Dall’ornitottero all’aereo, passando per Leonardo

A cinquecento anni dalla morte del grande genio, ricordiamo Leonardo Da Vinci non solo per il suo immenso valore di artista, ma anche per le sue geniali intuizioni come inventore e il suo contributo allo sviluppo della scienza ingegneristica moderna.

Le intuizioni scientifiche partono spesso dall’osservazione dei fenomeni naturali. Sir Isaac Newton intuì il fenomeno della gravità grazie alla seconda mela più famosa della storia dell’umanità. Non gli cadde sulla testa. L’intuizione scientifica, quando possibile, porta all’azione ingegneristica e solitamente è proprio nell’ingegnerizzazione dei fenomeni naturali che emergono tutti i limiti della progettazione basata sulla riproduzione semplice. E’ “per colpa” all’ingegneria che i velivoli non assomigliano ai volatili, così come i sommergibili non assomigliano ai pesci. Eppure volano come i volatili o si immergono come i pesci.

C’è voluto tempo per maturare il superamento dell’imitazione. Si prenda in considerazione il volo. Senza voler scomodare l’esperienza di Dedalo ed Icaro – massimo esempio di osservazione della natura finalizzato all’evasione da carceri di massima sicurezza – il primo tentativo documentato di volo umano risale a più di mille anni fa e si basa sulla sola osservazione della natura. Osservando appunto gli uccelli, si arriva alla produzione degli “ornitotteri”.

E’ il IX secolo e Cordova, durante il del Califfato Omayyade al tempo dominatore della Spagna – il nome “Andalusia” deriva appunto dall’arabo “Al-Andalus” -, è il centro del mondo scientifico e culturale. Mentre l’Europa cristiana vive l’oscurantismo e le invasioni barbariche l’Islam, liberatosi dal fanatismo legato all’epoca delle conquiste militari, accoglie con interesse il pensiero scientifico. E’ quello stesso Islam che nel 641 d.C. decide di dare alle fiamme la biblioteca di Alessandria ritenendo i libri in essa contenuti “inutili se conformi alla fede e dannosi se contrari”; un secolo dopo la biblioteca di Cordova conta circa mezzo milione di volumi tra cui innumerevoli classici latini, ellenici ed orientali, tutti minuziosamente tradotti in arabo. Gli studi degli scienziati musulmani di quel periodo, tra cui Al-Khawarizmi (da lui il termine “algoritmo), Al-Kindi (padre dell’aritmetica moderna), Al-Tabari (autore della prima enciclopedia di scienza medica) ed Al-Battani (catalogò 489 stelle e quantificò la durata dell’anno solare in 365 giorni, 5 ore, 48 minuti e 24 secondi) saranno testi di riferimento nelle università occidentali fino al XVII secolo.

E’ proprio a Cordova tra l’810 e l’888 che vive ed opera Abbas Ibn Firnas, scienziato ed inventore berbero, ideatore delle “lenti (o pietre) correttive per leggere” e primo uomo ad aver tentato l’esperienza del volo mille anni prima dei Fratelli Wright. L’esperimento riesce solo parzialmente; Ibn Firnas, ormai 65enne ma certamente arzillo, si lancia dal Monte della Sposa (vicino Cordova) con un rudimentale ornitottero e “vola” per qualche istante prima di atterrare rovinosamente. Sopravvive.

L’ornitottero è appunto il tentativo di riprodurre macchine volanti dalla sola osservazione naturale. Si tratta di un marchingegno basato su ali mobili (o battenti) e destinato a sfruttare il lavoro meccanico svolto dal pilota (ad esempio il movimento delle braccia) per produrre portanza e quindi consentire il volo. L’ornitottero più famoso della storia è ovviamente quello di Leonardo Da Vinci che propone i propri geniali studi sul volo degli uccelli mezzo millennio dopo Ibn Firnas. La celebre “Macchina volante” di Leonardo – anche se sarebbe corretto parlare di macchine: ne produsse svariate e tutte variazioni sul tema o perfezionamenti di modelli precedenti – è il primo ornitottero progettato con approccio ingegneristico. Ed è proprio in virtù dell’approccio utilizzato che da subito anche allo stesso Leonardo apparvero evidenti due limitazioni insormontabili: la complessità delle ali mobili (come quelle degli uccelli) e l’eccessivo sforzo richiesto al pilota per azionare le ali e sostenere contemporaneamente sia il peso del velivolo che il proprio.

La genialità di Leonardo è tale che la storia non solo confermerà la bontà del suo approccio progettuale, ma anche l’impossibilità di superare le limitazioni da lui individuate secoli fa.

Non che siano mancati i tentativi di rendere l’ornitottero uno strumento funzionale al trasporto di persone superando i limiti della macchina volante di Leonardo. E’ il 1871 e Gustave Trouvé, sostituendo i muscoli umani con un meccanismo basato su polvere da sparo e tubi a pressione, vola per circa 70 metri nel corso di una dimostrazione all’Accademia francese di scienze. Polvere da sparo: non vale. Nel 1929 Alexander Lippisch propone un ornitottero “purista” mosso da energia umana come nel progetto originale leonardesco: vola per circa 250m di cui però, secondo i detrattori, buona parte compiuti solo grazie al meccanismo di lancio a rampa/catapulta. Squalificato. Si arriva ai giorni nostri: Todd Reichert dell’Università di Toronto vola con un ornitottero di sua creazione nel 2010. Ali da 32 metri, struttura in carbonio, 42Kg di peso, tutto il progresso tecnologico possibile per ottenere 145m di percorrenza e 19.3 secondi di autonomia. Una miseria.

Saranno necessari i pionieri dell’aviazione del XIX secolo che con i loro esperimenti, spesso fallimentari e talvolta tragici, riusciranno a passare dall’intuizione naturale all’azione ingegneristica. Dall’ornitottero al velivolo. Il superamento del mero scimmiottare il volo degli uccelli arriva con l’intuizione dell’ala fissa. L’ala fissa va ad annullare la complessità dell’ala battente e sposta la sfida sulla necessità – assolutamente non naturale – di trarre dalla velocità la spinta sufficiente per volare. La tecnologia moderna e gli studi sui materiali – all’epoca dei Wright parliamo di legno e tela – aiutano a vincere la sfida in maniera relativamente semplice e in pochi anni si arriva alla messa in produzione dei primi velivoli da trasporto. L’ala fissa è un accorgimento geniale che non ha similitudini in natura, eppure funziona.

Il progresso tecnologico del XX secolo sarà poi determinante a perfezionare l’approccio ad ala fissa: arriveranno le superfici di controllo e motori con rapporto peso potenza sempre più convenienti. Dai motori a scoppio si arriverà poi ai velivoli a pala rotante (o elicotteri) e, nei tempi moderni, ai motori elettrici e ai droni. I droni sono un ottimo esempio di ingegneria che non trova riscontro nell’osservazione naturale e che fanno della mancanza di parti meccaniche mobili, così come di una dinamica del volo incredibilmente semplice, i punti di forza che hanno portato alla veloce diffusione ed alla distribuzione di massa. Sul perché siano apparsi così tardi pur essendo così semplici – sono infinitamente più semplici di qualsiasi aeroplano, per non parlare degli elicotteri, velivoli complessi e problematici per definizione – ci sarebbe molto da dire, ma questa è un’altra storia.

Marco Tesei

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