• Home
  • Chimica
  • Astronomia
  • Energia
  • Natura
  • Biologia
  • Fisica
  • Elettronica
  •  science >> Scienza >  >> Astronomia
    Il principio che governa tutto, dai lanci di razzi ai tassi di interesse

    Circuito di controllo automatico del feedback.

    Il successo del primo volo di prova del veicolo di lancio SpaceX Falcon Heavy mercoledì mattina è stato un'incredibile impresa tecnologica e un teatro fantastico.

    Il Falcon Heavy è il secondo razzo più potente mai lanciato, proprio dietro i razzi Saturn V che hanno mandato gli umani sulla luna, ed è il razzo più potente attualmente in funzione. È anche degno di nota il fatto che questo razzo sia stato progettato e lanciato da una società privata:SpaceX di Elon Musk. Mentre la NASA ha un veicolo di lancio simile in fase di sviluppo, alcune stime dei suoi costi di lancio sono oltre dieci volte quelle del Falcon Heavy.

    Alcuni di questi risparmi sui costi sono legati a uno degli elementi visivamente più spettacolari del volo di prova:l'atterraggio simultaneo in posizione verticale dei due booster laterali.


    La pratica standard è stata quella di gettare tali booster nell'oceano, ma SpaceX fa atterrare in sicurezza questi booster e può quindi riutilizzarli sui voli successivi. Il principio alla base che rende possibile l'atterraggio è il "controllo del feedback" o, infatti, controllo automatico del feedback.

    Il controllo del feedback è ovunque

    Il controllo del feedback è comune e diffuso. Infatti, così comune e diffuso da passare spesso inosservato. Però, questa "tecnologia nascosta" guida la maggior parte, se non tutto, della nostra tecnologia e descrive persino i fondamenti del comportamento di esseri umani e animali.

    L'idea di base è quella del senso, pensare, agire come mostrato nella figura sottostante.

    Il controllo del feedback ben progettato fornisce un robusto, affidabile, ed efficienti, scegliendo azioni correttive basate sulla raccolta dei dati disponibili.

    Considera un cruise control su un'auto che non utilizza il controllo del feedback, ma tiene solo l'acceleratore in una posizione fissa. La velocità aumenta se andiamo in discesa, o diminuisce se siamo diretti in salita. Correggere questo con il controllo del feedback è facile. Misurare la velocità dell'auto (senso), decidere se l'auto sta viaggiando più veloce o più lenta di quanto desiderato (pensa), e poi modificare opportunamente l'acceleratore (act).

    Anche il controllo automatico del feedback è fondamentale per mantenere le luci accese. Le reti elettriche sono progettate per funzionare a una frequenza di 50 o 60 Hertz. La frequenza effettiva cambia nel tempo a seconda del carico, che viene poi compensato da cambiamenti reattivi nella generazione, come i generatori che girano più velocemente o più lentamente. In altre parole, misuriamo la frequenza (senso), calcolare un'azione correttiva appropriata (pensare), e poi attuare quell'azione (atto).

    Lo stesso principio è all'opera nel corpo umano e può essere imitato da organi artificiali, come il pancreas artificiale in fase di sviluppo presso l'Università di Newcastle da un team guidato dal professor Graham Goodwin. Il pancreas svolge un ruolo chiave nella regolazione dei livelli di glucosio nel sangue, e un pancreas malfunzionante porta al diabete. Un pancreas artificiale seguirebbe di nuovo il senso, pensare, agire paradigma misurando i livelli di glucosio nel sangue (senso), utilizzando un modello clinico del paziente per calcolare una dose di insulina (si pensi), e quindi erogare la dose calcolata (act).

    La configurazione del motore octaweb di un booster Falcon Heavy. Credito:SpaceX

    Si estende anche alle istituzioni finanziarie, come la Reserve Bank of Australia. Uno degli obiettivi della Reserve Bank è garantire la stabilità del dollaro australiano. Lo strumento principale utilizzato per raggiungere questo obiettivo è la fissazione dei tassi di interesse. Ancora qui, vediamo l'uso dell'idea del controllo del feedback. La Reserve Bank raccoglie dati su una varietà di indicatori economici, come i livelli di occupazione e il tasso di inflazione (senso), analizza i dati per determinare un tasso di interesse (pensa), e quindi imposta il tasso di interesse (act).

    Bilanciamento dei booster Falcon Heavy

    Tornando all'atterraggio dei booster Falcon Heavy, ci sono una serie di problemi di bilanciamento simili e familiari:il Segway, bilanciamento di piattaforme di perforazione offshore su una testa di pozzo, o anche camminare su due gambe. Un'analogia ispirata al circo sta cercando di bilanciare un manico di scopa sulla punta delle dita.

    Ogni booster Falcon Heavy realizza questo trucco di bilanciamento avendo nove motori, ognuno dei quali può essere mirato. Guardando da vicino il video di atterraggio, è possibile vedere i diversi motori accendersi in tempi diversi e con intensità diverse.

    È anche possibile vedere il motore centrale cambiare direzione. Nell'analogia del manico di scopa, cambiare l'intensità e l'orientamento dei motori corrisponde a muovere la mano per mantenere il manico della scopa in posizione verticale. In entrambi i casi, è possibile misurare l'orientamento del razzo/scopa (senso), decidi come accendere i motori o muovere la mano (pensa), e quindi attuare tali decisioni (atto).

    Mentre gli esempi discussi sopra provengono da domini molto diversi, condividono l'attributo comune di grandezze chiave o variabili che cambiano nel tempo. In altre parole, sono sistemi dinamici.

    Per ciascuno di questi esempi possiamo costruire modelli matematici che spesso risultano simili pur provenendo da applicazioni molto diverse. Il ricco campo matematico della teoria del controllo del feedback a volte fornisce un algoritmo pronto all'uso per i calcoli che comprendono la parte "pensare" del ciclo di controllo del feedback.

    Però, per molte applicazioni immaginarie, come le auto senza conducente, reti elettriche intelligenti, o prezzo ottimale del carbonio, questi algoritmi sono ancora oggetto di ricerca attiva.

    Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation. Leggi l'articolo originale.




    © Scienza https://it.scienceaq.com