Fluidi magnetoreologici: le sospensioni del futuro?

Fluidi magnetoreologici: le sospensioni del futuro?

Daniel Naftali, 02/10/2018
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Daniel Naftali, 02/10/2018

Le sospensioni sono un componente molto complesso delle nostre mountain bike e, nonostante abbiano già subito importanti innovazioni negli ultimi anni, sono ancora ad oggi in continua evoluzione. L’utilizzo dell’elettronica, come ha già fatto da Fox con la sua Live Valve, apre nuovi e fino a poco tempo fa impensabili scenari per le sospensioni del futuro.

L’idea di base è semplice: creare una sospensione in grado di adattarsi autonomamente alle condizioni di riding, ovvero in grado di rimanere più frenata e stabile quando serve (terreni compatti e pedalata) e di aprirsi per assorbire gli ostacoli quando si va in discesa o su terreni accidentati, ma non solo.

DT Swiss ha depositato un brevetto molto interessante riguardo ad una tipologia di sospensioni che utilizzano un olio magnetoreologico, ovvero la cui viscosità può essere modificata con un campo magnetico. Vediamo di cosa si tratta.

I fluidi magnetoreologici

Probabilmente non ne avrete mai sentito parlare, ma una vera e propria meraviglia dell’ingegneria e della chimica sono i fluidi magnetoreologici (MR), ovvero dei fluidi le cui proprietà meccaniche possono cambiare se esposti ad un campo magnetico.  Per semplicità li chiameremo MR.

Il fluido magneterologico è composto da una sospensione del 10/40 % in volume da particelle di ferro con dimensioni di 3 – 10 micron, il che lo rende diverso da un ferro fluido, perché ha particelle più piccole.

In pratica queste particelle possono essere eccitate da un campo magnetico esterno e si dispongono seguendo le linee di campo. Nel disegno di sinistra vediamo il nostro fluido in condizione di riposo: le particelle sono distribuite uniformemente all’interno del fluido. Quando attiviamo un campo magnetico (disegno di dx) le particelle di ferro si dispongono seguendo le linee di campo.

La ridistribuzione delle particelle di ferro quando si attiva il campo magnetico provoca una variazione delle proprietà fisiche del fluido. Nel caso di un olio delle sospensioni è ad esempio possibile incrementarne la viscosità. La cosa interessante è che è possibile determinare questa variazione di viscosità in maniera molto accurata gestendo l’intensità del campo magnetico.

Fluido MR vs servomotore o elettrovalvola: quali sono le differenze?

L’obiettivo dell’utilizzo di un sistema con olio MR è semplice: andare a frenare la sospensione in tutte quelle situazioni in cui non deve lavorare, quelle situazioni in cui l’affondamento rapido della sospensione sarebbe controproducente ed inopportuno (frenata, pedalata, ecc). Anche sul ritorno questo sistema potrebbe lavorare in maniera efficiente, rendendo più rapida o più lenta la riestensione della sospensione a seconda delle necessità.

Ad oggi esistono già in commercio sistemi analoghi che agiscono sulla compressione (EI Shock, Fox Live Valve). Questi sistemi tuttavia funzionano in maniera meccanica: esiste un’elettrovalvola o un servomotore che aprono e chiudono l’idraulica determinando la chiusura o l’apertura della valvola di blocco o di frenatura. Il processo di chiusura o apertura della valvola richiede tuttavia un certo intervallo di tempo, che può essere più o meno lungo a seconda delle tecnologie utilizzate.

Con l’utilizzo di un olio magnetoreologico, lo scenario cambia. Non abbiamo più un servomotore o un’elettrovalvola che vanno a chiudere un’idraulica tradizionale, ma sono delle bobine che, generando un campo magnetico, determinano il cambiamento di viscosità dell’olio.

Si tratta del fenomeno dell’induzione magnetica: la bobina, percorsa da elettricità, genera un campo magnetico B la cui intensità dipende dall’intensità della corrente I. Variando l’intensità della corrente, varia il campo magnetico e di conseguenza la viscosità dell’olio che è direttamente influenzata dall’intensità di questo.

Il primo vantaggio è evidente: è possibile variare la viscosità dell’olio a proprio piacimento, basta variare la corrente della bobina. E’ quindi possibile avere viscosità intermedie, non solo una configurazione aperto/chiuso.

Il secondo vantaggio è il tempo: questi fenomeni sono velocissimi, più di qualsiasi elettrovalvola o servomotore. Il tempo di reazione del sistema è immediato e questo permette ad un’eventuale centralina elettronica di effettuare i dovuti cambiamenti a proprio piacimento ed in maniera rapida e precisa tutte le volte necessarie.

Ultimo ma non meno importante è poi l’affidabilità: non ci sono parti meccaniche o ingranaggi che si possono rompere.

Applicazioni delle sospensioni magnetoreologiche

Che tecnologia fantascientifica, penserete! Magari tra 50 anni troveremo qualcosa di simile sulle nostre biciclette…

In realtà sospensioni che utilizzano oli MR esistono e sono già utilizzate in campo automotive. Audi ad esempio ha un sistema chiamato Magnetic Ride che sfrutta proprio questa tecnologia, ma non è la sola. Anche Cadillac, Chevrolet, General Motors, Porche utilizzano queste sospensioni da anni.

In ambito MTB l’applicazione di questa tecnologia potrebbe portare a delle sospensioni in grado di auto tararsi. Una centralina legge le sollecitazioni provenienti dal terreno e, valutando come lavora la forcella o ammortizzatore, può regolare autonomamente compressione e ritorno, anche in maniera dinamica. E’ proprio qui l’aspetto interessante: avere una sospensione che in base al terreno, allo stile di riding, alle temperature esterne lavora in maniera dinamica, si adatta alle condizioni d’uso da sola senza che noi dobbiamo fare niente.

Avete presente il Quark Shockwiz? Immaginatevi se non si limitasse a consigliarvi la taratura, ma se fosse in grado di agire direttamente sulla sospensione, magari fornendo una risposta differenziata a seconda del terreno e di come sta lavorando la sospensione. Non si tratta di fantascienza, ma di una potenziale applicazione reale.

Il brevetto di DT: come potrebbe essere un ammortizzatore MR

Dai disegni del brevetto di DT appare evidente come un ipotetico ammortizzatore MR possa apparire esternamente come un normale ammortizzatore, con l’unica differenza che ci sono due fili che escono, fili che portano la corrente alle bobine o solenoidi che eccitano l’olio MR.

Anche internamente non notiamo particolari differenze rispetto ad un ammortizzatore normale: effettivamente non c’è motivo per cambiare più di tanto il layout e la conformazione delle attuali valvole idrauliche. La tecnologia MR agisce infatti sull’olio. E’ l’olio a diventare più o meno viscoso, le valvole e tutto il layout idraulico non devono subire particolari stravolgimenti.

Limiti della tecnologia

Ad oggi i limiti dei fluidi MR sono essenzialmente legati al costo di questa tecnologia, al momento molto alto.

Inoltre la presenza di particelle di ferro rende l’olio MR piuttosto viscoso. Questo può essere un problema nelle piccole sospensioni delle nostre biciclette, che utilizzano piccoli quantitativi di olio che si muove molto velocemente.

Gli oli MR si degradano e vanno sostituiti regolarmente, questo renderebbe molto importante la manutenzione di queste sospensioni.

Non dimentichiamoci di un aspetto: la tecnologia MR permette di variare la viscosità dell’olio, ma deve esserci una centralina e degli algoritmi che poi decidano come e quando ottenere questa variazione. Insomma l’olio MR non serve a nulla se poi le variazioni di viscosità non vengono gestite in maniera rapida, precisa ed efficiente dalla centralina, che a sua volta deve riuscire a non consumare troppa energia, visto che le batterie che possiamo mettere su una bici non devono essere enormi (e questa tecnologia di solito necessita di tanta energia).

E’ questa la sfida che i progettisti dovranno affrontare.

Cosa ne pensate di questa tecnologia? Credete che possa trovare un’applicazione sulle nostre mountain bike? Credete che l’elettronica possa integrarsi con le sospensioni, o preferite ancora i “semplici” ma affidabili sistemi meccanici?