Progetto Iron Man – Tuta Protettiva – Idea

Cambiamo un po’ topic e discutiamo adesso della struttura della tuta:

Innanzitutto un elenco degli obbiettivi:
-Massima Leggerezza
-Flessibile/Comoda
-Anti G (a livello di circolazione, lo spiego dopo)
-Antiproiettile (o comunque resistente a impatti esterni)
-Antiurto (deve dissipare le accelerazioni per impatti del tipo cadute al suolo, scontri etc)

Confronto dello spessore dell'armatura prototipale nel caso carbonio-alfa gel-cotone e carbonio-polietilene espanso-cotone.

Confronto dello spessore dell’armatura prototipale nel caso carbonio-alfa gel-imbottitura e carbonio-poliuretano espanso-imbottitura.

Ci ho riflettuto per diverso tempo, e sono orientato verso una tuta multistrato:

  • Un primo strato, quello più esterno, sarà in fibra di carbonio:
    La fibra di carbonio è uno dei materiali compositi più compatti e che meglio si adattano al nostro scopo. È leggera e resistente, si trova in commercio e può essere lavorata “in garage” per ottenere un primo prototipo (sicuramente di qualità non eccelsa, ma che serva allo scopo) con un costo gestibile.
    Questo primo strato dovrebbe proteggere il corpo dell’utilizzatore da oggetti  che potrebbero graffiare o penetrare, in secondo luogo potrebbe proteggere da corrosione (la butto lì, ma devo approfondire) e fungere da primo strato decelerante nel caso di impatti violenti (le monoscocche delle vetture da corsa sono fatte dello stesso materiale).
    Sto approfondendo la questione dal punto di vista tecnologico (come produrre i componenti, come orientare le fibre per ottenere questa o quella caratteristica, cosa comporta l’utilizzo di questa o quella resina, etc). L’argomento è molto vasto e la maggior parte della produzione letteraria è in lingua inglese.  Ho già adocchiato un paio di libri che vorrei acquistare e, tempo permettendo, studiare.
  •  sotto la fibra di carbonio uno strato di materiale shock-assorbente. L’ideale sarebbe il beta-gel, ma è economicamente impossibile da utilizzare. In alternativa l’alpha-gel della taica corporation (NP Gel), di cui devo verificare il prezzo inviando una richiesta di preventivo. La soluzione di backup (la più fattibile probabilmente, specie per un prototipo) è utilizzare poliuretano o polietilene espanso, il materiale dei caschi per intenderci.
    Facendo uno studio sulla dinamica del corpo in volo e di schianto in diverse condizioni si potrebbe applicare il materiale antiurto solo in determinate zone, tralasciando per esempio le giunzioni articolari (non tutte ovviamente). Ricordiamoci sempre che l’armatura non è un corpo rigido (come una vettura o un aereo) ma che noi, come esseri umani, assumiamo dei comportamenti in caso di urto che ci consentono di limitare i danni o comunque di subire shock in parti del corpo più resistenti/meno delicate. Ottimizzare la protezione delle diverse zone, a seconda del tipo di impatto che si prevede le investa, può risultare in leggerezza e comodità.
  • Sotto lo strato antiurto abbiamo due opzioni: utilizzare del kevlar per rendere la tuta antiproiettile (alla fine dell’articolo faccio delle considerazioni) o evitare questo strato e passare direttamente a quello successivo, ovvero una tuta anti-G per il pilota.
    La tuta anti-G è una particolare tuta che al suo interno è attraversata da un circuito di tubi di aria compressa. Questi tubi sono posti nella parte bassa del corpo e, comprimendo le gambe (in parole povere) non permettono al sangue di concentrarsi in questa zona. Di conseguenza il sangue che non va giù, va su e il cervello riesce a ricevere il giusto apporto di sangue in ogni condizione.
  • Infine ci sarebbe la possibilità di implementare un circuito di raffreddamento nel caso fosse necessario.

Tenendo conto di questa configurazione di massima identifichiamo due tipologie di armatura:

1. Completa:

  • Strato di fibra di carbonio – spessore indicativo 4mm + resina.
  • Strato antiurto – spessore indicativo 20mm in caso di alpha-gel, 35-40mm in caso di PE o PU.
  • Strato di kevlar – spessore indicativo 10-15mm (?).
  • Tuta anti-G – spessore indicativo 10mm alle gambe (considerando lo spessore del tubo) e  2mm al torace (è come se fosse una maglia di cotone)

Questa tuta di spessore 45- 65mm (a seconda delle tecnologie adottate) dovrebbe offrire protezione antiproiettile e anti-G, ma ovviamente per ottenere ciò viene aggiunto peso (compressore, strati di kevlar, tubi) , spessore alla tuta, difficoltà tecniche (per esempio la tuta anti-g dovrebbe essere attivata solo nel caso in cui si supera una certa soglia di carico, e quindi va “programmata”), e ne viene ridotta la comodità. 

2. Parziale/Prototipale:

  • Strato di fibra di carbonio – Spessore indicativo 2-3mm + resina.
  • Strato antiurto – spessore indicativo 20mm in caso di alpha-gel, 35-40mm in caso di PE o PU.
  • Strato di tessuto comodo, traspirante – spessore indicativo 2-5mm.

Con quest’altro tipo di configurazione dobbiamo rinunciare alla protezione antiproiettile e alla possibilità di superare i 3G di accelerazione verticale, ma in compenso otterremo un’ armatura molto più leggera, semplice, comoda, ma inadatta ad un uso militare.
Poiché il mio obbiettivo, fin dall’inizio, è sempre stato quello di creare qualcosa per uso civile/personale, ho già eliminato le armi e gli scudi attivi… togliamo di mezzo anche la protezione antiproiettile in questo prototipo, per far spazio a cose che allo stato delle cose sono più importanti, come la protezione da schianto al suolo la comodità di utilizzo e la semplicità realizzativa. Sinceramente penso di non venire sparato da nessuno nella prima fase di utilizzo dell’armatura, anche se gli amici Americani avranno qualcosa da ridire a riguardo xD
Per quanto riguarda la protezione anti-G, il discorso è lo stesso: stiamo creando qualcosa che nella più rosea delle ipotesi volerà alla velocità di un motorino 50cc. Mi sembra stupido, sotto tale ipotesi, realizzare una protezione anti-G che certo “è figa” ma ha utilità zero nel nostro primo prototipo.
Tutte queste cose potranno esser fatte successivamente.

A conti fatti ci troveremo con un’ armatura spessa dai 25 ai 45 millimetri, resistente a tagli, perforazioni e impatti, il che mi pare davvero una cosa ben fatta.

Se avevate altro in mente siete liberi di condividere i vostri pareri :)  buona giornata a tutti.

Edit:
– Suggerimento dell’utente “Francesco”: Protezione termica
-Suggerimento dell’utente “Jan Irace”: Capacità di ricarica tramite qualsiasi fonte di energia elettrica

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27 risposte a “Progetto Iron Man – Tuta Protettiva – Idea

  1. Lo spessore ok, ma il peso orientativo?

  2. Purtroppo penso che il peso orientativo si possa stabilire solamente dopo aver approfondito la questione “energetica” (in relazione ad eventuali motori, batterie).

    Secondo me, per entrambi i prototipi si può tranquillamente evitare il discorso protezione anti-g, dato che abbiamo visto che volare richiederà una quantità enorme di energia. È un po’ come cercare di imparare ad andare in bicicletta senza però averne una.

    • @violetodissea Immagino che come peso orientativo ti riferissi al peso della sola armatura protettiva.
      In ogni caso attualmente non posso neanche fare una stima. Senza un minimo di cad alla mano non ho idea della quantità effettiva di materiale che bisogna utilizzare, e inoltre dell’alfa-gel non conosco neanche la densità.
      Posso azzardare l’idea che tra le due configurazioni il peso resti pressoché invariato ipotizzando che, a parità di forza dissipata dai due materiali la quantità di poliutretano sia la metà di quella dell’ alfa-gel, e che la densità di quest’ultimo sia circa doppia rispetto all’altro.

      @Tiki hai colto il punto, sicuramente il “vero” Iron Man ha una tuta anti-G, ma la quantità di energia per renderla necessaria è solo alla portata dell’ ARC.

  3. Sono d’accordo con i vari strati, mi trovo molto con le tue idee. L’unica cosa che io avrei utilizzato invece del gel che dici tu, sempre come antiurto e forse leggermente più economico è il d3o. Pensavo lo conoscessi! XD
    Comunque puoi vedere qualcosa qui: http://it.wikipedia.org/wiki/D3o
    Anche se la documentazione in inglese è sicuramente più valida e su youtube trovi anche gente che lo usa e fa “test”, nel senso che da testate con caschi di d3o nel muro! XD
    Comunque a parte gli scherzi già viene utilizzato tipo per tute, protezioni, elmetti militari (anche con uso antiproiettile), quindi forse è buono!
    Ricorda che ci deve essere anche lo spazio per la “cavetteria” per la parte “computerizzata”! ;)

  4. In realtà il d3o (non ne conoscevo il nome, ma vidi già in passato quacosa a riguardo) non è esattamente quello che cerchiamo. Ti spiego:
    Dobbiamo distinguere i due casi di urto:
    – Un oggetto mi viene scagliato addosso ( massa dell’oggetto che colpisco < massa del mio corpo)
    In realtà il discorso dovrebbe esser fatto in termini di forze, ma per semplicità lo faccio in termini di massa (la cosa non è molto corretta ma rende l’idea)

    Se mi viene sparato un proiettile, o mi viene lanciata una pietra addosso, quello che voglio è una protezione che impedisca all’oggetto di perforarmi, di lacerare la mia carne, o di fratturarmi colpendo un punto delicato con una pressione elevata (F/Superficie, quindi al tendere della superficie a 0, anche se la forza è bassa, la pressione tende a infinito). Una protezione rigida (o che si irrigidisca in maniera non newtoniana, non importa) è utile allo scopo, poiché una bella lastra di acciaio, per esempio, premette di dissipare la quantità di moto del proiettile in due modi: in parte deformandosi, e in parte scaricando la forza del proiettile su una superficie molto maggiore (rispetto alla superficie infinitesima della punta del proiettile).
    In ogni caso, stiamo parlando di FORZE PICCOLE AGENTI SU SUPERFICI ESTREMAMENTE PIU’ PICCOLE. Questo significa che la pressione è elevata ma la forza, di per se, resta poca.

    Nel caso di un’ incidente, o di una palla di cannone (così facciamo la differenza col proiettile) la pressione non è molto importante. Infatti quello che mi preoccupa è che, quando mi colpisce, quella palla di cannone mi spezza tutte le ossa, spappola i miei polmoni contro la mia stessa gabbia toracica… non so se mi spiego. Se cado dal quinto piano su una superficie perfettamente liscia, io non ho un graffio, non mi esce un filo di sangue, ma muoio lo stesso.
    Questo perché la forza in gioco, in questo caso, è grande. Difatti con una lastra rigida in mano, dal quinto piano non mi salvo.
    Mi salvo se mi butto su 10 materassi (non provateci)… Non mi salvo se mi butto sul d3o che appena lo colpisco diventa duro…

    La questione è che “decelerante” non è uguale a “antipenetrante”. Per decelerare senza danni, l’unico modo che conosciamo è allungare il tempo dell’impatto. Per non farci penetrare, utilizziamo materiali duri che scaricano su una superficie ampia, o materiali che decelerano il proiettile (non noi) deformandosi, rompendosi, etc (vedi giubbotto antiproiettile)

    L’alfa gel o il beta gel sono speciali proprio per questo. È come se allungassero il tempo di impatto, ma in uno spazio ridottissimo (in realtà hanno la capacità di dissipare l’energia agente in una direzione NON con UNA forza uguale e contraria, ma con una somma di forze in tutte le direzioni, che decelera l’oggetto attraverso piccole componenti, dilazionate nel tempo). È un concetto complicato, che conosce bene solo chi il materiale lo ha creato. A noi basta sapere che non fa rompere un uovo lanciato da venti metri.

  5. Non ho letto tutti i post ma penso che una tuta anti-G sia inutile se rimaniamo ad una velocità di crocera costante di 250-300 km/h ( vedi motociclisti) su volo lineare per lunghe distanze. Limitiamoci per ora al volo lineare e rimandiamo voli in virate, voli in ascesa e voli in discesa repentina.
    Comunque il sito è molto interessante e penso che lo seguirò.
    Francesco.

  6. sono d’accordo con dottorproto è meglio la configurazione parziale dato che,essendo solo un prototipo serve più che altro come esempio per poi costruire qualcosa di ancor migliore,magari con il sostegno economico di qualche riccone xD comunque sia signori,andremo a imbatterci in un sacco di problemi.per esempio cosa usiamo come interfaccia grafica?mi spiego meglio.tony stark ha un IA che fa il lavoro al posto suo come risparmiare energia sui lunghi tragitti,caricare le armi,diminuire la velocità se stark glielo chiede ecc.il punto è che non possiamo fare tutto da soli,ci vuole un “aiutino che controlli le cose al posto nostro,perché sennò impazziremmo già solo per camminare con l’armatura!quindi,non possedendo un IA,cosa si può usare come aiuto sostitutivo?

    • L’aiutino di cui parli esiste, e in aeronautica si chiama Avionica.
      Non c’è bisogno di un Intelligenza Artificiale per fare ciò, basta soltanto un bel software programmato come si deve. Nella pagina progetto Iron Man trovi nell’elenco anche “Task automation”.
      In pratica questo software legge i sensori in dotazione e, a seconda dei dati che riceve in input, agisce in un certo modo che è già stato programmato in precedenza. Ovviamente questi input potrebbero anche essere dei bottoni, delle parole, degli schemi elettromagnetici celebrali o qualunque altra cosa.
      La prossima volta casomai faccio un post sul task automation ;)

  7. E’ stato previsto che l’armatura dovrebbe tenere/dissipare anche temperature prossime ai 1000 ° C ?

    • Ciao Francesco
      Alfa gel e beta gel hanno anche proprietà termoisolanti, ma non è propriamente stato “previsto”. Certo, la capacità di poter camminare tra le fiamme è allettante. Aggiungo la tua idea alla fine di questo post, così possiamo valutarla nello studio di fattibilità. Grazie per il suggerimento :)

  8. visto che la fibra di carbonio conduce l’eletricita puoi sfruttarla per caricare
    l’armatura che ne so se hai culo hai poca energia e sei nel bel mezzo di un temporale fai da para fulmini e non tene preoccupi piu

  9. E’ vero che la fibra di carbonio è conduttore, ma la resina epossidica di cui viene ricoperta no, in pratica il materiale composito (fibra+ resina) che ne deriva è isolante. Inoltre sarebbe un po’ rischioso concepire una tuta conduttiva, e ricaricare le batterie con una scarica non è semplice come appare nei cartoni animati xD. E’ bella come idea, ma oltre ad essere pericolosa bisognerebbe approfondire la cosa ad un livello troppo elevato per le mie attuali conoscenze/capacità (giusto per porti uno dei tanti problemi: le batterie hanno una corrente ed un voltaggio di carica che non può essere assolutamente superato pena il surriscaldamento e l’esplosione delle stesse) comunque la inserisco tra le possibili idee che verranno valutate nella fase “studio di fattibilità”.

  10. Per quanto riguarda “l’isolante termico” o strato ignifugo che sia, potrebbe tornare utile il Nomex di cui si fa largo uso tra elmetti dei pompieri e tute per piloti automobilistici =) per quanto riguarda la corazzatura, diciamo che nel film/fumetto si parlava di lega metallica originante da oro e titanio…ora la cosa suona bene poichè il titanio è refrattario, resistente e leggero, l’oro è duttile, malleabile e non soggetto a corrosione….ma, sinceramente, non so quanto possa resistere alle pistolettate di piccolo calibro…armi leggere insomma massimo 9 mm. Cose interessanti credo si possano fare con le armature multistrato ossia, kevlar, ceramica balistica, alluminio che dovrebbero essere disposti in quest’ordine partendo dall’interno (a contatto con l’anti G) verso l’esterno.
    Seguirò con piacere questo progetto, sembra di tornare bambini…e con un bel pò di competenze in più =) (da parte vostra, io mi fermo agli spunti xD)

  11. ciao DottorProto forse ho trovato proprio un materiale che potrebbe fare al caso nostro per questa armatura…
    http://www.skimbu.it/2011/04/11/poron-il-materiale-ultra-resistente-agli-impatti/
    c’è pure qualche video che prova proprio quello che cercavi tu, non fermare un proiettile ma una palla di cannone. Magari facendo uno strato di carbonio, uno di d3o, uno con questo materiale, e un altro di beta o alfa gel dovremmo essere molto protetti sia da proiettili che da urti per incidenti. fammi sapere cosa ne pensi. ciao a presto

    • Veramente interessante il poron………..
      Ecco un materiale che non conoscevo con proprietà molto vicine alla mia idea di resistenza: in combinazione con altri strati-materiali sarebbe eccezionale. Ma quanto costa? Si possono acquistare fogli o pezzature di questo poron?

    • Complimenti per il suggerimento Mirko. Il Poron è proprio come il beta gel, un antiurto. E da quanto ho letto (dopo il tuo suggerimento :)) mi pare che sia anche più diffuso e forse commercialmente disponibile.
      Appena ho un po’ di tempo mi metto a fare ricerche più approfondite e eventualmente faccio qualche richiesta di preventivo :D

      Per la questione degli strati bisogna vedere un po’ le caratteristiche, io comunque eviterei di utilizzare 2 diversi materiali antiurto. O si mette alfa/beta gel, o poliuretano, o poron. Per la protezione antiproiettile forse la cosa più comoda è utilizzare il kevlar, credo sia più facile da reperire, ma sono ancora indeciso se considerare l’antiproiettile o no :S

      • per l’antiproiettile ho trovato anche questa cosa qua. è kevlar misto ad un liquido non so se può andare

        magari un armatura con uno strato di carbonio uno di questo kevlar e poi del poron (se funziona veramente bene come sembra), dovrebbe essere anti proiettile ed antiurto in massimo 20-25mm no???

      • Si Mirko, vidi anche io quel video e mi informai su quel liquido:
        Ho dei documenti a riguardo tra cui la formula della soluzione con le quantità percentuali delle due sostanze .
        In via ipotetica fibra di carbonio + kevlar trattato + poron dovrebbe essere l’armatura ideale, anche io continuo a pensarci xPP Lo testeremo, ci sto già lavorando.
        La settimana prossima vi do una notizia bomba forse :DD

  12. Ciao Doc! Premettendo che sono totalmente ignorante in materia, ma mi chiedevo se i nanotubi di carbonio possano essere utili in qualche modo, essendo molto resistenti e con interessanti proprietà elettriche… che ne pensi?

    • I nanotubi nel nostro caso non sono adatti. Sono interessantissimi, ma attualmente sono ancora in fase di studio troppo primitiva per tenerli in considerazione. Più che altro comunque sono un materiale eccellente per creare processori e componenti elettroniche. Poi si potrebbero fare tante altre cose con i nanotubi, alcune delle quali non posso neanche dirle adesso hehe. Ma per ora lasciamoli ai laboratori :)

  13. che ne dite di usare il grafene come materiale esterno per la tuta? è ancora in via di sviluppo, ma sono già stati creati oggetti con questo materiale (tipo racchette da tennis) è 100 volte più resistente dell’ acciaio e molto leggero, è un ottimo conduttore. si tratta di un foglio monoatomco di carbonio con struttura molecolare a esagoni, ovviamente andrebbero sovrapposti migliaia di strati (come si fa per le racchette) e un solo millimetro avrebbe una resistenza enorme. se poi vogliamo anche proteggerci dagli urti (perchè penso che il grafene sia più che sufficiente come protezione da oggetti penetranti) si potrebbe usare un materiale viscoelastico, elastico quando le forze sono deboli e duro se vi si applica una grande forza. ci sono un sacco di materiali così, sia liquidi che solidi elastici che permettono il movimento. è molto utile anche il kevlar imbevuto, ma penso che anche le fibre di grafene potrebbero essere imbevute di questo liquido che vediamo nel video di Mirko, ottenendo un materiale ancora migliore.

  14. La questione è che non vorrei andare nelle nanotecnologie sul progetto Iron Man, perché sono cose che al giorno d’oggi non possono essere “fai da te”. Sistemi Futuri punta a fare in modo che tutto quello che si propone, si pensa, si progetta qui può essere riprodotto a casa di ciascuno di voi. Sotto questa ipotesi si limitano le possibilità di sviluppo, certo, ma si diventa più pragmatici e si accelerano i tempi di produzione.
    Ti ringrazio per il tuo apporto comunque, sicuramente chi legge ha interessa anche ad approfondire le nuove tecnologie in toto (in alcuni post potremmo anche parlare di scienza e tecnologia moderna fuori dalla nostra portata) ma a livello di applicazioni, rimaniamo coi piedi per terra! ;).

  15. Io penso che come primo prototipo si dovrebbe abbandonare l’idea del volo. Il grosso problema è la disponibilità di energia. Nel film questo problema è il primo che deve affrontare Tony Stark ed è alla base di tutto il suo progetto. Prima di creare Ironman crea il reattore ARC. Io sono del parete che al giorno d’oggi realisticamente si possa realizzare una armatura abbastanza resistente e confortevole che con dei servomotori sulle articolazioni possa aumentare la forza di chi la indossa. Il tutto probabilmente con una scarsa autonomia. Già sarebbe una gran cosa. X il volo la vedo dura!

  16. ragazzi ma le percentuali per creare il liquido visto nel video?grazie in anticipo

  17. A mio parere, un ottimo sistema potrebbe essere l’utilizzo di una sorta di armatura liquida.
    utilizzando un ipotetico fluido non-newtoniano otterremo sicuramente di per se un ottima difesa da colpi di tipo contundenti e una ottima distribuzione delle forze, in questo “fluido” potremmo a questo punto diluirci una soluzione di polvere metallica cosa che lo renderebbe ricettivo al magnetismo,ora ipotizzando di avere un bell’elettromagnete potremmo creare una sorta di tuta che cambia la sua densità in base al tipo di offesa ricevuta. Ovviamente manca un sistema che controlli il magnete, il modo in cui distribuisce le forze ( e qui entriamo nella fantascienza )e che modelli la tuta sul corpo.
    Quindi io metterei sulla tuta uno strato corazzato di placche modulari (come l’armatura di batman per intenderci) per bloccare proiettili e dare robustezza al tutto con i materiali che hai descritto

  18. si possono fondere insieme la tecnologia del kevlar con la resistenza del metallo? ad esempio una corazza di fibre di kevlar ricoperte da titanio?

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