Nessun pneumatico, nessun problema: James Bruton pedala su una sfera
L'inventore e YouTuber britannico James Bruton ha costruito una bicicletta elettrica che sta in equilibrio su una palla da circo rossa e può muoversi in qualsiasi direzione. Quella che sembra una gag è in realtà un serio lavoro di ingegneria.
James Bruton non è nuovo alla scena dei maker. L'ingegnere britannico ed ex designer di giocattoli si è fatto un nome spingendo i confini della robotica e della locomozione con idee non convenzionali. Il suo ultimo progetto eclissa tutto ciò che è stato fatto in precedenza: una bicicletta a propulsione elettrica che si muove su un'unica palla.
E' spettacolare e sfida le regole del gioco.
Ha un aspetto spettacolare e sfida la fisica, l'elettronica e i ciclisti.
Da due sfere a una
Un anno fa Bruton ha sorpreso tutti con un veicolo che utilizzava due grandi sfere al posto delle ruote. Ora sta facendo un ulteriore passo avanti: il nuovo modello si regge su una sola sfera di circa 60 centimetri, su cui troneggia un telaio in alluminio con sedile e tecnologia. Un video su YouTube mostra che la struttura è abbastanza stabile da poter trasportare un ciclista adulto.
L'intera unità motrice si trova sopra la sfera. Tre ruote omnidirezionali montate verticalmente formano un triangolo equilatero e premono contro la sfera dall'alto. Ciascuna delle tre ruote è gestita da un controller ODrive-S1 (un'unità di controllo di alta precisione per motori elettrici brushless) con una potenza di circa 2 kW. Muovono la palla in avanti, indietro o lateralmente a velocità diverse. Il principio è simile alla tecnologia di azionamento robotico, ma in una versione molto più grande e delicata.
La parte più difficile: rimanere stabile su due assi
A differenza del modello precedente con due sfere, la bicicletta a sfera singola deve essere stabilizzata contemporaneamente sia in senso longitudinale che trasversale. Ciò la rende molto più complessa rispetto ai veicoli di bilanciamento convenzionali come i Segway, che si correggono solo su un asse. Un microcontrollore centrale (Teensy 4.1) legge costantemente i dati sull'inclinazione da un sensore di movimento (BNO086). Un algoritmo di controllo preciso (controllore PID) controlla i motori ed effettua correzioni nell'ordine dei millisecondi per evitare cadute.
Fonte: James Bruton / YouTube
L'energia è fornita da sei batterie ai polimeri di litio 6S, che insieme generano una tensione di sistema di 50 volt. Il telaio e molti componenti provengono dalla stampante 3D.
Teoricamente elegante, praticamente estremamente sofisticato
Sulla carta, lo sterzo sembra logico: se la bici deve andare dritta, la ruota Omni-Wheel rivolta in avanti ruota di più, mentre le due ruote laterali funzionano a potenza ridotta. Questi rapporti variano per i cambi di direzione. Tuttavia, nella pratica, lo sterzo è tutt'altro che intuitivo.
Nella bici a due sfere, Bruton era in grado di guidare le sfere l'una contro l'altra. Il nuovo modello non ha questo vantaggio: una singola pallina non può essere controllata in modo differenziato.
Bruton ha quindi escogitato un'insolita soluzione di fortuna: un'ala estensibile lateralmente realizzata con un bastone di legno e della schiuma. Se la tiene nella corrente d'aria, la resistenza dell'aria fa girare il veicolo. Una soluzione improvvisata ma funzionale che dimostra quanto il progetto sia lontano da un sistema di guida adatto all'uso quotidiano.
Ruote da scaffale? Neanche per sogno
Le ruote omnidirezionali hanno rappresentato un ulteriore ostacolo. I modelli disponibili in commercio non erano in grado di sopportare le forze e l'attrito che si verificavano. Bruton ha quindi sviluppato una serie di ruote omnidirezionali.
Bruton ha quindi sviluppato le proprie ruote con un nucleo in alluminio e 36 rulli passivi (18 per fila). Tuttavia, ognuna di queste ruote contiene anche un gran numero di rulli più piccoli con i loro stock, così che il numero totale di questi mini-elementi a rulli nell'intero sistema del triciclo è di 216. Questo significa che le ruote funzionano con un basso attrito e non si bloccano nemmeno in presenza di carichi elevati.
Fonte: James Bruton / YouTube
Anche l'elettronica è stata sperimentale: In palestra, l'elettricità statica - causata dall'attrito tra la palla e il pavimento - ha causato un parziale malfunzionamento del sistema di controllo. Bruton sta già studiando delle contromisure.
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