«Chiunque veda per la prima volta Zippermast rimane impressionato dalla sua capacità di estensione in altezza», racconta Frank Woodcock, Direttore generale di progenoX. Questo perché la carcassa in cui è nascosto l’albero è molto piccola: il modello ZM4, il più compatto, è alto appena 15 centimetri, mentre il modello standard ZM8 misura 25 centimetri. L’estensione massima dell’albero è indicata dal numero di modello, in cui l’altezza è espressa in piedi. Nel caso del modello ZM8, facile da trasportare grazie a un peso di soli sette chili, l’albero si allunga fino a circa due metri e mezzo. L’albero del modello ZM40 può raggiungere un’altezza superiore a 12 metri.
Ispirati dal metro a nastro
L’intuizione che ha portato allo sviluppo dell’innovativa tecnologia telescopica nasce da una richiesta da parte delle Forze armate statunitensi. Erano alla ricerca di un sistema particolarmente compatto e robusto da usare sui veicoli senza pilota. Per sviluppare Zippermast, il suo progettista, George Woodruff, ha tratto ispirazione dal flessometro, che è mantenuto in tensione dalla sua stessa curvatura e che quindi può essere esteso senza attorcigliarsi. Woodruff ha utilizzato tre nastri in acciaio, che si incastrano fra loro in fase di estensione in base al principio della cerniera. In questo modo, i nastri flessibili si trasformano in un albero stabile.
I tre nastri, realizzati in acciaio inox per molle temprato, sono avvolti su bobine e disposti l’uno verso l’altro con un angolo di 120 gradi. Un alberino di guida, posto al centro di questo triangolo, trattiene i nastri nelle apposite fessure smussate. I nastri vengono srotolati verso l’alto per effetto della rotazione dell’alberino di guida. I loro bordi esterni dentellati si incastrano l’uno nell’altro. Zippermast può essere esteso in una qualunque delle posizioni intermedie. Per mantenere la posizione scelta non è necessario alcun altro meccanismo di bloccaggio: il peso dei nastri e il carico poggiano sulla filettatura dell’alberino di guida, che può essere spostato solo ruotandolo, come il dado di una vite.
«Quando ho visto Zippermast per la prima volta, sono rimasto subito colpito dal suo design», ricorda Frank Woodcock. Così, nel 2012, ha deciso di acquisire la tecnologia negli Stati Uniti e di portarla in Germania. Con il suo team di progenoX, ha rielaborato l’albero telescopico, preparandolo per la produzione in serie. I suoi clienti sono soprattutto organizzazioni di pronto intervento quali i vigili del fuoco, i servizi di emergenza e di soccorso in caso di catastrofi, la protezione civile e la polizia. Il sistema di alberi è utilizzato principalmente per compiti di monitoraggio e sorveglianza, ovvero lo scopo per cui era stato originariamente concepito. Zippermast si è però dimostrato valido anche in altre attività, quali l’ispezione di tubi e pozzi. Così, viene utilizzato nelle centrali nucleari per verificare la presenza di crepe e oggetti estranei nei sistemi di ventilazione.
Stabile e salvaspazio
Grazie ai nastri arrotolati, Zippermast può essere alloggiato in una carcassa molto piccola. Un altro vantaggio di questo design è dato dal fatto che il diametro di Zippermast rimane costante in ogni posizione per tutta la sua lunghezza, a differenza di altri alberi telescopici formati da componenti inseriti l’uno nell’altro. In questo modo, all’interno degli alberi rimane uno spazio sufficiente per far passare il cavo fino alla testa attraverso l’alberino di guida e proteggerlo così dagli agenti esterni.
Inoltre, il principio di design di Zippermast lo rende estremamente stabile. La robustezza è ulteriormente incrementata dal trattamento termico dei nastri di acciaio. A tale scopo, i nastri avvolti sono riscaldati sulle bobine e quindi raffreddati nuovamente. La struttura dei cristalli di acciaio si adatta a questa posizione e quindi tende a riacquisirla. Pertanto, avvolgendo i nastri si genera una tensione che stabilizza ulteriormente l’albero. Grazie alla sua stabilità, Zippermast può allungarsi anche in orizzontale e sostenere dei carichi.
Adatto all’uso in mare e nello spazio
progenoX ha lavorato strenuamente per rendere Zippermast idoneo all’uso quotidiano. I nastri in acciaio sono ricoperti da uno speciale rivestimento che ne riduce l’usura. L’alberino di guida è indurito mediante trattamento termico, mentre l’elettronica è stampata. Inoltre, il motore dell’alberino usato in origine è stato sostituito. «Nella scelta dell’azionamento ottimale abbiamo ricevuto un supporto tecnico eccezionale da parte di FAULHABER», sottolinea Frank Woodcock.
Poiché Zippermast viene spesso usato in condizioni difficili, doveva essere dotato di un motore particolarmente robusto e duraturo. Inoltre, era importante raggiungere prestazioni molto elevate con volumi ridotti. «Il motore che aziona l’alberino di guida doveva essere alloggiato fra due dei tre nastri in acciaio avvolti e poteva avere un diametro di soli 32 millimetri al massimo», ricorda Andreas Eiler, supervisore del progetto per FAULHABER. Tuttavia, il micromotore DC a spazzole doveva erogare un’elevata coppia di uscita per riuscire ad estendere l’albero velocemente anche quando carico. Perciò hanno deciso di comune accordo di utilizzare un micromotore DC a spazzole FAULHABER, capace di erogare una coppia nominale di 120 mNm in virtù dei suoi potenti magneti in terre rare. ZIPPERMAST necessita anche di un azionamento molto potente. In questo caso, la scelta è ricaduta su un riduttore planetario FAULHABER. «Questi riduttori sono realizzati unicamente con componenti in acciaio», sottolinea Andreas Eiler.
In questo modo, il motore è in grado di funzionare in modo affidabile anche nelle condizioni più avverse; inoltre è dotato di una carcassa estremamente robusta in plastica ad alta resistenza. Il micromotore DC a spazzole, pertanto, soddisfa i requisiti previsti per la classe di protezione IP68, protegge da acqua e polvere ed è resistente ad agenti chimici, raggi UV e infrarossi. Il micromotore DC a spazzole FAULHABER aziona anche le varianti di Zippermast resistenti all’acqua di mare, integrabili, per esempio, nelle boe marine. Woodcock è convinto del suo possibile utilizzo in applicazioni spaziali tanto da avere presentato richiesta di partecipare a due progetti. «Zippermast può essere utilizzato come braccio per satelliti, antenne o dispositivi ottici di dimensioni medio-piccole, ad esempio. Inoltre, abbiamo avviato una collaborazione con l’azienda ODGARGO, che fornisce veicoli robot alle agenzie spaziali NASA e CSA. Abbiamo appena installato Zippermast in uno dei robot ARGO che potrebbero essere utilizzati in una missione su Marte in programma. Credo che abbiamo buone possibilità di partecipare a uno di questi progetti spaziali.»
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