Urban Air Mobility: che cos'è e perché rivoluzionerà il modo in cui ci spostiamo in città - Economyup

LA GUIDA

Urban Air Mobility: che cos’è e perché rivoluzionerà il modo in cui ci spostiamo in città



Mezzi di trasporto pensati per spostamenti aerei a cortissimo raggio e bassa quota, in ambito urbano ed extra-urbano, come aerotaxi e droni: ecco le soluzioni altamente innovative per la mobilità del futuro. Qui una guida sull’Urban Air Mobility

di Roberto Artigiani

22 Feb 2021


Urban air mobility

“Come Blade Runner, ma prima del 2049”. Questa frase pronunciata da Domenico Gagliardi, fondatore e CEO di Walle, la prima startup italiana nel settore, può aiutare a spiegare di cosa si parla quando si pronuncia l’espressione “Urban Air Mobility”. Chiunque abbia visto il celeberrimo film di fantascienza infatti ha ben presente cosa sia un aerotaxi, un veicolo volante in grado di effettuare brevi e frequenti spostamenti in ambito urbano con un piccolo numero di passeggeri.

Quella che quasi quaranta anni fa poteva sembrare una conquista di un futuro lontano, oggi appare invece una realtà sempre più concreta e a portata di mano, che sta spingendo un numero crescente di imprese e startup a puntare sulla mobilità aerea urbana. Le vere e proprio automobili volanti forse sono ancora lontane, ma studi di settore ipotizzano entro questa decade ci sono buone possibilità di mettere i piedi su un aerotaxi.

Cos’è l’Urban Air Mobility

Il concetto di Urban Air Mobility in realtà racchiude in sé molte altre possibilità che vanno al di là del semplice trasporto passeggeri come il supporto ai servizi di emergenza, il trasporto di sangue e organi, ma anche il monitoraggio del traffico o delle infrastrutture, della sicurezza pubblica e ovviamente il trasporto di merci. Quest’ultima è la prima frontiera che è stata aperta con l’uso di droni per la consegna di pacchi, il cosiddetto “Urban Goods Delivery” (UGD).

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Il settore si sta attualmente sviluppando attorno a diverse direttrici per cui sono in fase di studio e test soluzioni a guida umana, ma anche tecnologie che permettono la guida pilotata a distanza sia a vista del pilota (VLoS, Visual Line of Sight) che fuori da suo campo visivo (BLoS, Beyond the Line of Sight), mentre la guida autonoma sembra rappresentare ancora una sfida troppo grande.

In generale con UAM si intendono tutti quei mezzi di trasporto pensati per spostamenti aerei a cortissimo raggio (inferiore a 50 km) e a bassa quota (al di sotto dei 5.000 piedi / 1.500 metri da terra) in ambito urbano ed extra-urbano, ma spessissimo si sottintende anche l’implementazione di soluzioni innovative per la smart mobility che prevedano l’impiego di tecnologie silenziose, pulite e sicure.

In un certo senso si potrebbe dire che il concetto abbia già trovato realizzazione con l’uso degli elicotteri per gli spostamenti in grandi città come Los Angeles, New York, Tokyo, San Paolo del Brasile o Città del Messico. Servizi di elitaxi in queste megalopoli sono attivi da diversi decenni, ma sono da sempre associati a costi elevati, forti rumori e un alto consumo di risorse. La UAM invece si pone l’obiettivo di adottare motori elettrici montati su veicoli all’avanguardia in grado di trasportare pochi passeggeri, ma a prezzi non molto diversi da quelli di un ordinario taxi, e soprattutto di arrivare praticamente ovunque grazie a soluzioni VTOL (Vertical Take-Off and Landing) a basso impatto sonoro.

Perché

La decarbonizzazione dei trasporti cittadini, la democratizzazione dell’aria e lo sviluppo di tecnologie innovative sono solo alcune delle grandi sfide che questi nuovi mezzi di trasporto stanno affrontando, parte di un grande quadro che punta a rivoluzionare il modo in cui ci sposteremo entro i prossimi 10-20 anni. Si prevede infatti che entro il 2030 il 60% della popolazione mondiale vivrà in grandi agglomerati urbani, percentuale destinata a crescere ancora e raggiungere i tre quarti di tutti gli abitanti del pianeta, ormai raddoppiati rispetto agli attuali 4 miliardi di persone, entro il 2050. Questo incremento porterà le megalopoli ad emettere il 70% dei gas serra e a consumare i due terzi delle energie globali. Se a ciò si aggiunge che già oggi circa la metà della superficie pubblica nelle città è occupata in media da strade, si capisce come per trovare una soluzione non c’è altra via che la “terza dimensione”: l’aria.

Senza andare troppo lontano in un ipotetico futuro, già oggi i mezzi di trasporto su strada rappresentano il 30% delle emissioni di gas serra dell’intera Unione Europea, mentre tutti gli studi proiettano in diminuzione la velocità media di percorrenza urbana in auto e in crescita le ore passate nel traffico da ognuno di noi. Sempre nell’UE i costi attuali legati alla congestione stradale sono calcolati nell’ordine dei 100 miliardi di euro all’anno e si stima che triplicheranno entro i prossimi venti anni.

In questo scenario l’UAM si presenta come il prossimo salto generazionale, qualcosa che permetta non solo di migliorare lo stato di salute degli ambienti cittadini, ma anche di allargare il raggio dei nostri spostamenti, non diversamente da quanto l’avvento dell’automobile abbia fatto nei confronti degli spostamenti a cavallo a inizio novecento. Se un auto riesce a percorrere circa 20 km in 40 minuti uscendo da un centro urbano come Parigi, un aerotaxi nello stesso tempo promette di portare i suoi passeggeri fino a 150 km.

Per tutti questi motivi l’Urban Air Mobility rappresenta attualmente un terreno fertile di sperimentazione per innovatori e investitori allo stesso tempo, che sta imprimendo una trasformazione straordinaria a tutto il settore del trasporto aereo e dell’aviazione civile e aprendo nuovi scenari tecnologici, economici e industriali.

Tipi di aeromobile

Ma come sono fatti questi eVTOL? L’industria sta sviluppando circa un’ottantina di diversi modelli, ma tutti ruotano attorno a tre diversi tipi di design dotati di caratteristiche analoghe, anche se diversi nell’equipaggiamento, nei costi e nell’autonomia.
Gli aeromobili più piccoli sono di tipo multirotore (“multirotor” / “multicopter”), simili nella pratica a piccoli elicotteri, quindi privi di ali, ma con più pale rotanti. Sono molto efficienti, ma mantengono basse velocità (90 km/h), piuttosto silenziosi, hanno una raggio di autonomia di 40-50 km.
Accanto a questi ci sono vetture a struttura “tilt thrust”, ossia in cui gli elementi rotanti del motore possono cambiare assetto passando da verticali a orizzontali. Sono equipaggiati con ali e possono raggiungere i 300 km/h con un’autonomia di 300 km. Il loro maggior difetto però è legato alla ridondanza dei motori richiesta per assicurare standard di sicurezza, fattore che aumenta notevolmente peso, costi e certificazioni.
Infine ci sono quei modelli in cui rotori multipli convivono con un sistema propulsivo-alare tipico dei piccoli aerei (“lift & cruise”). Questi eVTOL possono sfruttare le caratteristiche positive di entrambi i sistemi di spostamento all’evenienza, ma sono leggermente più limitati dei tilt-rotor: massimo 250 km/h per 150-200 km di autonomia.

Le sfide

Per poter assurgere a mezzo di trasporto di massa però l’intero settore deve affrontare una serie di sfide chiave che riguardano diversi aspetti: l’ideazione di aeromobili futuristici, dotati di motori elettrici all’avanguardia in grado di risolvere l’“indovinello” SWaP (Size, Weight and Power, ossia il bilanciamento dell’equazione potenza, leggerezza e dimensioni), a basso impatto sonoro (almeno 15 db in meno di un elicottero leggero), con costi contenuti per poter garantire un pricing adeguato alle aspettative e soprattutto sicuri. Oltre al mezzo in sé sono poi necessarie una serie di infrastrutture – dai vertiporti a sistemi software per la gestione del traffico aereo – oltre che affrontare e sdoganare due aspetti fondamentali: il sistema di regole, norme e certificati, a livello burocratico, e l’accettazione sociale dell’UAM.

L’elettrico

Gli aeromobili a decollo e atterraggio verticale devono affrontare la stessa sfida dell’industria automobilistica: la batteria. A oggi gli eVTOL su cui si punta maggiormente propongono sistemi con batterie a ioni di litio (Li-ion) che rappresentano ancora l’unica vera alternativa affidabile a livello commerciale pur avendo dei limiti importanti a livello di peso, capienza e sicurezza (il liquido in cui sono immersi gli elettroliti è altamente infiammabile). In futuro sarà necessario trovare soluzioni che garantiscano maggiore autonomia e potenza, tempi di ricarica e peso inferiori, per cui si ipotizza che il salto possa avvenire con l’avvento delle batterie a stato solido. Altre opzioni, come quella rappresentata da motori ibridi, appare inadeguata in termini di rumorosità e inquinamento, mentre la propulsione a idrogeno col passare del tempo sembra sempre più una promessa che non sarà mantenuta.

Il 5G e la connettività

Per lo sviluppo di mezzi volanti a bassa quota serve poter fare affidamento su una connessione di Rete a bassissima latenza che possa consentire il costante monitoraggio in tempo reale del traffico in quota, delle condizioni meteo, della comunicazione con la terraferma e, perché no, anche servizi di intrattenimento per i passeggeri. In vista di possibili applicazioni di guida autonoma l’avvento del 5G rappresenta un passo essenziale senza il quale l’UAM non potrebbe prendere piede. Le difficoltà maggiori sono di ordine tecnico, in particolare riguardano la connessione in quota con oggetti in rapidissimo movimento, ma diverse sperimentazioni svolte tra Dubai e Singapore da Volocopter oltre che da Vodafone in Spagna e AT&T con Uber, stanno portando risultati incoraggianti.

Urban Air Traffic Management

È stato calcolato che nel 2019 ogni 24 ore c’erano circa 30.000 droni in volo in tutta l’Unione Europea, cifra che si prevede arriverà a 20.000 voli su una singola città entro il 2035. Si capisce subito, quindi, come sia sentita l’esigenza di strutturare un sistema di gestione del traffico aereo urbano (ATM, Air Traffic Management). Diversamente dalle auto a guida autonoma, infatti, aerotaxi e droni saranno regolati da speciali agenzie che opereranno in base a rigidi standard di sicurezza ed efficienza. Negli Stati Uniti la FAA ha generato il sistema UTM (Unmanned Aircraft Systems Traffic Management) insieme alla NASA, mentre in Europa l’EASA (Agenzia europea per la sicurezza aerea), sta lavorando su “U-Space”. Entrambi puntano a una gestione del traffico automatizzato, prima pietra fondativa di un sistema di trasporto merci tramite droni a guida autonoma, probabilmente tra i primi mezzi UAM che vedremo in attività.

Burocrazia e sicurezza

Quando si parla di criteri di sicurezza per i nuovi veicoli quasi certamente sarà applicato quanto già vale per l’aviazione civile attuale. I nuovi standard dovrebbero quindi uniformarsi alla “regola del 10-9 ossia viene considerato accettabile un incidente catastrofico una volta ogni miliardo di ore volate. Su questo aspetto però, peseranno molto le considerazioni emotive dei passeggeri: salire su un aerotaxi infatti non è come salire su un comune taxi. Al di là della piccola percentuale della popolazione che soffre della classica “paura di volare”, c’è comunque una rilevante fetta di persone che non è abituato né si sente a suo agio in aria.

Per esempio le statistiche dicono che oggi circa il 40% degli statunitensi che vola afferma di provare un certo senso di ansia, sarà quindi necessario un cambio di mentalità generale per poter ammettere nel proprio quotidiano gli spostamenti con aerotaxi. La differenza la farà probabilmente il graduale avvento di soluzioni per il trasporto merci e la sicurezza che il sistema e i mezzi stessi sapranno inspirare nei loro prospect. L’aspetto più nebuloso della sfida legata alle certificazioni è però rappresentato dal sistema politico e dalla sua capacità di adottare regole necessarie e condivise.

Pricing

Una questione fondamentale per l’affermazione di mezzi di mobilità aerea sarà la loro capacità di integrarsi con altre opzioni MaaS (Mobility-as-a-Service) che popoleranno le grandi città nei prossimi anni. Al di là dell’aspetto logistico, comunque non secondario, sarà fondamentale la componente pricing: attualmente un viaggio in taxi costa circa 0,50$ per miglio negli USA, mentre Uber stima che i primi voli in aerotaxi richiederanno dieci volte tanto. La prospettiva è di scendere fino ad arrivare a competere sulle stesse cifre, anche se la NASA ipotizza diminuzioni al massimo fino al 60%.

Per fare ciò sarà l’industria dovrà trovare un modo per ridurre i costi operativi a livello di design del sistema stesso, strutturando una supply chain efficiente, tagliare le spese attraverso manutenzione preventiva, introdurre software per il pilotaggio assistito e puntare sui benefici di un’economia di scala per batterie e veicoli. L’uso di gemelli digitali potrebbe rivelarsi essenziale per abbassare il time-to-market, ma servirà anche l’adozione di sistemi di progettazione olistici.

Mondo

La comunità UAM è attualmente composta da un’insieme in costante crescita di soggetti eterogenei: oltre a FAA, NASA, EASA e altre entità statali, sono coinvolti svariati poli di ricerca universitari specializzati nell’ambito dei trasporti, ma anche produttori di aerei come Bell Helicopters, Airbus e Boeing. Queste ultime in particolare hanno stretto alleanze rispettivamente con Audi e Porsche per lo sviluppo di prototipi. La società statunitense, in particolare, ha fondato Boeing Next che dal 2018 si è fatta notare per aver completato con successo il primo test di volo del prototipo PAV (Passenger Air Vehicle).

L’industria automobilistica più avanzata guarda comunque con un certo interesse alle prospettive della mobilità urbana aerea. Non è quindi casuale che anche Hyundai abbia stretto una partnership con Uber per realizzare eVTOL entro il 2023 oppure che la Toyota Motor Corporation abbia annunciato di aver investito 394 milioni di dollari per fornire servizi di manutenzione e controllo qualità nei lavori di costruzione di un aeromobile da parte di Joby Aviation. Il settore inoltre sta vedendo il fiorire di moltissimi progetti – nel 2019 se ne contavano un centinaio, ma nel 2021 sono già più che triplicati – legati a startup come Kitty Hawk’s Cora, Joby e Terrafugia.

Europa

L’Europa finora è il continente che sta guidando il settore, grazie al maggior numero di imprese e startup – ci si può fare un’idea dalla mappa riportata sul sito di Roland Berger purtroppo ferma al 2019 – tuttavia curiosamente i vari Paesi membri stanno prendendo strade diverse. Da una parte ci sono Germania, Olanda e Belgio che hanno aderito all’iniziativa di partnership per l’innovazione per smart city e comunità (EIP-SCC), dall’altra invece c’è la Francia che ha optato per l’European Urban Air Mobility initiative, coordinata da Airbus, Eurocontrol e EASA.

Italia

Nel nostro Paese la prima Conferenza Nazionale sulla Urban Air Mobility si è tenuta al Lingotto di Torino nel novembre 2019, durante Future Mobility Expoforum. La scelta del capoluogo piemontese non è stata casuale visto che è stata la prima città in Italia ad aderire alla UAM. Poco dopo il ministro Paola Pisano (Innovazione Tecnologica e Digitalizzazione) e il presidente dell’Enac, Nicola Zaccheo, hanno firmato un protocollo per l’avvio del progetto di “Innovazione e Mobilità”. Lo scopo dichiarato è rafforzare il dinamismo, l’attrattività e la competitività delle città italiane, creando condizioni favorevoli per sperimentazioni e deregolamentazioni e al tempo stesso ad adeguare il quadro normativo.

In dettaglio uno degli obiettivi del protocollo è la costruzione della piattaforma digitale D-Flight, realizzata insieme a Enav, Leonardo e Telespazio, per fornire servizi per la registrazione, identificazione e gestione del traffico dei droni.

Le sperimentazioni italiane

Partendo dai primi centri di test nazionali a Torino, riguardo il monitoraggio a scopo di sicurezza urbana per grandi eventi o calamità naturali all’interno del Doralab (Turincod Torino-Parco Dora), e Napoli Grottaglie, dove si prova “su strada” il trasporto VLoS di campioni ematici tra ospedali e laboratori di analisi (progetto Philotea), diverse altre sperimentazioni sono state autorizzate e avviate.

Sempre a Torino il Comune sta testando soluzioni BVLoS governate con link satellitare per monitorare infrastrutture critiche urbane, effettuare misurazioni di campi elettromagnetici ed effettuare attività di sorveglianza in aree critiche, mentre ancora all’interno del Doralab è in corso un progetto pilota di urban delivery.

In Lombardia, la sede Arpa regionale, in collaborazione con RPS Aerospace Milano, sta valutando il trasporto di campioni biologici con l’implementazione di tecnologie di volo autonomo ed IA. A Bologna la Ausl territoriale pensa a un servizio di trasferimento di materiale ematico tra ospedali minori e l’ospedale cittadino per superare gli ostacoli dati dall’orografia del territorio. Infine RFI è stata autorizzata a monitorare le linee elettriche ferroviarie tramite droni guidati da un pilota a distanza.

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Roberto Artigiani

Appassionato di tecnologia in tutte le sue applicazioni, implicazioni e complicazioni, ma quando non scrivo torno analogico: leggo classici, ascolto musica dei tempi andati e guardo cinema d'antan