Se sei già registrato con noi, accedi qui con il tuo indirizzo e-mail e la tua password.Hai domande o problemi con il tuo login o abbonamento?Puoi trovare maggiori informazioni sulle nostre offerte nelle nostre domande frequenti.Sette biciclette sono appoggiate al muro nel seminterrato di Jim Papadopoulos a Boston.La loro vernice è graffiata, le loro gomme sono a terra.Un telaio di bicicletta fatto a mano - un tempo regalo di nozze - ha raccolto polvere."Ho regalato la maggior parte delle mie bici da ricerca quando mi sono trasferito", afferma Papadopoulos.Ha conservato solo le moto che per lui significano qualcosa: "Queste sono quelle che ho guidato io".Papadopoulos, 62 anni, è stato per lo più coinvolto con le biciclette nella sua vita, spesso a scapito di tutto il resto.Da adolescente e da studente ha gareggiato in gare amatoriali.Ma la sua ossessione era più profonda: non poteva andare in bicicletta senza riflettere sui misteri matematici coinvolti.Quali forze invisibili consentono al ciclista di mantenere l'equilibrio durante la pedalata?Perché devi sterzare prima a destra quando vuoi girare a sinistra?E come si stabilizza una bici quando si muove senza pilota?Da giovane ingegnere alla Cornell University di Ithaca, New York, si è occupato intensamente di queste domande.Ma per lo più non è riuscito a pubblicare le sue idee e alla fine ha lasciato la ricerca accademica.Alla fine degli anni '90 ha lavorato per un'azienda che costruiva macchine per la produzione di carta igienica."Se nessuno presta attenzione al tuo lavoro, è inutile", dice Papadopoulos.Ma poi qualcuno ha notato il suo lavoro.Un amico e collega della Cornell University, l'ingegnere Andy Ruina, si chiamava Papadopoulos.Uno scienziato olandese, Arend Schwab, aveva ripreso il lavoro sulla stabilità della bicicletta nel laboratorio di Ruina."Jim, devi essere coinvolto", lo sfidò Ruina.Insieme, i ricercatori hanno deciso di risolvere il mistero secolare di come una bicicletta mantenga il suo equilibrio senza un ciclista.Hanno pubblicato la loro soluzione negli "Atti della Royal Society".Il lavoro mira a portare l'industria globale delle biciclette a un nuovo livello di scienza, che fino ad ora si è basata più sull'intuizione e sull'esperienza che sulla matematica.Le loro scoperte, pubblicate anche su Science, potrebbero portare a innovazioni tanto necessarie, ad esempio aiutare a sviluppare nuove biciclette ed e-bike più stabili e più sicure.Inoltre, le informazioni sulle biciclette potrebbero rivelarsi utili in altri settori come la robotica e la protesica."Tutti sanno andare in bicicletta, ma nessuno sa come funziona il ciclismo", afferma Mont Hubbard, ingegnere meccanico sportivo presso l'Università della California, Davis."La ricerca sulle biciclette è interessante per ragioni puramente intellettuali. Ma ha anche implicazioni pratiche, in quanto aiuta le persone con la loro mobilità".Per un meccanico, quella razza antiquata di ingegnere il cui campo di lavoro è governato dalle leggi del moto di Newton, i misteri del ciclismo sono particolarmente intriganti."Siamo ancora tutti bloccati nel 19° secolo, quando non c'erano quasi differenze tra matematica, fisica e ingegneria", afferma Ruina.Le biciclette sono "un problema matematico che riguarda qualcosa di visibile".Il primo brevetto per il velocipede - un precursore a due ruote della bicicletta - fu concesso nel 1818.Le biciclette si sono evolute per tentativi ed errori e all'inizio del 1900 sembravano più o meno le stesse di oggi.Pochissime persone hanno pensato in primo luogo a come e perché le biciclette funzionano.L'ingegnere scozzese William Rankine, che aveva dato importanti contributi alla teoria della macchina a vapore, fu il primo a menzionare il fenomeno del "controsterzo" nel 1869: un ciclista può girare a sinistra solo se prima gira brevemente il manubrio a destra, il che fa sì che la bici si pieghi leggermente a sinistra.La connessione tra inclinazione e controllo porta al mistero ancora più grande di come una bici senza pilota possa bilanciarsi.Se dai una spintarella a una bici senza pilota, oscillerà e si piegherà avanti e indietro, ma si riprenderà e proseguirà in avanti.Nel 1899, il matematico inglese Francis Whipple sviluppò uno dei primi e più duraturi modelli matematici della bicicletta.Ciò ha permesso di studiare l'auto-stabilizzazione.Whipple ha modellato una bicicletta con quattro oggetti rigidi: due ruote, un telaio con un ciclista e la forcella con il manubrio collegato da due assi e un perno.Solo la gravità agisce su queste parti.Dotato di dimensioni reali, il modello fornisce la sequenza di movimento per una bicicletta.Un ingegnere può ora utilizzare una tecnica chiamata analisi degli autovalori per studiare la stabilità della bicicletta.Con l'aiuto di tale analisi, nel 1910 i matematici Felix Klein e Fritz Noether e il fisico Arnold Sommerfeld studiarono l'influenza dell'effetto giroscopico – cioè la resistenza di una ruota rotante a un'inclinazione – sulla bicicletta.Spingendo una bicicletta a sinistra, la ruota anteriore ruota a sinistra, aiutando a raddrizzare la bicicletta.Tuttavia, nell'aprile del 1970, il chimico e scrittore scientifico David Jones ha eliminato questa teoria in un articolo su Physics Today.In esso, ha descritto come aveva guidato un certo numero di biciclette teoricamente non guidabili.Una di queste biciclette costruite da Jones aveva anche una ruota controrotante nella parte anteriore che compensava l'effetto giroscopico.Nonostante ciò, Jones è stato in grado di guidare questa bici a mani libere con facilità.Questo risultato ha portato Jones a cercare altre fonti di stabilità.Ha paragonato la ruota anteriore di una bicicletta alle ruote di un carrello della spesa, che ruotano per seguire il movimento del carrello: può agire come una ruota perché in genere tocca il suolo in un punto da due a quattro pollici dietro l'asse del manubrio si trova .Questa distanza viene definita "ritardo".Una bici con troppa pista è così stabile che sembra strano da guidare, dice Jones.Con caster negativo, invece, il pilota non ha alcuna possibilità: se lascia andare il manubrio, inevitabilmente cadrà.Jones ha concluso che quando una bicicletta inizia a ribaltarsi, l'effetto rullo guida la parte anteriore indietro sotto il peso che cade, mantenendo la bicicletta in posizione verticale.Per Jones, la pista delle ruote era l'unica spiegazione necessaria per la stabilità intrinseca di una bicicletta.Nelle sue memorie, pubblicate 40 anni dopo, annovera questa osservazione tra i suoi più grandi successi: "Ora sono il padre della moderna teoria della bicicletta".L'articolo di Jones del 1970 impressionò Jim Papadopoulos, allora un adolescente di Corvallis, nell'Oregon.Suo padre Michael, un matematico applicato dall'Inghilterra, trovò lavoro presso la Oregon State University nel 1967.Tuttavia, dopo aver protestato contro la guerra del Vietnam, gli è stato negato un posto permanente.Seguirono anni di battaglie legali con l'università, Michael Papadopoulos era disoccupato e la sua famiglia cercava rottami metallici nei bidoni della spazzatura.All'inizio del 1970, la madre di Jim si suicidò."Mentre stavo solo aprendo gli occhi e contemplando chi sono", ricorda Papadopoulos, "la mia famiglia è andata in pezzi".Le biciclette lo confortavano.Ha guidato per la città con la sua Peugeot AO8 e si è lasciato crescere i capelli fino alle spalle.Ha saltato la scuola e i suoi voti sono peggiorati.A 17 anni ha lasciato la scuola e la casa.Ma poco prima, un insegnante gli diede l'articolo di Jones.Papadopoulos ha trovato l'articolo accattivante, ma anche confuso."Devo imparare tutte queste cose", pensò.Trascorreva le estati a Berkeley, in California, leggendo un libro di testo sui metodi matematici per i fisici ogni volta che poteva perdere tempo.Ha poi lavorato in una fabbrica di compensato a Eugene, nell'Oregon, guadagnando abbastanza soldi per acquistare la leggendaria Schwinn Paramount, in cui ha corso ogni fine settimana.Nel 1973 ha lavorato per il costruttore di telai Harry Quinn a Liverpool, in Inghilterra, ma era così cattivo che Quinn gli ha chiesto di andarsene.Papadopoulos tornò in Oregon nel 1975.Dopo un anno alla Oregon State University, ha iniziato a studiare ingegneria meccanica presso il Massachusetts Institute of Technology.Ed era bravo in questo.La compagnia petrolifera Exxon ha sponsorizzato la sua tesi di dottorato nel campo della meccanica delle fratture.Il suo supervisore, Michael Cleary, era ottimista: "Penso che Jim diventerà un professore e speriamo che rimanga al MIT", ha detto a un giornalista per la rivista interna della Exxon.Ma Papadopoulos aveva altre idee.Aveva studiato il modello di Whipple e l'articolo di Jones.Uno stage lo ha portato all'US Geological Survey di Menlo Park, in California.E lì ha incontrato Andy Ruina.I due divennero subito amici.Quando Ruina ha ottenuto un lavoro alla Cornell University, ha assunto Papadopulos come post-dottorato con lui."Parlavamo sempre di bici. Ma all'inizio non mi rendevo conto che voleva farne qualcosa di serio", racconta Ruina.Alla fine, Papadopoulos ha convinto Ruina che i produttori di biciclette, come le compagnie petrolifere, potrebbero essere interessati a sponsorizzare la ricerca accademica.Ha iniziato a fare audizioni con i produttori di biciclette.Per $ 5.000 potrebbero diventare sponsor del "Cornell Bicycle Research Project" - un'impresa ambiziosa per studiare tutto ciò che ha a che fare con le biciclette, dalla forza delle ruote al guasto dei freni sotto la pioggia.Il primo obiettivo di Papadopoulos era capire cosa rende le biciclette diverse in stabilità.Si ritirò nel suo ufficio e esaminò 30 tentativi pubblicati di formulare l'equazione del moto di una bicicletta.Era sconvolto da quanto fosse pessima la ricerca, dice.Le equazioni sono state solo il primo passo per collegare la geometria del telaio della bici alla sua applicazione.Eppure ogni nuovo modello faceva poco o nessun riferimento al lavoro precedente.Molti modelli erano pieni di errori e difficili da confrontare tra loro.Papadopoulos ha dovuto ricominciare da capo.Dopo un anno di lavoro, era convinto di aver formulato una serie definitiva di equazioni per affrontare il problema.Ora le equazioni dovrebbero dargli delle risposte."Ho fissato le equazioni per ore cercando di capire cosa ne derivasse", ricorda il ricercatore.In primo luogo, ha riformulato le equazioni in termini di caster, che secondo Jones dovrebbe essere la variabile critica.Papadopoulos si aspettava che un caster negativo avrebbe portato a una bici instabile, ma i suoi calcoli hanno dato un risultato diverso.In un articolo che stava preparando in quel momento, ha abbozzato una bizzarra bici con un peso attaccato davanti al manubrio."Un centro di massa sufficientemente in avanti può compensare un caster leggermente negativo", ha scritto.Apparentemente, una singola variabile come caster non era sufficiente per determinare la stabilità.Questa scoperta significava che non esisteva una semplice regola pratica per decidere se una bicicletta fosse facile o difficile da guidare.Il caster può essere utile, così come l'effetto giroscopico.Ma anche la posizione del centro di massa è importante.Per Papadopoulos, questo è stato rivelatore.I primi costruttori di telai hanno inventato accidentalmente un design che funzionava bene e da allora quel design è stato utilizzato nel cosmo del ciclismo.Ma c'erano una moltitudine di geometrie non testate che potevano cambiare completamente il design delle biciclette.Dopo due anni, Ruina non poteva più sostenere Papadopoulos.Avevano ricevuto finanziamenti solo dal produttore di biciclette Murray e Dahon e Moulton, un produttore di biciclette a ruote piccole difficili da guidare a causa del loro design non convenzionale.Ruina ha scherzato sul fatto che il progetto potrebbe essere ribattezzato "progetto di ricerca sulla bicicletta pieghevole".Era umorismo da forca.Sebbene Papadopoulos abbia fatto progressi nella descrizione matematica del ciclismo, ha pubblicato un solo articolo sull'argomento come primo autore."Mi diverto di più a scoprire cose nuove ea elaborare i dettagli", sottolinea."Allora scrivere queste cose è noioso."Senza soldi e pubblicazioni, il suo tempo nella ricerca sulla bicicletta stava volgendo al termine.Nel 1989, ha caricato le sue biciclette su un camion in movimento e si è recato in Illinois, dove la sua allora moglie aveva un lavoro.Ha sopportato una serie di lavori di insegnamento e industriali.Nel tempo libero, ha fondato e ospitato la mailing list "Hardcore Bicycle Science" per i pazzi esploratori di biciclette.E ha costruito un'auto per uno show televisivo che poteva essere riposta in un paio di valigie.David Wilson, ricercatore del MIT e inventore di una delle prime biciclette reclinate moderne, ha invitato Papadopoulos nel 2001 a co-curare la terza edizione del libro "Bicycling Science".Papadopoulos all'epoca era sopraffatto da debiti e obblighi.Non è riuscito a inviare a Wilson il primo capitolo e ha interrotto i contatti e-mail con lui.Wilson si sentì tradito."È un ragazzo piuttosto brillante", dice, "ma ha sempre avuto problemi a portare a termine le cose".Papadopoulos afferma che, sebbene all'epoca avesse completato il lavoro, gli ci vollero due anni in più del previsto, anche a causa di un divorzio stressante.Nel frattempo, Ruina ha continuato alla Cornell University.Ha iniziato ad applicare ciò che aveva appreso sulle biciclette in un altro campo: la robotica.Se le biciclette mostrano una stabilità così elegante senza alcun sistema di controllo, ha ragionato, allora dovrebbe essere possibile costruire una semplice macchina da passeggio che possieda anche questa proprietà.Nel 1998, insieme a Martijn Wisse della Delft University of Technology nei Paesi Bassi, uno studente di Schwab, ha sviluppato una macchina a due gambe che poteva percorrere una leggera pendenza senza un motore.La macchina immagazzinava la sua energia nei bracci oscillanti.I ricercatori hanno aggiunto alcuni motori elettronici e sono finiti con un robot ad alta efficienza energetica in grado di camminare su superfici piane.Nel 2002 Schwab decise di trascorrere un anno di ricerca a Ruina ei due iniziarono a parlare del vecchio lavoro in bicicletta.Fu allora che Ruina chiamò Papadopoulos e lo finanziò per frequentare la Cornell University."Era la prima volta che incontravo questo genio", ricorda Schwab.Con più biciclette in circolazione che mai, Schwab ha ritenuto quasi inconcepibile che nessuno avesse pubblicato le corrette equazioni di moto per il ciclismo, per non parlare delle applicarle al design delle biciclette.Nel giro di un anno, insieme all'ingegnere Jaap Meijaard, ora all'Università di Twente nei Paesi Bassi, ha sviluppato le proprie equazioni - e le ha trovate in completo accordo con il lavoro di Papadopoulos.Schwab e Meijaard hanno presentato i loro risultati a una conferenza di ingegneria in Corea del Sud e alla fine li hanno pubblicati insieme a Ruina e Papadopoulos (PDF).La sfida ora era dimostrare che si trattava di qualcosa di più di un risultato matematico.Schwab e uno dei suoi studenti hanno trascorso un anno a costruire una bicicletta autostabilizzante con una piccola quantità di caster negativo.Sembrava un incrocio tra un monopattino e un'altalena, dotato di un peso davanti al manubrio e di una ruota ausiliaria controrotante per compensare l'effetto giroscopico.Un video lo mostra rotolare senza conducente, inclinandosi leggermente a destra, ma poi si raddrizza di nuovo.L'esperimento ha mostrato che Papadopoulos aveva ragione: una complessa interazione tra più fattori determina la stabilità di una bicicletta.Ma dopo aver atteso per tre decenni che le sue scoperte raggiungessero un pubblico più ampio, Papadopoulos si sente sobrio."Contrariamente alle nostre aspettative, non è cambiato nulla", afferma.I telai delle bici sono ancora gli stessi di un anno fa."Tutti sono ancora bloccati nel vecchio modo di pensare."Ma il lavoro del gruppo ha attirato altri ricercatori e ha generato abbastanza slancio per lanciare una conferenza annuale sulla dinamica di biciclette e motocicli nel 2010.L'evento riunisce hobbisti di tutto il mondo, alcuni dei quali costruiscono anche biciclette bizzarre, per testare i fondamenti del design delle biciclette.Uno degli organizzatori della conferenza di quest'anno, l'ingegnere Davis Jason Moore, dell'Università della California, ha tentato di esplorare la relazione tra la geometria del telaio della bicicletta e una misura oggettiva dell'idoneità alla guida di una bicicletta.Ispirato dalla ricerca militare che utilizza piloti di aeroplani, Moore ha sviluppato un modello di controllo umano della bicicletta eseguendo una serie di manovre di guida su una bicicletta, dotata di numerosi sensori che ne misuravano i movimenti di sterzata, beccheggio e velocità.Per sforzarsi di mantenere l'equilibrio con i movimenti dello sterzo e non con lo spostamento del peso corporeo, indossava una specie di armatura che lo fissava alla bici.I test hanno confermato l'ipotesi di lunga data che le bici più stabili siano più facili da guidare.Il processo fornisce anche ai produttori di cornici uno strumento per migliorare i loro progetti.Tuttavia, i test hanno anche rivelato un mistero: la forza richiesta per i movimenti dello sterzo era da due a tre volte maggiore di quanto previsto dal modello Whipple.Possibili cause potrebbero essere l'attrito e la deformazione dei pneumatici, che non vengono presi in considerazione nel modello, ma nessuno ne è abbastanza sicuro.Per ulteriori esperimenti, Moore e i suoi colleghi hanno costruito una bicicletta robotica in grado di bilanciarsi da sola."Con una bici robotica sono possibili molti esperimenti folli che metterebbero in pericolo un essere umano", dice.Ad esempio, in uno dei suoi primi esperimenti, Moore ha dovuto ritrovare l'equilibrio dopo essere stato colpito lateralmente con un bastone di legno.A differenza di molte altre bici robotiche senza conducente, il modello di Moore non utilizza giroscopi per il controllo dell'assetto, ma si basa esclusivamente sui movimenti dello sterzo.Moore ha ora inviato il robot della bicicletta a Schwab per ulteriori esperimenti.Schwab ora ha il laboratorio che Papadopoulos ha sempre sognato di avere e Papadopoulos è grato di far parte del lavoro."È la cosa più bella che si possa immaginare", dice entusiasta.I progetti di Schwab includono anche una bicicletta con sterzo elettrico, che gli consente di separare i movimenti di sterzo e bilanciamento, e una bicicletta con assistente allo sterzo che si stabilizza alle basse velocità.Ha anche sviluppato una ruota posteriore sterzante reclinabile che mostra auto-stabilità, in parte a causa di una ruota anteriore allargata che migliora l'effetto giroscopico.Il principale vantaggio di una recumbent con ruota posteriore sterzante è una catena più corta rispetto alle tradizionali recumbent, che consente un migliore trasferimento di energia."Le persone hanno già provato a costruire qualcosa del genere", dice Schwab, "ma le biciclette non potevano essere guidate".Potrebbe interessarti anche: Spectrum compact: 200 anni di biciclettaOra professore alla Northeastern University di Boston, Papadopoulos sta cercando di adattarsi di nuovo alla vita accademica.Collabora con altri ed esplora idee di vecchia data sul motivo per cui alcune bici oscillano alle alte velocità.Papadopoulos crede di poter eliminare questa oscillazione con un ammortizzatore nel reggisella che attenua le vibrazioni.Ma affronta anche nuove domande con i suoi nuovi colleghi e studenti, anche quelli che non hanno nulla a che fare con le biciclette.Nel suo seminterrato, Papadopoulos apre un cassetto in uno schedario e sfoglia le cartelle spiegazzate etichettate "Pressione dei pneumatici", "Biomeccanica" e "Cornell".Tira fuori un libro di testo."Esercizio di fisiologia? Non l'ho mai veramente esaminato", dice mentre lo mette da parte.In fondo al cassetto, si imbatte in una fitta cartella di idee per la ricerca sulla bicicletta, etichettata come "incompiuta".Papadopoulos ci pensa un secondo e poi corregge: "Per lo più incompiuto".Attendiamo con impazienza i vostri contributi ai nostri articoli e speriamo che vi divertiate a scambiare idee sul nostro sito web!Si prega di notare le nostre linee guida per i commenti.Si prega di presentare solo informazioni pertinenti sull'argomento dell'articolo in questione e utilizzare un tono rispettoso.La redazione si riserva il diritto di non pubblicare lettere e di modificare i tuoi commenti.Sfortunatamente, le lettere non possono essere sempre pubblicate immediatamente.Fornisci un nome e assegna sempre alle tue lettere un titolo significativo in modo che gli altri partecipanti possano fare facilmente riferimento ai tuoi contributi nelle discussioni online.Lettere selezionate possono essere pubblicate anche nelle nostre riviste cartacee e digitali senza una consultazione separata.Grazie mille!Rimani aggiornato con la nostra newsletter gratuita - cinque volte a settimana dal martedì al sabato!Puoi cancellarti dalla nostra newsletter in qualsiasi momento.Informazioni su come trattiamo i tuoi dati personali sono disponibili nella nostra dichiarazione sulla protezione dei dati.