Estamos viendo un cambio transformador en los sectores de propulsión y energía. La aviación y la generación de energía han traído enormes beneficios:conectan a personas de todo el mundo y brindan seguridad, electricidad confiable a miles de millones, pero ahora se necesita con urgencia reducir sus emisiones de carbono.

La electrificación es una forma de descarbonizar, ciertamente para aviones pequeños y medianos. De hecho, más de 70 empresas están planeando un primer vuelo de vehículos aéreos eléctricos para 2024. Para aviones grandes, actualmente no existe ninguna alternativa al motor a reacción, pero arquitecturas aeronáuticas nuevas y radicales, como los desarrollados por Cambridge-MIT Silent Aircraft Initiative y el proyecto NASA N + 3, mostrar la posibilidad de reducir el CO ₂ emisiones en alrededor del 70 por ciento.

Un hilo común en estas tecnologías y las necesarias para la energía renovable es su dependencia de la eficiencia, turbomáquinas confiables:una tecnología que ha sido fundamental para nuestro trabajo durante los últimos 50 años. Actualmente estamos trabajando en aplicaciones que incluyen el desarrollo de aviones eléctricos e híbridos-eléctricos, la generación de energía a partir de las mareas y el calor de baja intensidad, como la energía solar, y motores a base de hidrógeno.

También estamos trabajando en tecnologías existentes como una forma de reducir las emisiones de carbono, como turbinas de viento, y el desarrollo de la próxima generación de motores a reacción, como el motor UltraFan de Rolls-Royce, que permitirá CO ₂ reducciones de emisiones del 25 por ciento para 2025. Un gran ejemplo es la investigación del Dr. Chez Hall sobre un posible reemplazo del 737. Esta arquitectura de aeronave futurista implica un sistema de propulsión eléctrica integrado en el fuselaje de la aeronave, permitiendo hasta un 15 por ciento de reducción en el consumo de combustible.

Un elemento clave para enfrentar el desafío de la descarbonización es acelerar el desarrollo tecnológico. Y entonces, En los últimos cinco años, nuestro enfoque principal ha sido el proceso en sí mismo; nos hemos estado preguntando "¿Podemos desarrollar tecnología más rápido y más barato?" La respuesta es sí, al menos 10 veces más rápido y 10 veces más barato. Nuestra solución es fusionar los sistemas físicos y digitales involucrados. En 2017, Realizamos una prueba pionera de un nuevo método de desarrollo tecnológico. Un equipo de investigadores académicos y diseñadores industriales se integraron en el Whittle y se les dieron cuatro tecnologías para desarrollar.

Los resultados fueron asombrosos. En 2005, una prueba similar le llevó al Whittle dos años. En 2017, los métodos de prueba ágiles tardaron menos de una semana, demostrando un desarrollo tecnológico cien veces más rápido.

Lo describimos como "apretar el círculo" entre el diseño, fabricación y prueba. Los tiempos de diseño de las nuevas tecnologías se han reducido de aproximadamente un mes a uno o dos días mediante el uso de sistemas de diseño aumentados y basados ​​en aprendizaje automático. Estos hacen uso de software de simulación de flujo interno que se acelera mediante tarjetas gráficas desarrolladas para la industria de los juegos de computadora.

Los tiempos de fabricación de las nuevas tecnologías se han reducido de dos o tres meses a dos o tres días al vincular directamente los sistemas de diseño a las filas de herramientas de mecanizado rápido e impresión 3D internas. en lugar de depender de proveedores externos. Los diseñadores ahora pueden probar nuevos conceptos en forma física poco después de concebir una idea.

Los tiempos de prueba se han reducido de alrededor de dos meses a unos pocos días mediante la realización de un "análisis de flujo de valor" del proceso experimental. Se analizó cada operación secuencial, permitiéndonos eliminar más del 95 por ciento de las tareas, produciendo un proceso mucho más ágil de montaje y desmontaje. Los resultados de las pruebas se retroalimentan automáticamente al sistema de diseño aumentado, permitiéndole aprender tanto de los datos digitales como de los físicos.

Hay una escala de tiempo humana natural de aproximadamente una semana en la que si pasas de la idea al resultado, entonces tienes un círculo virtuoso entre la comprensión y la inspiración. Hemos descubierto que cuando la escala de tiempo de desarrollo de la tecnología se acerca a la escala de tiempo humana, como ocurre en nuestro proceso más ágil, la innovación explota.

El Laboratorio New Whittle albergará el Centro Nacional de Propulsión y Energía, que se inaugurará en 2022 con financiación del Instituto de Tecnología Aeroespacial. Un bien nacional, El Centro está diseñado para combinar una versión ampliada de la capacidad de prueba ágil con la capacidad de fabricación de vanguardia para cubrir alrededor del 80 por ciento de las futuras necesidades de tecnología aerodinámica del Reino Unido.

La clave del éxito del Laboratorio Whittle han sido sus sólidas asociaciones industriales, con Rolls-Royce, Mitsubishi Heavy Industries y Siemens durante más de 50 años, y con Dyson durante unos cinco años. Por lo tanto, otro componente del nuevo desarrollo será un "Espacio de desafío de propulsión y potencia". Aquí, equipos de toda la Universidad se ubicarán conjuntamente con la industria para desarrollar las tecnologías necesarias para descarbonizar los sectores de propulsión y energía.

La duración y la profundidad de estas asociaciones tienen muchos beneficios. Han permitido que la estrategia tecnológica se comparta al más alto nivel, y nuevos proyectos que se iniciarán rápidamente, sin necesidad de abogados contractuales. Los equipos conjuntos de transferencia de tecnología académica-industrial se mueven sin problemas entre la industria y la academia, asegurando que las tecnologías se transfieran con éxito al producto.

Más importante, las asociaciones proporcionan una fuente de proyectos de investigación "reales" de alto impacto. Son estas asociaciones industriales a largo plazo las que han convertido a Whittle en el laboratorio de investigación de potencia y propulsión con más éxito académico del mundo.

Estamos en un momento crucial, en términos de la historia de Cambridge de desarrollo de tecnología líder en propulsión y potencia, y la necesidad de la humanidad de descarbonizar estos sectores. Hace solo 50 años, en la inauguración del Laboratorio Whittle original, la investigación y la industria se enfrentaron al desafío de hacer realidad los viajes aéreos masivos. Ahora, el Laboratorio New Whittle nos permitirá liderar el camino para hacerlo ecológico.

Una respuesta audaz al mayor desafío del mundo

La Universidad de Cambridge se basa en sus investigaciones existentes y lanza una nueva y ambiciosa iniciativa sobre medio ambiente y cambio climático. Cambridge Zero no se trata solo de desarrollar tecnologías más ecológicas. Aprovechará todo el poder de la experiencia en investigación y políticas de la Universidad, desarrollar soluciones que funcionen para nuestras vidas, nuestra sociedad y nuestra biosfera.