
Non parlo dei percorsi dell’ America ‘ s Cup ma delle nostre acque protette, quelle frequentati da normali diportisti senza folli ambizioni di velocità, dove questi mostri potrebbero scorrazzare a breve, condotti per giunta da giovanotti senza patente. Sarebbe bello, nel prossimo articolo in merito, trovare anche un’ analisi del problema sicurezza .
Sono un ex dipendente dei cantieri navali rodriquez di Messina il problema della cavitazione l’avevamo sulle eliche degli aliscafi che più di venti anni fa avevamo risolto con (noi la chiamiamo adduzione aria)sono un appassionato di Coppa America ho seguito tutte le competizioni dai tempi di”azzurra”e l’ultima volta per problemi di salute non sono riuscito ad andare a Cagliari per vedere se era possibile le ali da vicino ho costruito ali per trentacinque anni e risolto tanti problemi.
C’è un motivo per il quale le macchine di formula 1 non possono circolare su strada.
Io, in accordo con Piero Aiello, non condivido affatto questa filosofia della velocità a vela a tutti i costi. Il costo potrebbe infatti essere la vita dell’uomo, delle specie ittiche e del mare stesso. Già vediamo giovani emuli su barche che viaggiano su foil, con enormi rischi di ingavonamenti accidentali e relativi cappottanti; niente di speciale direte voi, finquando non coinvolgeranno qualcuno a voi caro.
Non è così che si va a vela, per sua natura la vela non corre, la vela dona relax, momenti di introspezione e godimento della natura. Se vuoi correre buttati in acqua e nuota……………….
La maggior parte degli appassionati di nautica pensa che le barche debbano andare più o meno veloci per diporto e siano, quindi, solo dei “giocattoli” più o meno belli o più o meno veloci…E più o meno invelati! In realtà si tratta di mezzi di trasporto che qualcuno che può permetterselo (e ama farlo) usa per proprio personale piacere…Comportamento, peraltro, economicamente rilevante e certamente non trascurabile! Riuscire a navigare velocemente a vela per scopi commerciali (su rotte dalle caratteristiche meteo-marine adatte) non necessariamente a 60 nodi (ma senza consumare qualsivoglia combustibile) sarebbe, invece, senz’altro ecologicamente ben più rilevante nonchè tecnicamente ed economicamente interessante!
Il fenomeno descritto nell’articolo è, d’altro canto, ben noto a chi si occupa della propulsione di imbarcazioni veloci visto che, alle alte velocità di cui si parla (indipendentemente dal fatto che si navighi a vela o a motore) non può più essere evitato e, a quel punto, tanto vale sfruttarlo nella maniera migliore possibile.
Per quanto riguarda, poi, gli AC75 sono senz’altro dei mezzi altamente tecnologici ma devono ancora riuscire a navigare efficacemente (e autonomamente) a vela, “in dislocamento”, quando il vento è leggero e, pur essendo io un amante della bolina più stretta, confesso che “mi annoio” un po’ nel vederli navigare solo “stringendo il vento a perlomeno 30° e lascando solo pochi centimetri di scotta nei bordi di lasco”…