DENTRO L’AC75: IL PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER – IL CERVELLO DELLA MACCHINA

Tra il velista che formula la richiesta e la risposta dell’hardware si trova uno dei componenti tecnologici meno visibili ma più importanti a bordo di un AC75: il ‘Programmable Logic Controller’ (Controlllore Logico Programmabile), o come lo chiamano i velisti, “il PLC”.

In termini semplici, il PLC è un computer industriale estremamente veloce e robusto. Riceve i comandi, li elabora secondo la logica che è stata programmata e invia le istruzioni ai sistemi che azionano i movimenti. Su un AC75 costituisce una parte fondamentale dell’architettura elettronica che controlla la barca. I velisti forniscono l’intelligenza e le decisioni tattiche, la pressione idraulica fornisce la forza, ma è il PLC che aiuta mette insieme le due cose. Benvenuti nel sistema nervoso digitale di una barca di America’s Cup.

DAL PULSANTE AL MOVIMENTO
Osservando un velista all’opera all’interno del pozzetto dell’AC75, si vede che molti dei comandi sono sorprendentemente piccoli. Pulsanti, leve, manopole e interruttori consentono ai velisti di applicare regolazioni straordinariamente precise. Dietro a quei comandi, tuttavia, si nasconde una complessa catena elettronica e idraulica. L’equipaggio manovra lo yacht tramite dispositivi di comando elettronici. Quei comandi viaggiano attraverso il sistema di controllo, dove un software interpreta la richiesta prima che l’attuatore idraulico appropriato muova un componente nella misura richiesta.

Migliaia di righe di codice possono intercorrere tra la pressione di un pulsante da parte del velista e il movimento dell’attuatore corretto alla velocità giusta e nella misura richiesta. Durante il precedente ciclo della Coppa, il team britannico ha descritto il processo come ‘una rete di cavi, processori e componenti elettronici che traduce gli input dell’equipaggio in movimenti idraulici precisi’. La precisione è fondamentale, poiché un movimento involontario di grandi dimensioni a 45 o 50 nodi potrebbe rivelarsi disastroso. Allo stesso modo, un sistema di controllo troppo lento, impreciso o incostante renderà semplicemente lo yacht più lento. Il PLC deve eseguire i comandi ripetutamente, rapidamente e in modo affidabile in un ambiente estremamente ostile.

TECNOLOGIA INDUSTRIALE
I Programmable Logic Controllers non sono un’esclusiva della vela. I PLC sono stati sviluppati per l’automazione industriale e vengono utilizzati in tutto il mondo per controllare macchinari di produzione, linee di produzione e processi meccanici complessi. Sono progettati per funzionare in modo continuo, elaborare più input e output con estrema rapidità e, soprattutto, garantire affidabilità. L’affidabilità a bordo di una barca di America’s Cup rappresenta una sfida particolarmente ardua ed è fondamentale per il successo; ecco perché i team dedicano ore e ore in mare a perfezionare e migliorare le prestazioni dei propri PLC.

L’elettronica di un AC75 opera in un ambiente caratterizzato da acqua salata, vibrazioni, carichi strutturali enormi, calore e urti costanti, il tutto a bordo di una piattaforma che viaggia veloce quanto un veicolo in autostrada, accelerando e decelerando ripetutamente. L’AC75 aggiunge un ulteriore livello di complessità poiché la sua elettronica deve interagire con sistemi idraulici estremamente potenti. Luna Rossa ha descritto l’AC75 come un sistema meccatronico in cui computer industriali fungono da tramite tra i velisti e gli attuatori idraulici che operano a pressioni che possono raggiungere circa 600 bar. Questa combinazione di ingegneria meccanica, elettronica, idraulica e software è una delle tecnologie distintive della moderna America’s Cup e il campo di battaglia per eccellenza per i team.

IL CONTROLLO DI UN AC75
A bordo della barca sono presenti diverse architetture elettroniche e di controllo di rilievo. Storicamente queste hanno incluso il Foil Cant System (sistema di inclinazione dei foil), i sistemi di strumentazione e registrazione dati, i sistemi informativi per l’equipaggio e i circuiti di controllo elettronico che regolano le funzioni idrauliche. Luna Rossa ha descritto queste quattro aree durante la fase di sviluppo della prima generazione di AC75. Il Foil Cant System offre un esempio particolarmente calzante di ciò che un PLC è in grado di fare, considerando che gli enormi bracci dei foil dell’AC75 durante le manovre devono spostarsi tra la posizione abbassata in planata e quella sollevata. Nello sviluppo del Foil Cant System originale di tipo one-design, Emirates Team New Zealand ha utilizzato un PLC Beckhoff insieme al controllore del motore, alla pompa idraulica, all’accumulatore e ai cilindri. Il sistema doveva controllare in modo fluido un’enorme massa in movimento, gestendo al contempo le oscillazioni generate dal braccio e dall’ala del foil. Il PLC poteva quindi essere messo a punto per rendere quel movimento fluido e controllato, anziché limitarsi a comandare a un attuatore di spostarsi da una posizione all’altra. Si tratta di ingegneria di controllo piuttosto che di meccanica nautica convenzionale, e questo processo si ripete continuamente su tutta l’imbarcazione.

Questo è anche il motivo per cui gli ingegneri del software sono diventati membri chiave dei moderni team di progettazione dell’America’s Cup. L’hardware può fornire le capacità, ma è il software a determinare l’efficacia con cui tali capacità possono essere sfruttate. Il sistema deve riconoscere un input, determinare quale azione è consentita, tradurre tale richiesta in un comando appropriato, comunicare con l’hardware specifico ed effettuare la regolazione con precisione. Piccoli miglioramenti in termini di latenza, precisione, ripetibilità o qualità del controllo possono tradursi in migliori prestazioni di navigazione.

UNA NUOVA ERA
Per la Louis Vuitton 38a America’s Cup, l’importanza della gestione elettronica è aumentata ulteriormente. Uno dei principali cambiamenti sull’AC75 del 2027 è l’eliminazione dei ciclisti utilizzati durante la 37a America’s Cup. Al loro posto, l’AC75 utilizzerà energia elettrica immagazzinata e in quantità limitata. Una configurazione specifica di batterie “one-design” costituisce il banco batterie principale che fornisce energia ai sistemi mobili della barca, mentre il regolamento concede ai team una notevole libertà nello sviluppo dei propri sistemi di controllo, idraulici ed elettronici all’interno dell’architettura dello scafo esistente. Le specifiche ufficiali dell’AC75 descrivono il sistema di batterie al litio come l’elemento che aziona l’impianto idraulico e alimenta il PLC, con il PLC che gestisce i comandi delle vele, dell’albero e dei board, il che rappresenta un profondo cambiamento all’interno della barca.

Gli scafi stessi vengono riutilizzati, sebbene adattati rispetto alle precedenti campagne di America’s Cup, ma gran parte della sfida di sviluppo si è spostata sotto la superficie del mare, concentrandosi su foil, sistemi e gestione elettronica. Come ha osservato Dan Bernasconi, capo progettista dell’Emirates Team New Zealand, in occasione della pubblicazione delle regole dell’AC38, analizzando gli yacht dell’AC37 emerge che le differenze tra le forme degli scafi siano relativamente minime, mentre i principali vantaggi si riscontrano nei foil e nei sistemi. Per il 2027, questo pone un’enfasi ancora maggiore sugli ingegneri che lavorano sulle parti invisibili della barca.

LA GUERRA DEL DESIGN INVISIBILE
Gran parte dello sviluppo delle barche dell’America’s Cup è visibile. Le nuove forme dei foil attirano immediatamente l’attenzione dei fotografi di recon, non appena escono dalle basi dei team. Le configurazioni delle vele possono essere analizzate dalle imbarcazioni d’appoggio. Timoni, trattamenti aerodinamici e modifiche vengono esaminati minuziosamente quasi immediatamente dopo che uno yacht lascia il capannone. Ma per quanto riguarda il PLC e il software che lo circonda, la situazione è diversa, la maggior parte delle loro prestazioni è invisibile. Non è possibile stare sul molo e fotografare un algoritmo, né si può facilmente determinare con quanta efficienza l’architettura di controllo di un altro team elabori un input o con quanta precisione il suo sistema idraulico riproduca il comando di un velista; eppure queste aree potrebbero racchiudere alcuni dei miglioramenti prestazionali più preziosi dell’intera campagna.

Ecco perché gli ingegneri meccatronici, elettronici e del software sono ormai parte integrante dei team di progettazione dell’America’s Cup tanto quanto gli architetti navali, gli aerodinamici e gli ingegneri strutturali. Il moderno AC75 è ancora una barca a vela, e il vento rimane il suo motore. I velisti devono ancora fare delle buone partenze, individuare i cambi di vento, eseguire le manovre e affrontare gli avversari, ma tra le loro dita e alcuni dei sistemi di movimento più potenti a bordo dello yacht si trova uno strato straordinariamente sofisticato di elettronica, software e ingegneria di controllo. Il Programmable Logic Controller è il cuore di quel mondo. Piccolo, in gran parte invisibile e operante ininterrottamente sotto coperta, contribuisce a trasformare l’intenzione umana in un movimento meccanico preciso. A oltre 50 nodi, quel movimento deve essere praticamente perfetto perché, nella moderna America’s Cup, la velocità non consiste semplicemente nel generare potenza. Sempre più spesso, consiste nel controllarla.

Magnus Wheatley / Gloria Schiavi