Cum inovația unui licean de 17 ani ar putea transforma industria auto


Cercetarea tânărului inginer ar putea scuti companiile constructoare de automobile electrice de necesitatea excavării unor magneți rari - și foarte scumpi – din scoarța terestră.

La cei 17 ani împliniți, Robert Sansone, un licean din statul american Florida, a finalizat peste 60 de proiecte în domeniul mecanicii și electromagnetismului. Ultima lui inovație a fost apreciată cu premiul mare al târgului internațional de știință și inginerie ”Regeneron” - $75.000, care a avut loc în SUA în anul curent și este destinat savanților minori, se spune într-un comunicat cu privire la acest eveniment. 

Este vorba despre un motor sincron de reticență, în baza unor minereuri de valoare mică. Astfel de motoare există deja – la pompe și ventilatoare – doar că nu sunt suficient de puternice pentru utilizare la mașini electrice.

Sansone a examinat avantajele și dezavantajele mașinilor cu motoare electrice, aflând că majoritatea motoarelor de mașini electrice necesită magneți fabricați din minereuri rare, care sunt și scumpe și dăunează mediului în timpul extragerii. Aceste materiale pot costa sute de dolari per kilogram. În comparație, cuprul valorează sub 8 dolari per kilogram.

După un an de cercetăți și experimente, liceanul a creat un prototip al unui nou motor sincron cu reluctanță, care avea o forță de rotație și o eficiență mai mari decât cele existente. Prototipul a fost realizat din plastic imprimat 3-D, fire de cupru și un rotor de oțel și a fost testat folosind o varietate de contoare pentru a măsura puterea, precum și un tahometru cu laser pentru a determina viteza de rotație a motorului.

Motoarele cu magneti permanenți mai puțin sustenabile folosesc materiale precum neodim, samariu și disproziu, care sunt la mare căutare, deoarece sunt folosite într-o varietate mare de produse, și numărul acestora este în creștere.

Recent și compania americană Tesla a lui Ilon Musk a început să folosească magneți la producerea de automobile electrice.

Rolul magneților

Motoarele electrice folosesc câmpuri electromagnetice rotative pentru a învârti un rotor. Câmpurile electromagnetice sunt produse de bobinele de sârmă din porțiunea exterioară staționară a motorului, numită stator. În motoarele cu magnet permanenți, magneții atașați la marginea unui rotor care se rotește produc un câmp magnetic care este atras de polii opuși ai câmpului de rotație. Această atracție învârte rotorul.

Motoarele cu reluctanță sincronă nu folosesc magneți. În schimb, un rotor de oțel cu goluri tăiate în el se aliniază cu câmpul magnetic rotativ. Reticența sau magnetismul unui material este cheia acestui proces. Pe măsură ce rotorul se rotește împreună cu câmpul magnetic rotativ, are loc producerea de cuplu. Producția de cuplu este mai mare când diferența de magnetism (raport de proeminență) între materiale - în acest caz, oțelul și golurile de aer nemagnetice - este mai mare.

Dar, în loc să folosească goluri de aer, Sansone a încorporat un alt câmp magnetic într-un motor. Acest lucru crește diferența în raportul de proeminență și, la rândul său, produce mai mult cuplu. Inventatorul nu a oferit mai multe detalii, sperând să breveteze tehnologia în viitor.

Sansone a demonstrat că prototipul funcțional are cu 39% mai mult cuplu și cu 31% mai multă eficiență la 300 de rotații pe minut (RPM). La 750 RPM performanța crește cu 37%. Deoarece are piese din plastic, numărul mai mare de rotații este contraindicat – ele pur și simplu se vor topi la temperaturi mari, astfel, inventatorul va trebui să găsească materiale alternative. Modelul S al companiei Tesla, de exemplu, poate genera 18.000 RPM. 

Organizatorii competiției au remarcat, însă, potențialul enorm al inovației lui Sansone, prezicându-i o utilizare largă în industria auto.

Printre finaliștii competiției sunt și doi liceeni din România: Luiza Natalia Ionescu de la colegiul național ”Mihai Viteazul” din București, care a primit Premiul II pentru lucrarea ”Pânze elastomerice pe bază de silicon interpenetrate verzi, concepute ca colectoare de energie a undelor”, și Briana Stan de la complexul educațional ”Lauder-Reut”, care a fost apreciat pentru lucrarea ”Performanța algoritmilor de învățare automată pentru prezicerea parametrilor de poluare a aerului”.

Un alt român, Andrei Florian, situat în topul 10, a reprezentat Irlanda. El a obținut sponsorizare de la Microsoft în domeniul programării.

Târgul ”Regeneron” este cea mai mare competiție globală de știință și tehnologie pentru liceeni și este organizat anual de Societatea pentru Știință, având peste 70 de ediții. Circa $8 milioane sunt acordați în formă de premii bănești și sponsorizare câștigătorilor, din partea corporațiilor tehnologice și fundațiilor pentru susținerea științelor.