IMDEA Materials collabora per creare una tecnologia di sensori intelligenti per la prossima generazione dell’aviazione
Nell’ambito del progetto DOMMINIO dell’Unione Europea, IMDEA Materials Institute sta contribuendo a creare sensori intelligenti integrati che forniranno aggiornamenti in tempo reale sugli aerei durante il volo agli ingegneri a terra.
Questi sensori, che saranno prodotti da nanotubi di carbonio, saranno incorporati nei componenti chiave degli aeromobili tramite la stampa 3D durante la produzione, con conseguente notevole risparmio di tempo e denaro per le aziende.
L’IMDEA Materials Institute sta svolgendo un ruolo chiave nello sviluppo della tecnologia dei sensori aeronautici di prossima generazione che consentirà il monitoraggio in tempo reale dei componenti della cellula in volo.
Tali sensori intelligenti, progettati per essere incorporati nelle parti stesse, sono destinati a fornire enormi vantaggi sia in termini di costi che di sicurezza all’industria aerea nei prossimi anni.
Questo, almeno, è uno degli obiettivi del progetto DOMMINIO ( Digital Method for Improved Manufacturing of Next-Generation Multifunzionale Airframe Parts ) finanziato dall’Unione Europea .
Uno dei ruoli di IMDEA Materials all’interno di questo consorzio di ricerca internazionale consiste nello svolgere la simulazione avanzata e il lavoro sperimentale necessario per sviluppare la tecnologia dei sensori e nella creazione di modelli virtuali ad alta fedeltà noti come “gemelli digitali”.
“Si chiamano digital twin perché sono modelli digitali molto accurati che vengono aggiornati durante l’intero ciclo di vita, replicando la parte fisica o il componente all’interno dell’aeromobile in tempo reale”, spiega Moisés Zarzoso, ricercatore di IMDEA Materials.
“Attraverso il suo sensore integrato, la parte fisica è in grado di comunicare direttamente con gli ingegneri a terra. Se, ad esempio, tu avessi un impatto durante il volo da chicchi di grandine, le informazioni relative a eventuali danni al pezzo verrebbero registrate da quel sensore e quindi inviate automaticamente al suo gemello digitale”.
“Utilizzando queste informazioni, le simulazioni che stiamo sviluppando saranno in grado di analizzare il rischio che un potenziale impatto potrebbe indurre nell’integrità strutturale del componente e di determinarne la durata residua”.
Questa ricerca è condotta dal gruppo sui compositi strutturali dell’Istituto guidato dal professor Carlos González. Il ruolo del lavoro di simulazione e modellazione nello sviluppo di tali sensori all’avanguardia consente ai ricercatori di superare i limiti della caratterizzazione dei materiali.
“Per progettare il sensore, dobbiamo essere in grado di caratterizzarlo”, ha affermato Zarzoso. “Possiamo farlo attraverso esperimenti, ma anche con simulazioni”.
“Con le simulazioni puoi andare oltre in alcuni aspetti. È possibile studiare gli effetti di determinati parametri di progettazione che sarebbero impossibili o estremamente costosi da testare sperimentalmente”.
Fondamentalmente, la tecnologia sviluppata attraverso il progetto DOMMINIO non consentirebbe solo il monitoraggio in tempo reale. Implementerebbe anche tecniche di stampa 3D avanzate e progressi nella produzione di fibre di nanotubi di carbonio (CNT) per incorporare il sensore all’interno della parte durante la produzione.
Ciò significa che non avrebbero più bisogno di essere collegati in fase di post-produzione e consentirebbe anche una significativa riduzione della quantità di cablaggio elettrico necessario per alimentare l’attuale generazione di sensori per aeromobili.
Una combinazione di sensori più leggeri ed efficienti dal punto di vista energetico, insieme a un cablaggio ridotto, farà sì che gli aerei diventino più efficienti in termini di consumo di carburante e quindi più rispettosi dell’ambiente ed economici da pilotare per gli operatori.
Nel progetto DOMMINIO è coinvolto anche il gruppo Nanocompositi multifunzionali di IMDEA Materials , guidato dal Dr. Juan Jose Vilatela, che ha assunto il ruolo di sviluppare il sensore CNT e l’analisi sperimentale delle sue proprietà piezoresistive quando è incorporato nel componente.
“I sensori sono progettati per essere realizzati con queste fibre, che sono incredibilmente leggere rispetto ai materiali esistenti e che consumano anche pochissima energia”, ha spiegato Zarzoso.
“Sono anche stampabili in 3D e, dato che sono fibre CNT, possono essere facilmente incorporate in un componente fabbricato con la tradizionale fibra di carbonio, che è un materiale molto comune nella produzione di aeromobili”.
I vantaggi di questa tecnologia, tuttavia, vanno oltre la riduzione del peso. Consentirà inoltre alle compagnie aeree di adottare programmi di manutenzione più efficienti ed efficaci.
“La manutenzione dell’aeromobile è programmata, dopo una quantità predeterminata di ore di volo, devi fermare il volo dell’aereo per controllare le varie parti e componenti”, ha detto Zarzoso.
“Se potessi avere un nuovo modo di progettare e produrre questi velivoli, che potrebbe fornirti informazioni in tempo reale dai sensori sulla salute strutturale della cellula, potresti migliorare il processo di manutenzione”.
“Ciò comporterebbe un notevole risparmio di tempo e costi per le compagnie aeree, nel rispetto dei severi standard di sicurezza per gli aeromobili”.
Il progetto DOMMINIO è finanziato dall’Unione Europea attraverso il programma di ricerca e innovazione Horizon 2020 .
Insieme all’IMDEA Materials Institute, tra i collaboratori del progetto figurano i coordinatori del Centro tecnologico AIMEN in Galizia, il colosso aerospaziale britannico BAE Systems e la società aeronautica spagnola ACITURRI, l’Università tecnica nazionale di Atene e l’Istituto francese di tecnologia e industriale Arts et Métiers per materie plastiche e compositi (IPC).
Fanno parte del consorzio anche l’Istituto nazionale rumeno per la ricerca aerospaziale “Elie Carafoli”, Tortech nano-Fibers LTD, DASEL Systems, consulenti Innovation in Research & Engineering Solutions (IRES), ESI Group e European Aeronautics Science Network (EASN).
