Da Riccardo Auriemma Quando tutto trema, la precisione è solitamente impossibile – e chiunque abbia mai provato a scattare una foto con le mani tremanti o a prendere appunti scritti a mano durante un viaggio in autobus irregolare lo sa. Con misurazioni tecnicamente precise, anche le vibrazioni molto più piccole rappresentano un grosso problema, ad esempio con microscopi ad alte prestazioni o specchi di telescopi allineati con precisione. Anche le più piccole vibrazioni, che non sono nemmeno percepibili dall’uomo, possono rendere inutilizzabile il risultato della misurazione.
All’Università di Vienna è stata inventata una nuova tecnologia di smorzamento delle vibrazioni che risolve questi problemi in un modo insolito: vengono utilizzati elettromagneti permanenti. Questi magneti, come i normali magneti permanenti, mantengono il loro magnetismo in modo permanente senza bisogno di una fonte di energia, ma sono anche dotati di una bobina in modo che il loro magnetismo possa essere cambiato molto rapidamente tramite un impulso elettrico. Ciò consente, ad esempio, di sopprimere attivamente le vibrazioni negli specchi di grandi telescopi e quindi di aumentarne notevolmente le prestazioni.
Una piattaforma galleggiante con precisione nanometrica
Il sistema di smorzamento delle vibrazioni dell’Università della Tecnologia di Vienna è costituito da una base fissata in modo permanente e da una piattaforma fluttuante sopra di essa. La piattaforma è sospesa in aria e tenuta in posizione da forti forze magnetiche. Successivamente, diversi attuatori elettromagnetici possono regolare la posizione della piattaforma con elevata precisione in frazioni di secondo, anche quando su questa piattaforma è installato un carico di diversi chilogrammi.
“Nelle applicazioni sensibili, come il posizionamento di parti di specchi, la posizione di questa piattaforma deve essere mantenuta stabile entro poche decine di nanometri”, afferma il professor Ernst Senskes dell’Istituto di tecnologia di automazione e controllo dell’Università di Vienna possibile se si riescono a compensare anche le piccole vibrazioni del terreno, ad esempio “quelle che si verificano quando qualcuno passa fuori dal laboratorio, o quelle causate dalle normali vibrazioni dell’edificio”.
Pertanto, la posizione della piattaforma deve essere misurata in modo molto preciso e si deve resistere immediatamente a qualsiasi movimento. Ciò consente di sopprimere le vibrazioni in modo molto efficiente, soprattutto quelle a bassa frequenza, che solitamente rappresentano un problema in tali applicazioni.
Gli elettromagneti necessitano di potenza costante
“Per questo smorzamento attivo delle vibrazioni vengono solitamente utilizzati gli elettromagneti. La corrente scorre attraverso le bobine in un campo magnetico e, a seconda dell’intensità di questa corrente, si possono generare forze diverse. Funziona con grande velocità e precisione”, spiega il regista dell’istituto, il professor Georg Schetter.
Ma uno dei principali svantaggi di questa tecnica è che la corrente deve fluire costantemente, altrimenti le forze magnetiche scompaiono immediatamente. I magneti permanenti, invece, possono mantenere le loro proprietà magnetiche per qualsiasi periodo di tempo senza alcuna fonte di alimentazione esterna – una volta che sono stati magnetizzati da un campo magnetico molto forte.
Anche i magneti permanenti che usiamo nella nostra vita quotidiana, come li conosciamo come lavagne magnetiche o magneti da frigorifero, sono fatti così: serve un materiale adatto e magnetizzabile ed esporlo subito a un forte campo magnetico. Questo crea un sistema magnetico nel materiale, facendolo rimanere permanentemente magnetico.
Rimagnetizzazione mirata dei magneti permanenti
I ricercatori sono ora riusciti a combinare i vantaggi degli elettromagneti e dei magneti permanenti nell’assorbire le vibrazioni utilizzando i cosiddetti elettromagneti permanenti. “Si tratta di un magnete permanente dotato anche di una bobina”, afferma Sensex. Finché la forza del magnete permanente è nell’intervallo corretto, non richiede alcuna alimentazione e la piattaforma galleggiante viene mantenuta in posizione. I motori necessitano solo di piccole misure correttive per compensare le vibrazioni.
Se però la forza del magnete permanente non è più adeguata, ad esempio perché il peso appoggiato sulla piattaforma galleggiante si è spostato o perché è necessario inclinarla, si ricorre a metodi più rigorosi: un breve e potente impulso di corrente viene inviato attraverso la bobina, creando momentaneamente un campo magnetico estremamente forte e quindi modificando anche il magnetismo del magnete permanente. Impostando la corretta intensità dell’impulso magnetico, il magnete permanente può essere impostato su un nuovo punto operativo, dove rimane di nuovo stazionario senza bisogno di una fonte di alimentazione.
Prototipo in lavorazione, in attesa di brevetto
Questo controllo può essere automatizzato: il sistema riconosce automaticamente se è ancora vicino al punto di funzionamento desiderato o se è necessaria la rimagnetizzazione. “Abbiamo sviluppato la tecnologia di controllo necessaria negli ultimi due anni e funziona già molto bene”, afferma Ernst Sensex. L’invenzione è già stata brevettata con il supporto del team di ricerca e supporto al trasferimento dell’Università della Tecnologia di Vienna.
“Con il nostro prototipo abbiamo dimostrato che è possibile sopprimere le vibrazioni in modo molto preciso e risparmiare energia”, afferma Georg Schetter. “Questa tecnologia sarebbe ideale, ad esempio, per i grandi telescopi costituiti da più parti dello specchio Per allineare il telescopio con “Diverse aree del cielo, gli specchi devono quindi essere allineati con precisione e mantenuti stabili in ogni posizione e questo è esattamente ciò per cui la nostra tecnologia sarebbe l’ideale.”
Ma in linea di principio, la tecnologia di smorzamento delle vibrazioni mediante magneti elettrostatici permanenti può ovviamente essere applicata in altri campi, come la produzione precisa di semiconduttori e chip ottici su larga scala di alta qualità, motori adattivi o tecnologia di misurazione di precisione nei laboratori. “La nostra tecnologia è una soluzione interessante ovunque sia necessaria la massima risoluzione possibile che può essere influenzata dalle vibrazioni”, ritengono i ricercatori.