Con il termine hyperloop si identificano una serie di tecnologie che promettono di rivoluzionare il trasporto di persone e cose. L’idea di base è molto semplice: far viaggiare all’interno di tubi, dove viene creato il vuoto, delle capsule ad alta velocità con binari a levitazione magnetica.
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| Credits: Virgin Hyperloop on instagram.com/p/CRHEB9ctQ6u/ |
Qualche tempo fa, mi è capitato di leggere un interessante articolo su come la progettazione della soluzione guidata dal gruppo Virgin, sia stata affiancata da analisi svolte mediante un sistema di ottimizzazione matematica. Come meglio descritto nel seguito, un digital twin, completamente basato su un modello matematico di ottimizzazione, permette di valutare le migliori scelte progettuali tenendo in considerazione i vari obiettivi di progetto.
La necessità di avere un digital twin nasce probabilmente dal fatto che le tecnologie hyperloop non hanno una base di partenza già esistente. Non si tratta, per esempio, di costruire un treno più veloce o un'automobile elettrica. Di fatto, hyperloop rappresenta il caso in cui bisogna progettare e costruire una rete di trasporto completamente nuova e da zero. L’uso di un digital twin permette, con un costo contenuto rappresentato dall’ideazione ed implementazione di un modello matematico, di guidare la realizzazione di prototipi e soluzioni commerciali mediante l’identificazione delle scelte progettuali più promettenti.
L’articolo a cui ho fatto riferimento è “Hyperloop System Optimization” di Philippe Kirschen e Edward Burnell. Lo trovate a questo link: https://arxiv.org/abs/2104.03907. Ecco qualche mia considerazione.
Un sistema hyperloop è composto da tante parti, che sono tra di loro interconnesse. Ad esempio: le stazioni; le capsule; la rete di tubi; il sistema che crea il vuoto.
Per avere un’idea di come queste parti siano interconnesse, la dimensione delle capsule influisce su: il numero di passeggeri; l’energia consumata per gli spostamenti e per creare il vuoto; il dimensionamento dei tubi; il raffreddamento dei motori in un ambiente a bassa pressione.
La complessità di un sistema hyperloop, l’interconnessione tra le sue parti, gli obiettivi di sostenibilità ecologica ed economica: sono tutti buoni motivi per realizzare un digital twin basato su un sistema di ottimizzazione matematica. Questo sistema permette così di trovare la configurazione ideale delle varie componenti, modellando in maniera formale l’intero sistema.
Il sistema così realizzato è stato chiamato HOPS, da Hyperloop System Optimization Tool, ed è stato implementato utilizzando:
- Python come linguaggio di programmazione
- GPkit, per la descrizione del problema in termini di programmazione geometrica
- Mosek come risolutore di problemi geometrici
In conclusione, mi piace riportare un altro esempio di utilizzo di digital twin, perché credo farebbero bene anche nel disegno dei mercati elettrici.
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