Stiamo assistendo a un cambiamento di trasformazione nei settori della propulsione e dell'energia. L'aviazione e la produzione di energia hanno portato enormi vantaggi, collegando le persone in tutto il mondo e fornendo sicurezza, elettricità affidabile a miliardi, ma ora è urgentemente necessario ridurre le loro emissioni di carbonio.

L'elettrificazione è un modo per decarbonizzare, sicuramente per velivoli di piccole e medie dimensioni. Infatti, più di 70 aziende stanno pianificando un primo volo di velivoli elettrici entro il 2024. Per gli aerei di grandi dimensioni, attualmente non esiste alcuna alternativa al motore a reazione, ma architetture aeronautiche radicalmente nuove, come quelli sviluppati dalla Cambridge-MIT Silent Aircraft Initiative e dal progetto NASA N+3, mostrare la possibilità di ridurre la CO ₂ emissioni di circa il 70%.

Un filo comune in queste tecnologie e in quelle necessarie per l'energia rinnovabile è la loro dipendenza da efficienti, turbomacchine affidabili, una tecnologia che è stata al centro del nostro lavoro negli ultimi 50 anni. Attualmente stiamo lavorando su applicazioni che includono lo sviluppo di velivoli elettrici e ibridi-elettrici, la generazione di energia dalle maree e dal calore di bassa qualità, come l'energia solare, e motori a idrogeno.

Stiamo anche lavorando su tecnologie esistenti per ridurre le emissioni di carbonio, come turbine eoliche, e sviluppando la prossima generazione di motori a reazione come il motore UltraFan di Rolls-Royce, che consentirà CO ₂ riduzioni delle emissioni del 25% entro il 2025. Un ottimo esempio è la ricerca del Dr. Chez Hall su un potenziale sostituto del 737. Questa architettura futuristica prevede un sistema di propulsione elettrico incorporato nella fusoliera dell'aereo, consentendo fino al 15% di riduzione del consumo di carburante.

Un elemento chiave per affrontare la sfida della decarbonizzazione è accelerare lo sviluppo tecnologico. E così, negli ultimi cinque anni, il nostro obiettivo principale è stato il processo stesso:ci siamo chiesti "Possiamo sviluppare la tecnologia in modo più rapido ed economico?" La risposta è sì, almeno 10 volte più veloce e 10 volte più economica. La nostra soluzione è unire i sistemi digitali e fisici coinvolti. Nel 2017, abbiamo intrapreso una sperimentazione pionieristica di un nuovo metodo di sviluppo tecnologico. Un team di ricercatori accademici e designer industriali è stato integrato nel Whittle e ha ricevuto quattro tecnologie da sviluppare.

I risultati sono stati sorprendenti. Nel 2005, un processo simile ha richiesto al Whittle due anni. Nel 2017, i metodi di test agili hanno richiesto meno di una settimana, dimostrando uno sviluppo tecnologico cento volte più veloce.

Lo descriviamo come "stringere il cerchio" tra design, fabbricazione e collaudo. I tempi di progettazione per le nuove tecnologie sono stati ridotti da circa un mese a uno o due giorni utilizzando sistemi di progettazione potenziati e basati sull'apprendimento automatico. Questi utilizzano un software di simulazione del flusso interno che viene accelerato da schede grafiche sviluppate per l'industria dei giochi per computer.

I tempi di produzione delle nuove tecnologie sono stati ridotti da due o tre mesi a due o tre giorni collegando direttamente i sistemi di progettazione a file di stampa 3D interna e strumenti di lavorazione rapida, piuttosto che affidarsi a fornitori esterni. I designer possono ora provare nuovi concetti in forma fisica subito dopo che un'idea è stata concepita.

I tempi di test sono stati ridotti da circa due mesi a pochi giorni effettuando una "value stream analysis" del processo sperimentale. Ogni operazione sequenziale è stata analizzata, consentendoci di rimuovere oltre il 95% delle attività, producendo un processo di montaggio e smontaggio molto più snello. I risultati dei test vengono automaticamente restituiti al sistema di progettazione aumentata, permettendogli di apprendere sia dai dati digitali che fisici.

C'è una scala temporale umana naturale di circa una settimana per cui se passi dall'idea al risultato allora hai un circolo virtuoso tra comprensione e ispirazione. Abbiamo scoperto che quando la scala temporale dello sviluppo tecnologico si avvicina alla scala temporale umana, come avviene nel nostro processo più snello, l'innovazione esplode.

Il New Whittle Laboratory ospiterà il National Center for Propulsion and Power, la cui apertura è prevista per il 2022 con il finanziamento dell'Aerospace Technology Institute. Un patrimonio nazionale, il Centro è progettato per combinare una versione ingrandita della capacità di test agile con capacità di produzione all'avanguardia per coprire circa l'80% delle future esigenze di tecnologia aerodinamica del Regno Unito.

La chiave del successo del Whittle Laboratory sono state le sue solide partnership industriali, con Rolls-Royce, Mitsubishi Heavy Industries e Siemens da oltre 50 anni, e con Dyson per circa cinque anni. Quindi un altro componente del nuovo sviluppo sarà uno "Spazio di sfida di propulsione e potenza". Qui, i team di tutta l'Università si insedieranno con l'industria per sviluppare le tecnologie necessarie per decarbonizzare i settori della propulsione e dell'energia.

La lunghezza e la profondità di queste partnership hanno tanti vantaggi. Hanno permesso di condividere la strategia tecnologica al livello più alto, e nuovi progetti da avviare rapidamente, senza bisogno di avvocati a contratto. I team di trasferimento tecnologico congiunti tra industria e università si muovono senza soluzione di continuità tra l'industria e il mondo accademico, garantire che le tecnologie vengano trasferite con successo nel prodotto.

Più importante, le partnership forniscono una fonte di "reali" progetti di ricerca ad alto impatto. Sono queste partnership industriali a lungo termine che hanno reso il Whittle il laboratorio di ricerca sulla propulsione e sull'energia di maggior successo accademico al mondo.

Siamo in un momento cruciale, in termini sia della storia di Cambridge nello sviluppo tecnologico leader nella propulsione e nella potenza, e la necessità dell'umanità di decarbonizzare questi settori. Solo 50 anni fa, all'inaugurazione dell'originale Whittle Laboratory, la ricerca e l'industria hanno affrontato la sfida di rendere i viaggi aerei di massa una realtà. Ora il New Whittle Laboratory ci consentirà di aprire la strada per renderlo verde.

Una risposta coraggiosa alla più grande sfida del mondo

L'Università di Cambridge sta basandosi sulla sua ricerca esistente e lanciando una nuova ambiziosa iniziativa sull'ambiente e il cambiamento climatico. Cambridge Zero non riguarda solo lo sviluppo di tecnologie più ecologiche. Sfrutterà tutta la potenza della ricerca e delle competenze politiche dell'Università, sviluppando soluzioni che funzionano per la nostra vita, la nostra società e la nostra biosfera.