Dalla magistrale in Design navale alla creazione di una vera barca smart: il progetto Shard

Progetto Shard

Alberto Brioschi e Davide Papapicco: laureati UniGe in Design navale e nautico, con la tesi: Shard - studio della morfologia e dell’elettronica di bordo per il monitoraggio e l’incremento del livello di performance in navigazione hanno trasformato la teoria in pratica partecipando alla competizione universitaria 1001 Vela cup 2021.

Il progetto Shard nasce infatti come tesi di laurea nel corso magistrale di Design navale e nautico, e ha visto il suo compimento nella progettazione e realizzazione di un sistema barca-tecnologie.

La costruzione della barca, la prototipazione del sistema smart, sviluppato in collaborazione con Garmin, e la partecipazione alla competizione universitaria 1001 Vela Cup, hanno dato modo ai due studenti coinvolti nel progetto di toccare con mano i risultati di un lungo lavoro, tanto impegnativo quanto entusiasmante.

Elevate performance e facilità di utilizzo

Lo scopo del progetto Shard è la progettazione e realizzazione di un sistema barca-tecnologie in grado di massimizzare la user experience e il livello di performance a bordo di una deriva sportiva di classe R3 (Regolamento 1001 Vela Cup) e consolidare il rapporto fra velista e (s)oggetto barca, tramite l’utilizzo di tecnologie e sensori.
Attualmente nell’ambito delle derive sportive un livello di excitement elevato è imprenscindibile da un alto livello tecnico (vela acrobatica, skiff, foils). Elevate performance e facilità di utilizzo sono quindi attualmente un ossimoro nel mondo delle derive.
"Tale progetto si propone di rendere fruibile un’esperienza di elevata performance, ad un maggior numero di utenti, anche a coloro che possiedono mediocri capacità tecniche. La user experience è stato il focus del nostro lavoro. 
Sono due gli aspetti fondamentali su cui abbiamo lavorato per garantire questo dualismo apparentemente contraddittorio: morfologia della barca e inserimento di tecnologie intelligenti. - ci racconta Davide Papapicco - Per dare visibilità al progetto e agli sforzi progettuali e costruttivi ed infine spinti da uno spirito di appartenenza agli atenei di Milano e Genova abbiamo richiesto la possibilità di partecipare alla competizione universitaria 1001 Vela Cup, richiesta che è stata colta positivamente dagli atenei che ci hanno dato tutti gli strumenti per poter realizzare tale impresa."

Costruzione della barca

La partecipazione a questa regata ha portato Papapicco e Brioschi a progettare una barca che rientrasse nel regolamento di classe R3, che verte principalmente su vincoli dimensionali di scafo e vele e sull’utilizzo per almeno il 70% del peso della barca, di materiali naturali, biomateriali, riciclabili o riciclati.

SHARD è stata costruita con il metodo cuci e incolla, partendo da pannelli piani di compensato marino okoumè, pretagliati al laser.
I rinforzi longitudinali invece sono costituiti da listelli di mogano massello.
Sia scafo che coperta sono stati successivamente laminati esternamente con una pelle bidirezionale di fibra di vetro da 300 gr e resina epossidica. Il ponte e le appendici invece con fibra di basalto.
E’ stato importante porre attenzione ai materiali utilizzati per rientrare nel regolamento di classe R3 e in particolare per far si che il peso della barca fosse per il 70% costituito da materiali di origine naturale, o biomateriali, o riciclabili e riciclati.

Inoltre entrando nell’ottica di dare nuova vita a ciò che è già stato usato, la barca è stata progettata prendendo in considerazione i materiali di vecchie imbarcazioni delle scorse edizioni del circuito 1001Vela Cup, quali boma, albero, bozzelli, sartie, che se non fossero stati nei magazzini pronti all’uso avrebbero richiesto un notevole impegno economico, di tempo e progettuale.

Collaborazione con Garmin e sviluppo del sistema “VR COACH”

Contestualmente alla progettazione della barca la collaborazione con Garmin ha consentito la prototipazione del sistema smart da noi ideato.
Il funzionamento del sistema consiste nel fornire feedback in tempo reale e in modo non invasivo all’equipaggio, in modo che questo si possa rendere conto di cosa stia sbagliando senza essere impegnati a consultare dati numerici su piccoli schermi che sarebbero solo di ostacolo alla navigazione. Il sistema punta quindi a massimizzare la user experience di un’uscita in deriva, migliorandola e non creandone una nuova, a cui l’utente si debba abituare.

La barca, per ogni angolo al vento ha una velocità massima che può essere raggiunta (rappresentata dai grafici polari), e lo può fare solo se le vele sono regolate bene e i pesi dell’equipaggio sono disposti in modo ottimale: il compito del sistema è quello di rilevare in che direzione si sta navigando rispetto al vento e confrontare la velocità istantanea dell’equipaggio con quella massima teorica espressa dalle polari: se la velocità istantanea dovesse risultare inferiore, l’equipaggio dovrà darsi da fare per ottimizzare la propria andatura (agendo sui tre aspetti, direzione, propulsione e assetto), se invece le due velocità dovessero corrispondere, le condizioni di navigazione e conduzione rilevate sono quelle ottimali.

Nel momento in cui questi tre requisiti di base sono corretti, la barca sarà al massimo delle proprie performance in quelle condizioni, e quindi l’equipaggio non può navigare meglio di quanto stia già facendo. L’ambizione di questo sistema è di portare la figura dell’allenatore in barca in modo che riesca a correggere in tempo reale i loro eventuali errori di conduzione, oltre a raccogliere dati durante l’allenamento che siano consultabili in una fase di debriefing per capire come sia andata complessivamente l’attività e quali siano stati eventuali errori. 

La User experience è uno dei concetti che risiedono alla base del progetto: l’utente interagisce con il sistema dell’elettronica di bordo, attraverso un display posizionato a piede d’albero, gli smartwatch indossati dai due membri dell’equipaggio e lo smartphone. Attraverso questi media, si crea un contatto diretto con la barca, che va oltre la semplice navigazione a vela, ampliandone i confini spazio-temporali. L’equipaggio riesce infatti a monitorare le proprie performance a bordo, correggere gli errori in navigazione monitorare i propri progressi nel tempo. 

Partecipazione al 1001 Vela 2021

Dal 22 al 26 Settembre 2021 la barca costruita da Alberto Brioschi e Davide Papapicco, Shard ITA39, ha partecipato alla competizione universitaria 1001 Vela Cup 2021 che quest’anno ha visto svolgersi la sua 14esima edizione presso il Circolo della Vela Sicilia, a Mondello (PA).
Una sfida tra atenei, italiani ed esteri, per l’assegnazione di un trofeo in una tre giorni di regate, che si svolge annualmente, con imbarcazioni progettate, costruite e condotte da studenti universitari.
La barca è stata preparata per poter competere per Università di Genova e il Politecnico di Milano. 
"Abbiamo partecipato alla competizione con una barca che pur rispettando il regolamento non è stata progettata ad hoc per questa competizione e che, quindi, per le premesse progettuali e le finalità di utilizzo già descritte, risulta meno estrema e performante delle altre a parità di condizioni. 
Nonostante ciò siamo rimasti molto soddisfatti di quello che la barca ha dimostrato nelle 9 regate sostenute, permettendoci di raggiungere la decima posizione su dodici barche, in classifica finale" racconta Alberto Brioschi.

Ulteriore motivo di orgoglio è stato il ricevimento della targa: premio per l’innovazione, grazie al sistema VR COACH sviluppato con Garmin, presentato tramite una tavola esplicativa esposta per tutta la durata dell’evento. 
Il sistema barca-VR COACH ha rappresentato quindi una novità mai vista prima, soprattutto per gli schemi del circuito della classe R3: molti team, professori e il Presidente stesso del circolo si sono complimentati per l’innovazione che il progetto apporta e per il modo in cui è stato sviluppato.

"Questo per noi non è un punto di arrivo, ma di partenza"

"Il prossimo step sarà quello di montare a bordo della deriva il sistema elettronico sviluppato con Garmin per testarne il funzionamento e l’efficacia. Per noi è di fondamentale importanza verificare la totale buona riuscita del progetto, oltre al toccare con mano il frutto di questo lungo e complesso lavoro: è essenziale per capire dove si possano apportare migliorie, cosa si può implementare e cosa invece risulta di ostacolo" - affermano i due progettisti - "la user experience rimane sempre il focus del nostro progetto, e questo lavoro non vuole rappresentare altro che l’inizio di un possibile cammino nel mondo della nautica, non tanto un prodotto finito e pronto all’uso."

Infatti, durante la fase di prove in mare e di test del sistema barca-elettronica di bordo, ci si aspetta che l’equipaggio riesca a trarre il massimo dalla propria esperienza, non solo grazie al piacere intrinseco che l’andare a vela offre, ma soprattutto per le performance elevate che sarà in grado di raggiungere grazie al supporto delle tecnologie, che insieme alla barca formano un unicum inscindibile per una buona e costante progressione.

L’equipaggio, se inesperto, dovrà quindi essere in grado di condurre al meglio la barca utilizzando le informazioni in tempo reale che lo schermo di VR COACHtm gli mostrerà, mentre gli equipaggi di livello più elevato potranno avere un reminder costante della loro buona conduzione. 
Questa prima versione inedita del sistema non è altro che un mettere insieme vari componenti che già esistono e svolgono delle funzioni proprie, formando una nuova combinazione.

In futuro l’ottimizzazione del prodotto potrebbe portare allo studio e alla produzione di:

• componenti ad hoc per il sistema (non componenti da catalogo Garmin ma strumenti ottimizzati a svolgere le funzioni specifiche richieste);
• implementazione della precisione di VR COACH con software che utilizzi algoritmi non su base PLC (limite imposto da Garmin in questa fase di prototipazione); 
• aggiunta di nuove funzionalità che si possono rivelare importanti nel corso del tempo; 
• miglioramento della morfologia della deriva stessa che è stata progettata per questo sistema.

^{Davide Papapicco | papapicco.davide@gmail.com}

^{Alberto Brioschi | alby.brio@gmail.com}