Pedalare nel Futuro: Il Gantry Drive Sbaraglia la Vecchia Guarnitura? La Mia Indagine!

Amici appassionati di innovazione e due (o tre, o quattro!) ruote, oggi voglio parlarvi di una cosa che mi ha letteralmente fatto saltare sulla sedia (o meglio, sul sedile di prova!). Si tratta di un sistema di propulsione per veicoli a propulsione umana che potrebbe, e dico potrebbe, cambiare le carte in tavola: la trasmissione gantry. Un nome un po’ tecnico, lo so, ma seguitemi perché la storia è affascinante.

Pensate che questo meccanismo, che assomiglia un po’ all’esercizio della “leg press” che si fa in palestra, è stato inventato nel lontano 1948 in Inghilterra. Poi, per ragioni misteriose, è caduto nel dimenticatoio. Fino a quando, nel 2019, in Polonia, qualcuno l’ha riscoperto e ha iniziato a lavorarci su, introducendo migliorie significative. E qui entro in gioco io, o meglio, il team di ricerca con cui ho avuto il piacere di collaborare per uno studio pilota davvero stuzzicante.

Cos’è questa Trasmissione Gantry e Perché Dovrebbe Interessarci?

In parole povere, la trasmissione gantry, nella sua versione base, ha una piastra su cui si spinge con entrambe le gambe, stando seduti con la schiena appoggiata. Questa piastra è montata su un carrello lineare che, tramite un ingegnoso sistema cinematico (e una frizione unidirezionale che permette al carrello di tornare indietro senza opporre resistenza), trasmette il movimento alla ruota motrice del veicolo. La vera chicca della versione che abbiamo testato è una piastra di pressione oscillante rispetto al carrello. Questa modifica non è da poco: permette di aumentare la corsa utile e, cosa importantissima, di ridurre il carico sul nostro sistema muscolo-scheletrico. Immaginate di spingere in modo più naturale e meno stressante.

L’obiettivo del nostro studio pilota era duplice: da un lato, volevamo capire quale fosse l’angolazione ottimale delle guide di questo sistema gantry attraverso test dinamici. Dall’altro, eravamo curiosissimi di sapere cosa ne pensassero gli utilizzatori, persone che, come voi e me, si trovavano per la prima volta di fronte a questa novità. E, ovviamente, non potevamo esimerci dal confrontare l’efficienza di questa trasmissione gantry con la regina indiscussa della propulsione a pedali: la guarnitura tradizionale (quella delle biciclette, per intenderci).

La Sfida: Gantry vs. Guarnitura in Laboratorio

Abbiamo messo sotto torchio un gruppo di giovani uomini, tutti in buona forma fisica, chiedendo loro di “pedalare” (o meglio, “spingere”) a un carico costante di 50 Watt. Perché 50 Watt? Perché è un carico basso, sicuro per i partecipanti e che non richiedeva particolari misure mediche di supporto, perfetto per uno studio pilota. Abbiamo testato tre diverse angolazioni per le guide della trasmissione gantry: una inclinata verso l’alto (+13°, chiamata Top Angle o TA), una quasi orizzontale (+4°, Middle Angle o MA) e una inclinata verso il basso (-5°, Down Angle o DA). Ogni partecipante ha provato tutte e tre le configurazioni, e poi abbiamo raccolto i dati e le loro impressioni tramite un questionario.

Per rendere il confronto con la guarnitura il più equo possibile, abbiamo usato lo stesso gruppo di persone, a distanza di circa un mese, e una metodologia di test molto simile a quella usata in precedenti ricerche sulla guarnitura. Abbiamo misurato tutto il misurabile: dalla coppia generata al flusso d’aria espirato (per calcolare l’energia spesa), passando per la frequenza cardiaca. Insomma, un check-up completo della performance!

Una cosa che mi ha colpito subito è stata la diversa natura della curva di coppia. Con la guarnitura, si vedono picchi di attività muscolare più frequenti. Con la trasmissione gantry, invece, il movimento è più fluido, la frequenza di spinta è minore. Questo, a parità di potenza generata (ricordate i 50W), suggerisce che il carico specifico sulle articolazioni potrebbe essere inferiore con il gantry. E non solo: una frequenza di vibrazioni più bassa potrebbe essere un toccasana per la stabilità del veicolo, sia esso terrestre o acquatico!

I Risultati: Sorprese e Conferme

Ebbene, i risultati sono stati… beh, diciamo intriganti! Dal punto di vista dell’efficienza netta (cioè quanta dell’energia che spendiamo si traduce effettivamente in lavoro meccanico), la posizione Top Angle (TA), quella con le guide inclinate verso l’alto, si è rivelata la più performante. Ha mostrato un’efficienza significativamente maggiore rispetto alla posizione Down Angle (DA). La Middle Angle (MA) si è piazzata, come prevedibile, nel mezzo, senza differenze statisticamente enormi rispetto alla TA.

Ma la cosa divertente è che, quando abbiamo chiesto ai ragazzi quale posizione preferissero dal punto di vista del comfort e dell’ergonomia, la Middle Angle (MA) è stata la più votata (16 volte su 36 test), seguita a ruota dalla Top Angle (TA, 13 volte). La Down Angle (DA) è piaciuta meno (solo 7 preferenze). Questo ci dice che efficienza e comfort non sempre vanno a braccetto, o meglio, che a volte si può trovare un ottimo compromesso.

E il confronto con la guarnitura? A questo basso livello di potenza (50W), le differenze in termini di efficienza netta non sono state abissali, anche se la guarnitura in alcune configurazioni ha mostrato valori leggermente superiori, soprattutto rispetto alla posizione DA del gantry. Per quanto riguarda l’efficienza lorda, non abbiamo trovato differenze statisticamente significative. C’è da dire che il nostro prototipo di gantry aveva una coppia frenante a vuoto un po’ più alta rispetto alla guarnitura (1.2 Nm contro circa 0.8 Nm), dovuta in parte a una soluzione costruttiva del banco prova non ottimale. Quindi, con qualche affinamento, il gantry potrebbe recuperare terreno.

La conclusione che mi sento di trarre è che, a bassi regimi, le due tecnologie sono abbastanza simili in termini di efficienza. Ma il gantry ha degli assi nella manica non indifferenti.

Perché il Gantry Drive Potrebbe Essere una Piccola Rivoluzione?

Al di là dei numeri sull’efficienza, quello che mi entusiasma del gantry drive è il suo potenziale impatto sul design dei veicoli personali. Avete presente quei veicoli ultraleggeri, a tre o quattro ruote, che sembrano un incrocio tra una bicicletta e una piccola auto? Ecco, il gantry drive sembra fatto apposta per loro.

• Veicoli più compatti e aerodinamici: Usando la trasmissione gantry, è possibile progettare veicoli significativamente più bassi rispetto a quelli con guarnitura tradizionale. Abbiamo calcolato una potenziale riduzione dell’altezza del veicolo di circa 0.24 metri! Questo significa una superficie frontale ridotta di quasi il 19%, con un impatto positivo enorme sulla resistenza aerodinamica e, di conseguenza, sull’energia necessaria per muoversi.
• Adatto a tutti (o quasi): Molte persone non usano la bicicletta per paura di cadere, per problemi di equilibrio, o perché non hanno mai imparato da bambini. Un veicolo a tre o quattro ruote con trasmissione gantry, legalmente equiparabile a una bicicletta, potrebbe aprire le porte della mobilità attiva a tantissime persone. Immaginate di poter “pedalare” protetti dalle intemperie, con la stabilità di un piccolo kart.
• Meno stress sulle articolazioni: Come accennavo, la fluidità del movimento e la spinta con entrambe le gambe potrebbero essere più gentili con ginocchia e caviglie.
• Potenziale per veicoli acquatici: La minore frequenza di movimento e la stabilità del tronco potrebbero ridurre l’beccheggio nelle piccole imbarcazioni, rendendo la propulsione più efficiente rispetto ai sistemi a sedile scorrevole tipo canottaggio, dove tutto il corpo si muove avanti e indietro.

Nonostante fosse il loro primo incontro con questo sistema, i partecipanti al test lo hanno usato senza alcuna difficoltà. Questo è un segnale molto positivo! Inoltre, la trasmissione gantry permette di realizzare sistemi di trasmissione diretta alla ruota motrice senza la necessità di catene (almeno per un rapporto singolo), il che potrebbe semplificare la meccanica e ridurre la manutenzione.

Certo, Non È Tutto Oro Ciò che Luccica (Ancora)

Siamo onesti: questo è stato uno studio pilota. Condotto su un piccolo gruppo di giovani uomini, a un carico di lavoro specifico. I risultati sono promettenti, ma servono molte altre ricerche per generalizzarli all’intera popolazione e a diverse condizioni di utilizzo. Bisognerà testare carichi più elevati, persone di età e livelli di fitness differenti, e magari esplorare guide curvilinee invece che rettilinee, che secondo alcune indicazioni teoriche potrebbero essere ancora migliori.

Il prototipo che abbiamo usato è, appunto, un prototipo. Ci sono ampi margini di miglioramento per ridurre gli attriti interni, il volume e il peso del meccanismo. E poi, diciamocelo, i test di laboratorio sono una cosa, la strada è un’altra! Serviranno test su veicoli reali, in condizioni di utilizzo quotidiano, per capire appieno il potenziale e le criticità.

L’uso del gantry su biciclette a due ruote tradizionali è complicato, perché avere entrambi i piedi vincolati alla stessa piastra rende difficile mantenere l’equilibrio a basse velocità. Quindi, il suo regno sono i veicoli a tre o quattro ruote.

Il Futuro è Gantry?

Non ho la sfera di cristallo, ma quello che ho visto mi ha convinto che la trasmissione gantry merita attenzione. Potrebbe essere una soluzione fantastica per i veicoli personali del futuro: ecologici, salutari (perché ci costringono a muoverci!), e capaci di migliorare la qualità della vita sia nelle grandi città (riducendo traffico e inquinamento) sia nei piccoli centri e nelle aree rurali, combattendo l’isolamento e l’esclusione sociale offrendo una mobilità accessibile.

La strada è ancora lunga, ma le premesse sono entusiasmanti. Chissà, forse un giorno guarderemo alla vecchia guarnitura con la stessa nostalgia con cui oggi guardiamo ai telefoni a gettoni. Io, nel frattempo, continuo a seguire gli sviluppi con la massima curiosità!

Fonte: Springer