C2D2 in rotta per la corrosione
Quando i ponti invecchiano, diventano un problema per le infrastrutture di trasporto, poiché i sali antighiaccio e l'anidride carbonica distruggono il cemento armato nel tempo. Un nuovo robot controlla ora le condizioni delle strutture, anche in luoghi inaccessibili all'uomo.
In Svizzera Chi siamo, con oltre 3.500 ponti autostradali, attraversa in modo sicuro e veloce valli, torrenti, fiumi e vie di comunicazione in ogni momento. Ci sono anche migliaia di ponti sulle strade cantonali. La maggior parte di essi ha due caratteristiche in comune: sono indispensabili per l'infrastruttura di trasporto svizzera e sono realizzati in cemento armato. Questo li rende sicuri e duraturi, almeno fino a quando non si verifica la corrosione.
La corrosione mette a rischio le infrastrutture svizzere
La corrosione è la distruzione dell'acciaio di armatura nel calcestruzzo a causa della penetrazione del cloruro del sale antighiaccio o della neutralizzazione del calcestruzzo da parte della CO2 capito dall'atmosfera. La distruzione progredisce sempre più nel tempo e di solito è visibile solo quando è già molto avanzata. A lungo termine, ciò può compromettere la funzionalità e la sicurezza di ponti e altre strutture in cemento armato. Inoltre, la ristrutturazione di questi ponti comporta ingenti somme di denaro, in quanto quanto quanto maggiore è il danno causato dalla corrosione, tanto più costosa è la riparazione. "Inoltre, molti ponti in Svizzera hanno ormai più di 50 anni, il che significa che la corrosione sta diventando un problema sempre più grave per le infrastrutture svizzere", spiega Bernhard Elsener, professore dell'Istituto per i materiali da costruzione dell'ETH di Zurigo.
Insieme a un team di ricercatori, 25 anni fa ha sviluppato una tecnologia per rilevare la corrosione in fase iniziale: Hanno attaccato un elettrodo a una ruota e l'hanno fatto passare sulla superficie del cemento armato. Il sensore misura le differenze di potenziale elettrico del cemento armato testato. Differenze di potenziale maggiori significano che l'armatura del calcestruzzo ha già iniziato a corrodersi in queste aree. I dati di misurazione vengono trasferiti a un computer e analizzati.
Questa tecnologia, la misurazione del campo potenziale, viene utilizzata con successo da tempo per ispezionare i ponti, spiega Elsener. Tuttavia, c'è ancora un problema: "L'elettrodo a ruota è attaccato a un bastone e deve essere guidato a mano. Questo significa che molte aree, come i sostegni e la parte inferiore di ponti alti, non possono essere rilevate", spiega Elsener.
Un robot per rilevare la corrosione
Per risolvere questo problema, l'Istituto dei materiali da costruzione ha unito le forze con l'Istituto di robotica e sistemi intelligenti e ha formato un team di progetto composto da Bernhard Elsener, Alexis Leibbrandt, Oliver Glauser, Ueli Angst e Robert Flatt dell'Istituto dei materiali da costruzione, nonché da Gilles Caprari dell'Autonomous Systems Lab dell'ETH di Zurigo. L'obiettivo era quello di sviluppare un robot in grado di rilevare la corrosione al primo stadio e anche in luoghi inaccessibili all'uomo. Tuttavia, i ricercatori non hanno dovuto cercare a lungo una soluzione: "In uno dei nostri progetti focus di quattro anni fa, gli studenti hanno sviluppato un robot in grado di muoversi sul pavimento, sulle pareti e sui soffitti. Era quindi ideale per il progetto previsto", spiega Roland Siegwart, professore dell'Istituto di Robotica e Sistemi Intelligenti e Vicepresidente per la ricerca e le relazioni aziendali dell'ETH di Zurigo.
La locomozione di questo robot si basa sulla cosiddetta tecnologia a vortice: c'è una specie di elica sul lato inferiore del robot, che ruota così rapidamente che il robot viene risucchiato su pareti e soffitti dalla pressione negativa che ne deriva e può muoversi con l'aiuto delle sue ruote. Il robot è controllato da un telecomando o da un computer.
Paraswift diventa C2D2
"Il robot si chiamava originariamente Paraswift ed è stato sviluppato pensando alla Disney. Quando una telecamera è collegata al robot, una stanza può essere ripresa da tutte le prospettive senza problemi", spiega Siegwart. Per il nuovo progetto dei due istituti, Paraswift è stato ribattezzato C2D2 ("Climbing Corrosion Detecting Device") e adattato al suo nuovo utilizzo come rilevatore di corrosione: "Abbiamo reso più robusti l'alloggiamento e le ruote e abbiamo integrato la tecnologia per rilevare la corrosione", spiega Elsener, che guida il progetto.
L'elettrodo si trova sul lato inferiore del robot e misura la differenza di potenziale del cemento armato mentre il robot si muove lungo la struttura. Questi dati devono poi essere analizzati da uno specialista. Gli ingegneri hanno anche montato una sfera rosa sulla parte superiore del robot in modo che le telecamere possano riconoscerla facilmente, consentendo ai ricercatori di localizzarla e controllarla meglio. All'interno di questa sfera si trova un'altra telecamera che registra l'ambiente circostante. In questo modo è possibile riconoscere ed evitare potenziali ostacoli.
I primi test hanno avuto successo
Entro la fine del progetto, a metà 2015, il robot dovrebbe essere in grado di riconoscere ed evitare da solo tali ostacoli. I ricercatori vogliono anche sostituire il controllo manuale del robot con un sistema di navigazione che lo renda autonomo. E sono in procinto di sviluppare un software che analizzi la grande quantità di dati di misurazione.
Il team del progetto ha presentato una domanda di brevetto per il robot già nel 2012. Le aziende interessate a un pagina esternaLicenza Gli interessati possono contattare ETH transfer, il centro di trasferimento tecnologico dell'ETH. Finora il C2D2 è già stato testato su diversi ponti in Svizzera e ha ampiamente dimostrato la sua validità. L'unico aspetto che gli ingegneri devono ancora ottimizzare è la guida su livelli verticali. Ulteriori test seguiranno prima della fine del progetto. Sulla base dei risultati, l'Ufficio federale delle strade (Astra), che finanzia il progetto, deciderà se il C2D2 dovrà essere utilizzato in futuro per le ispezioni regolari dei ponti. Il professore Elsener lo raccomanda in ogni caso: "C2D2 può aiutare a creare un'infrastruttura sicura e sostenibile a costi relativamente bassi - e questa è stata la motivazione del progetto".
Il 13 giugno 2014, C2D2 ha vinto un concorso internazionale al pagina esternaConferenza sull'innovazione del calcestruzzo (COIN) è stato premiato nella categoria "Prolungamento della vita utile". Questo concorso si è svolto per la prima volta quest'anno.
