La lunga strada verso le attrezzature sportive ad alta tecnologia
Guerra, incidenti, malattie o vecchiaia - la disabilità può riguardare chiunque. Da tempo immemorabile, le persone sono alla ricerca di soluzioni tecnologiche per rendere la vita più facile alle persone che ne sono colpite. I pionieri furono i cinesi, che si dice abbiano usato una specie di sedia con ruote già nel 1300 a.C. Nel Medioevo, intorno all'anno 1420, seguirono tentativi che andavano da semplici veicoli simili a carriole a soluzioni d’azionamento fantasiose, sebbene ingombranti, con paranchi a fune.
Uno dei più antichi documenti pittorici risale al 1595. Esso mostra re Filippo di Spagna in un veicolo simile ad una sedia a rotelle che gli permette di svolgere i suoi affari governativi nonostante le sue gravi condizioni di gotta. La prima costruzione automotrice fu sviluppata nel 1655 dall'orologiaio di Norimberga Stefan Farfler che soffriva di poliomielite. La cronologia qui sotto riportata mostra altri traguardi sulla strada che ha portato alla sedia a rotelle da corsa motorizzata.
La pista da corsa del Cybathlon: Una vera sfida erculea
Come i Giochi Olimpici, il Cybathlon si svolge ogni quattro anni. Gli atleti partecipano a sei discipline diverse. Le gare sono divise in funzione della disciplina e solitamente collegate ad altri eventi di settore. Nella categoria “Wheelchair Race” i piloti con disabilità motoria grave completano, su una sedia a rotelle motorizzata, un percorso ad ostacoli definito. Le singole stazioni comportano notevoli sfide tecniche. Questa disciplina é sicuramente la preferita del team HSR Enhanced dell'Università di Scienze Applicate di Rapperswil. A testimonianza di ciò ci sono le due medaglie d'oro vinte nelle scorse edizioni.. Per salire le scale, molte squadre optano per i cingoli. HSR Enhanced, tuttavia, utilizza un concetto di azionamento ibrido costituito da cingoli per le scale e ruote sterzanti individuali per tutti gli altri ostacoli, rendendo la sedia a rotelle estremamente manovrabile.
Per superare le scale, la sedia a rotelle dispone di un modulo supplementare abbassabile chiamato “Herkules” installato sotto il telaio. Questo modulo converte la sedia a rotelle da un veicolo a ruote ad un veicolo a cingoli. Il sedile e quindi il baricentro sono spostati per garantire che il conducente sia seduto in modo sicuro anche quando la sedia a rotelle si trova in una posizione inclinata. Questo spostamento influisce anche sulla trazione e sulla maneggevolezza. Si tratta inoltre di una funzione utile per l’utente della sedia a rotelle in ogni situazione quotidiana: Quando il sedile è avanti, i suoi piedi sono in basso e può avvicinarsi comodamente ad un tavolo. Nella posizione indietro - la posizione standard per spostarsi su un terreno piano - le gambe del conducente sono sollevate ed distese il che rende la combinazione conducente-sedia a rotelle più corta e più compatta.
I motori di FAULHABER vengono utilizzati nel modulo scale per la regolazione del sedile e per il movimento di sterzo delle singole ruote. “Herkules” viene abbassato utilizzando due potenti motori a spazzole che sollevano il peso totale di circa 180 kg dalle ruote ai cingoli. Lo stesso tipo di motore, qui con riduttore e vite conduttrice, viene utilizzato anche per spostare il sedile. Quattro motori brushless BXT con riduttore passivo permettono il movimento di sterzo delle ruote. Grazie alla loro innovativa tecnologia di avvolgimento e al design ottimizzato, sono in grado di raggiungere una coppia estremamente elevata. Le loro prestazioni e la loro efficienza superano notevolmente altri motori di dimensioni simili. Con una velocità fino a 10.000 giri/min, sono in grado di eseguire il movimento di sterzo praticamente istantaneamente. I loro sensori di Hall digitali, integrati di serie, possono essere utilizzati per un controllo della velocità assolutamente preciso.
Spingersi al limite per superare i limiti
In una competizione tecnologica impegnativa come il Cybathlon, tutti i partecipanti crescono con i loro compiti. Questo vale per gli sviluppatori svizzeri all'Università di Rapperswil, così come per gli ingegneri tedeschi di FAULHABER a Schönaich. Lì, i preziosi effetti sinergici delle esperienze e delle soluzioni acquisite al limite di ciò che è tecnicamente possibile sono direttamente utilizzati per l'ottimizzazione e lo sviluppo di nuovi prodotti nelle aree di applicazione della human augmentation e delle protesi. I primi a beneficiare di questo trasferimento tecnologico sono gli ingegneri applicativi e successivamente le persone con disabilità in tutto il mondo. Che si tratti di protesi per mano mioelettriche, protesi per braccia e gambe o addirittura esoscheletri e robot da lavoro, l'elenco degli ambiti di applicazione per i quali FAULHABER dispone di soluzioni di azionamento adeguate standard o personalizzate è lungo. Grazie a questa esperienza, il team HSR Enhanced ha optato per i sistemi di azionamento di FAULHABER.
Intervista con il Prof. Dr. Christian Bermes dell’Istituto per l’automazione di laboratorio e la meccatronica dell'Università di Scienze Applicate di Rapperswil (HSR).
FAULHABER: Si ricorda la prima volta che la sua università ha preso parte al Cybathlon?
Prof. Dr. Bermes: “Siamo venuti a conoscenza del primo Cybathlon organizzato a Zurigo nel 2016 abbastanza tardi. Il nostro obiettivo era quello di essere accettati come partecipanti e, per fare questo, avevamo solo dieci mesi per sviluppare, partendo da zero, una sedia a rotelle pronta per la competizione. Ma il compito era allettante e la sfida tecnica estremamente interessante. Il nostro team era fortemente motivato e questo ci ha consentito di vincere la categoria “Powered Wheelchair Race”, realizzando così un sogno estremamente ambizioso.
FAULHABER: L’anno scorso, in occasione del Cybathlon Wheelchair Series tenutosi a Kawasaki (Giappone), la sua squadra ha vinto di nuovo la medaglia d'oro. Come vede le possibilità del suo team quest'anno?
Prof. Dr. Bermes: Probabilmente siamo considerati tra i favoriti, tuttavia, proprio come nel motorsport, i regolamenti reagiscono al progresso tecnico e i parametri di riferimento vengono continuamente alzati. Ad esempio, mentre nella prima gara a Zurigo erano solo tre i gradini da dover affrontare, a Kawasaki il numero era già aumentato a sei. La porta sul percorso ad ostacoli non poteva più essere aperta dal pilota, bensì da un braccio robotizzato che doveva anche richiuderla dopo che il pilota era passato. Mi aspetto ancora una volta una competizione entusiasmante”.
FAULHABER: Quali sono i requisiti che la competizione si attende dai sistemi di azionamento elettrici della sedia a rotelle HSR Enhanced?
Prof. Dr. Bermes: “I motori devono soddisfare alcuni requisiti piuttosto estremi. Non possiamo usare parti ingombranti nella o sulla sedia a rotelle; cerchiamo quindi di ridurre sempre al minimo le dimensioni dei moduli. Lo stesso vale ovviamente anche per il peso: ogni grammo risparmiato rende il veicolo più manovrabile e migliora la sua maneggevolezza. Inoltre, non vogliamo sprecare la carica delle batterie, ragione per la quale vogliamo utilizzare azionamenti con il più alto livello di efficienza possibile. I motori di FAULHABER forniscono semplicemente la migliore tecnologia”.
FAULHABER: A parte il successo sportivo, che vantaggi traete dalla competizione Cybathlon?
Prof. Dr. Bermes: Il nostro Istituto per l’automazione di laboratorio e la meccatronica di Rapperswil si concentra sulla ricerca applicata. La competizione è, per così dire, un "acid test" per le nostre tecnologie di recente sviluppo. Vi partecipano circa un centinaio di squadre provenienti da tutto il mondo. Qui avviene un enorme scambio di conoscenze professionali – tutto ciò con l'obiettivo di rendere le persone più indipendenti grazie ad una tecnologia adatta all'uso quotidiano. La complessa interazione tra piloti e macchine può essere trasferita anche ad altri ambiti, come l'automazione e la robotica nella proProf. Dr. Bermes: Il nostro Istituto per l’automazione di laboratorio e la meccatronica di Rapperswil si concentra sulla ricerca applicata. La competizione è, per così dire, un "acid test" per le nostre tecnologie di recente sviluppo. Vi partecipano circa un centinaio di squadre provenienti da tutto il mondo. Qui avviene un enorme scambio di conoscenze professionali – tutto ciò con l'obiettivo di rendere le persone più indipendenti grazie ad una tecnologia adatta all'uso quotidiano. La complessa interazione tra piloti e macchine può essere trasferita anche ad altri ambiti, come l'automazione e la robotica nella produzione industriale: anche qui uomo e macchina lavorano insieme per risolvere compiti complessi.
FAULHABER: Lei si definisce appassionato di sport. Quale ruolo gioca lo spirito sportivo nel pilota e nella squadra?
Prof. Dr. Bermes: Il nostro pilota, Florian Hauser, paraplegico in seguito ad un incidente in moto, è uno sportivo ambizioso che dà sempre il massimo di sé. Lo stesso spirito può essere trovato nel team composto da studenti bachelor e master ed ingegneri: Tutti condividono l’emozione della gara perché una volta dato il segnale di partenza, non ci è più consentito intervenire. È esattamente come in Formula 1: cerchiamo di sfruttare appieno le possibilità tecniche. Se abbiamo svolto bene il nostro lavoro, offriamo le condizioni ideali per il successo. Durante la gara, tuttavia, è solo il pilota ad essere responsabile per le migliori prestazioni in pista - per rimanere in analogia con le corse automobilistiche. Con Florian, abbiamo il pilota perfetto alla guida. Professor Dr. Christian Bermes 4. SCALE 5. RAMPA INCLINATA 6. RAMPA & PORTA La sfida: Funzione per superare i gradini, scendere le scale in modo controllato; potenza Punteggio max: 115 La sfida: Tenuta di strada e stabilità antiribaltamento; potenza Punteggio max: 104 La sfida:
