La scienza dell'attrito, e il suo sorprendente impatto sulle nostre vite

Tribologia: è una strana parola che probabilmente non avete mai sentito, ma potrebbe cambiare il modo in cui vedete ed interagite con il mondo reale, afferma l'ingeniere meccanico Jennifer Vail. Offrendo una lezione sulla tribologia (lo studio dell'attrito e dell'usura) Vail descrive i modi sorprendentemente vari in cui influisce sulla vita di tutti i giorni e come può aiutarci a migliorare il mondo.

Devo ammettere
che è davvero divertente

quando mi chiedono
che lavoro faccio,

perché dico che, letteralmente,
strofino cose una contro l'altra.

Sembra ridicolo,

strofino semplicemente cose.

Ma questa cosa ha un nome tecnico:

tribologia.

T-r-i-b-o-l-o-g-i-a,

dal greco antico, "Tribos",

che significa "strofinare".

È una parola strana che forse
non avete mai sentito prima

ma vi prometto

che scoprirla cambierà il vostro approccio
con il mondo reale.

La Tribologia mi ha dato
progetti fantastici.

Ho lavorato con materiali che volano,
e ho lavorato con il cibo per cani --

una combinazione apparentemente
improbabile per una persona

per più di un paio di anni,

fino a che non inizia a vedere il mondo
attraverso una lente tribologica.

E credo che vi sorprenderebbe vedere

quanto può essere significativa
un po' di tribologia

nell'alleviare grandi problemi.

La tribologia è lo studio dell'attrito,
dell'usura e della lubrificazione.

Tutti voi avete sperimentato
tutte e tre queste cose.

Ricordate l'ultima volta che avete provato
a spingere un oggetto pesante

e sentivate qualcosa
che faceva resistenza?

Quello è l'attrito.

L'attrito è la forza
che si oppone al movimento.

L'usura è la perdita
o il trasferimento di materiale.

È il motivo per cui bisogna comprare
delle scarpe nuove,

perché la suola si consuma.

I lubrificanti servono
a ridurre attrito e usura.

Ammorbidiscono quei bulloni arrugginiti
che altrimenti non si svitano.

Ma la tribologia è anche definita come
la scienza dell'interazione tra superfici

in moto relativo.

Quindi, interazione tra superfici
in moto relativo:

ce ne sono tantissime al mondo.

Mentre siete lì seduti adesso,
state dondolando un piede

o vi state spostando appena
sulla poltroncina?

Indovinate?
Quella è tribologia.

Anche un piccolissimo
movimento sulla poltrona

richiede che due superfici si muovano
una contro l'altra.

E la vostra interazione tribologica

è diversa da quella
del vostro vicino di posto.

Questo perché i vestiti che indossate

cambiano l'attrito tra voi e la poltrona.

É più facile spostarvi sulla poltrona
se indossate seta

rispetto a chi
indossa della lana.

Questo perché l'attrito
è minore per la seta.

Se state muovendo o anche solo
dondolando la caviglia,

fa un rumore come di schricchiolio?

Vi è successo, vero?

Vi alzate, vi muovete e sentite
un'articolazione scrocchiare.

Grazie per quel suono, tribologia.

Quel suono può essere
il movimento del fluido

che lubrifica le articolazioni.

Si formano delle bolle
d'aria nel fluido.

Quel suono può anche provenire
da due nervi che si accavallano.

Abbastanza comune nella caviglia,

quindi tutti voi che amate
roteare il piede

potreste improvvisamente trovare
interessante la tribologia dei tendini.

Ma come fa una persona a diventare
tribologista come me?

Inizia tutto da bamini, ovviamente.

Ho fatto la ballerina da piccola.

Ho raggiunto quel livello in cui
danzi sulle punte,

o "en pointe".

Quando si danza sulle punte,
si indossano quelle bellissime scarpette

che però sul palco
possono essere scivolose.

Quando balli sulle punte
l'ultima cosa che vuoi

è scivolare e cadere.

Quindi avevamo delle cassettine
con dentro della pece greca.

Dovevamo entrare nella cassetta
e rivestire di pece le nostre scarpette.

La pece deriva dalla linfa degli alberi

e sotto forma di polvere
rende gli oggetti meno scivolosi.

Da ballerina imparavi molto in fretta

quanta pece mettere sulle scarpette,

perché se non ne mettevi abbastanza,
sicuramente cadevi

per via del pochissimo attrito
tra il palco e le scarpette.

Nel migliore dei casi,

eri solo considerata
la ballerina più maldestra

ma nel peggiore dei casi
potevi farti male.

Ero già in grado di ottimizzare
e manipolare l'attrito.

Vedete? Ero destinata
a diventare una tribologista.

(Risate)

Ma anche voi eravate
dei piccoli tribologisti.

Quando usavate i pastelli a cera
o le matite colorate,

sapevate che più premevate
più il colore era scuro.

Sapevate anche che questo significava
temperare quella matita

o quel pastello più spesso,

perché si sarebbe consumato prima.

Parliamo di quei bellissimi pavimenti
a cui era stata data la cera

e su cui era irresistibile
correre in scivolata.

Sapevate che mettendo un paio di calze

avreste fatto un'ottima scivolata
su quel pavimento.

Ma a piedi nudi era impossibile.

Maestri manipolatori dell'attrito.

Tutti i bambini sono tribologisti.

Ma noi adulti invece?

Questa mattina vi sarete lavati i denti.

Spero.

(Risate)

Questa è tribologia.

Il dentifricio e lo spazzolino
lavorano insieme

per rimuovere la placca dai denti.

Per la cronaca, mio papà è un dentista.

Non avrei mai creduto che il mio lavoro
potesse ricollegarsi alla famiglia.

Ma un giorno ci siamo ritrovati
a parlare la stessa lingua

quando mi è stato chiesto di studiare
la rimozione della placca dentale.

Sembrava abbastanza semplice,

finché non ho iniziato a guardare
la cosa da tribologista,

allora è diventato molto complesso.

Ci sono materiali duri
-- i vostri denti --

materiali morbidi come le gengive,
il dentifricio, lo spazzolino.

C'è la lubrificazione, sotto forma
di saliva e acqua,

i movimenti della persona che spazzola
e molte altre cose.

Vi assicuro che se mettessimo
diamanti nel dentifricio

riusciremmo a rimuovere la placca.

Ma probabilmente rimuoveremmo
anche i vostri denti.

C'è un sottile equilibrio
tra il rimuovere la placca

senza però danneggiare
denti e gengive.

Ci spazzoliamo i denti
perché abbiamo mangiato.

Mangiare è nella routine
di chiunque.

Sembra abbastanza semplice.

Ma è un'altra branca della tribologia

e non è così semplice.

C'è il cibo, che si spezzetta e consuma
mano a mano che mangi,

e questo cibo interagisce
con i denti, con la lingua,

con la saliva e con la gola.

Tutte queste interazioni influenzano
la nostra esperienza mangiando.

Penso che tutti ricordiamo
di aver provato un cibo nuovo

e di aver pensato

"Mmh, il sapore è buono

ma non mi piace la consistenza."

I tribologisti vedono la lubrificazione,
e il coefficiente di attrito,

come modi di collegare sensazione
e consistenza in bocca con l'esperienza,

quindi se cambiamo la composizione
di ciò che mangiamo e beviamo

cambiando la quantità
di zuccheri e grassi

come cambia la sensazione in bocca?

Come lo quantifichiamo?

I tribologisti lavorano
per rispondere a questa domanda.

E mentre i miei colleghi
in una parte del laboratorio

studiavano il contenuto
di grassi dello yogurt

io ero dall'altra parte

a studiare il cibo per cani.

In quel laboratorio c'era
un profumino davvero squisito.

Tutti ci spazzoliamo regolarmente i denti.

Ma quanti di noi spazzolano i denti
ai nostri animali?

Gli animali adulti hanno spesso
malattie parodontali,

quindi dovremmo davvero
spazzolare loro i denti,

e molti padroni
stanno iniziando a farlo.

Il mio migliore amico è bravissimo
a spazzolare i denti al suo gatto.

Con il mio gatto è impossibile.

Ciò che i produttori di cibo
per animali stanno tentando

è aggiungere un agente per la rimozione
della placca nei biscotti.

Se avete un cane,

forse sapete che se gli date
un biscottino

magicamente sparisce dopo un solo morso.

Quindi la sfida è:

come rimuovere la placca
in un boccone?

Ho creato quindi un test
per studiare il problema

e per farlo ho dovuto mimare
la bocca dei cani:

i loro denti, la loro placca
e la loro saliva.

E ho calcolato l'attrito e l'usura

per studiare l'efficacia di quel biscotto
nella rimozione della placca.

Se adesso state pensando
all'ultima volta

che non avete spazzolato i denti
al cane, non c'è di che.

Ma qual è la cosa importante
della tribologia?

Fatemi fare un ultimo esempio.

Non importa dove siete adesso,
in qualche modo ci siete arrivati.

Camminando, o in bicicletta,

ma molti in questa sala saranno
arrivati con l'automobile.

Pensate a tutti i sistemi tribologici
che ci sono in un'automobile.

Ci sono le vostre interazioni con l'auto,

le interazioni dell'auto con la strada

e tutto ciò che riguarda
la trasmissione meccanica nel cofano.

Molta della manutenzione di routine
ha a che fare con la tribologia.

Sapete ad esempio per quanti chilometri

potete usare le gomme
prima di sostituirle.

Verificate regolarmente
il battistrada sulle gomme.

Controllate spesso
l'usura delle gomme.

La Tribologia è lo studio
dell'usura e dell'attrito,

e con le gomme, l'attrito
può significare

un arrivo a destinazione
o un incidente stradale.

Questo perché l'attrito
tra le gomme e la strada

influenza l'accelerazione, la frenata

e il tempo di arresto.

Da autisti, istintivamente
sapete quanto è importante l'attrito,

perché sapete
che quando le strade sono bagnate

sono più pericolose perché
sono scivolose.

Questo perché l'acqua riduce l'attrito

tra le ruote e l'asfalto.

Forse vi ricordate che l'attrito
è la forza che si oppone al moto,

quindi dal momento che l'acqua riduce
quella forza, è più facile muoversi

perciò è più scivoloso
quando le strade sono bagnate.

Un'altra cosa da considerare

è che per contrastare l'attrito
ci vuole energia,

quindi c'è una perdita di energia
contro l'attrito.

Così le gomme possono influenzare
il rendimento del carburante.

Sapevate che circa
un terzo del carburante

che mettete nell'auto

viene utilizzato per superare l'attrito?

Un terzo.

La ricerca tribologica ci ha aiutati
a ridurre l'attrito

cioè aumentare l'efficenza
del carburante riducendo le emissioni.

Holmberg e Erdemir hanno condotto
alcuni studi interessanti

nel dimostrare come la tribologia

può ridurre i nostri consumi di energia.

E hanno scoperto
che, nell'arco di 20 anni,

abbiamo avuto l'opportunità di ridurre

il consumo di energia
dei mezzi di trasporto

fino al 60 per cento.

Quando pensate a tutte le auto del mondo

è un sacco di energia risparmiata.

È parte di quasi il 9 per cento
del nostro consumo globale di energia

che è stato dimostrato
potremmo risparmiare con la tribologia.

È un quantità notevole di energia.

Guardando i dati, la tribologia
può fare cose meravigliose.

I miei colleghi hanno individuato
fino a 20 quads di energia

che potremmo risparmiare solo negli USA.

Per chiarire il concetto:

un quad di energia equivale più o meno
a 180 milioni barili di petrolio,

e la tribologia ci può aiutare
a risparmiare 20 volte quella quantità.

È possibile fare ciò con nuovi materiali,
con nuovi lubrificanti,

nuovi componenti,

oppure fare cose come rendere
le turbine eoliche più efficienti.

Questo è stato possibile mettendo
in una stanza 31 persone

che guardavano il mondo
da una prospettiva tribologica.

Immaginate tutte le opportunità
che ci sarebbero

se più persone iniziassero a vedere
la tribologia che ci circonda.

I miei progetti preferiti al momento
sono le applicazioni aerospaziali.

Mi piace ridurre attrito e usura
in quegli ambienti complessi.

Posso creare materiali e parti

che possono ridurre l'attrito
nelle componenti mobili e nei motori

in modo che ci sia meno forza
ad opporsi al loro movimento.

Meno forza da muovere significa
che impiegherebbero meno energia,

utilizzando un attuatore più piccolo,

che peserebbe meno,

e che potrebbe risparmiare carburante.

Posso aiutare nella creazione di pezzi
con minore usura e quindi più longevi.

Ridurrebbe lo spreco di materiale

e può significare una fabbricazione
meno frequente di componenti,

risparmiando quindi l'energia
della fabbricazione.

Vi esorto ad iniziare a vedere
la tribologia nella quotidianità

e iniziare a pensare a come potreste
migliorare l'interazione tra le superfici.

Anche il più piccolo dei miglioramenti

può fare la differenza.

La tribologia può essere
una parola strana,

ma ha un impatto davvero notevole
sul nostro mondo.

Grazie.

(Applausi)