Inginerii japonezi au găsit o soluție ingenioasă la problema zgomotului puternic produs de un tren de mare viteză la ieșirea din tunel, atât de deranjant pentru locuitorii aflați inclusiv la câteva sute de metri. Un ochi aruncat în natură a arătat cum pescărușul albastru (kingfisher în limba engleză) se descurcă cu această problemă, în momentul în care plonjează în apă în căutarea hranei. Forma aerodinamică a păsării a fost împrumutată și pentru construirea trenului Shinkansen.
La sfârșitul anilor ’90, inginerii japonezi au modelat trenul glonț Shinkansen după păsările Kingfisher pentru a rezolva una dintre cele mai mari probleme ale lor, boom-ul sonic apărut la ieșirea din tunel. Tokaido Shinkansen este una dintre cele mai aglomerate linii feroviare de mare viteză din lume. După ce a transportat aproape 5 miliarde de pasageri de la deschiderea sa în 1964 pentru Olimpiada de la Tokyo din 2010, proiectul urma să se extindă. Din păcate, în momentul în care a fost proiectat pentru prima dată, a apărut o altă problemă, anume faptul că deranja rezidenții din apropiere la ieșirea din tuneluri, potrivit uxdesign.cc.
Trenul glonț circulă în toată Japonia cu viteze de 255–340 km/oră pentru a deservi milioane de pasageri anual. Cu toate acestea, primul său design nu a luat în considerare modul în care viteza mare a trenului ar face ca undele de presiune atmosferică să se acumuleze în fața trenului în timp ce trece prin tuneluri. Această undă de compresie se propagă prin tunel cu viteza sunetului, formând o undă de micro-presiune sau un boom sonor de tunel la ieșire.
Presiunea undelor, la puterea a treia față de viteză
În plus, fiecare unitate de creștere a vitezei a produs o creștere a presiunii până la puterea a treia. Trenurile Shinkansen circulau prin multe tuneluri din cartiere dense, iar boom-urile sonore erau atât de puternice încât locuitorii le auzeau la 400 de metri distanță. Pantografele, conexiunile la firele aeriene, făceau cel mai puternic zgomot când trenurile ieșeau din tuneluri. Mii de rezidenți au fost deranjați, îngrijorați și enervați. Este normal să urăști asta, după cum urăști și lucrările de construcții ce au loc în casa vecinului.
O echipă de ingineri a fost însărcinată să proiecteze un tren mai rapid și mai eficient, dar pentru a face acest lucru, a trebuit să le facă mai silențioase, fără a reduce viteza sau să folosească mai multă energie. Unul dintre tinerii ingineri ai echipei și-a împărtășit gândurile cu Eiji Nakatsu, directorul general al departamentului de dezvoltare tehnică a trenurilor glonț în 1997. El i-a spus acestuia că are sentimentul că trenul se micșorează când intră în tunel. Imediat, Nakatsu s-a gândit: „Acest lucru se datorează unei schimbări bruște a rezistenței la aer”. Lui Nakatsu i-a venit atunci întrebarea: „Există vreo ființă vie care gestionează schimbările bruște ale rezistenței aerului ca parte a vieții de zi cu zi? Da, există, pescărușul albastru”. Nakatsu nu era doar un fost inginer, a fost, de asemenea, un avid observator de păsări și un membru activ al Wild Bird Society din Japonia.
Pescărușul albastru, pasărea model
Kingfishers sunt păsări care se pot scufunda plonjând din aer (mediu cu rezistență scăzută) în apă (mediu de rezistență ridicată) la viteze de până la 40 km/oră, fără a face stropi. Știind acest lucru, Nakatsu credea că Kingfishers ar putea să se scufunde așa datorită formei raționale a ciocului său lung, ascuțit, în formă de pană. Având în vedere o idee, echipa de ingineri a efectuat teste pentru a măsura undele de presiune de la trenuri bullet de diferite forme și modele aruncate într-un tu aerodinamic.
Datele rezultate au arătat că este forma ideală deoarece capul lui Shinkansen este practic identică cu ciocul unui pescăruș albastru. Folosind aceste informații, au proiectat noua serie de trenuri după ciocul Kingfisher. Acest design a redus boom-ul la ieșirea din tunel și trenul a putut circula la viteze mai mari chiar și cu menținerea unui nivel de zgomot de 70 decibeli.
Beneficiile imediate au apărut alături. Noua serie Shinkansen 500 și-a redus proporțional consumul de energie atunci când a existat o rezistență la aer cu 30% mai mică în noul predecesor al modelului. Într-o circulație reală a trenului, cu o viteză maximă de 270 km/oră, designul a arătat o scădere de 13% a puterii necesare în seria 300 precedentă. La 22 martie 1997, trenul din seria 500 Shinkansen a fost pus în service comercial. La un record mondial de viteză, trenul poate circula până la 300 km/h și scurtează timpul de călătorie între Shin-Osaka și Hakata cu 15 minute (o diferență semnificativă pe baza activității trenului). A rezultat un tren care are nevoie de mai puțină energie, consumă mai puțin combustibil, este mai ieftin, mai rapid, mai curat și mai silențios.
Shinkansen, exemplu de bionică
Proiectarea lui Nakatsu este un exemplu impecabil de bionică, respectiv folosirea unor observații ale structurilor și sistemelor organismelor din natură pentru a imita strategiile și a rezolva provocările de proiectare în activitatea umană. Natura a creat Kingfisher, Nakatsu a trebuit să proiecteze un tren care să se poată adapta la schimbările bruște ale rezistenței la aer, iar Nakatsu a imitat ciocul Kingfisher pentru a lansa un design care a rezolvat o mare problemă în calea trenurilor Shinkansen. (D.C.)
