Robert Sansone, de 17 años, nació para ser ingeniero. El inventor con sede en Fort Pierce, Florida, estima que ha completado al menos 60 proyectos de ingeniería en su tiempo libre, desde manos animatrónicas hasta botas para correr de alta velocidad. Sin embargo, es su último proyecto el que podría ser vital para nuestro futuro.
Hace un par de años, Sansone encontró un video sobre las ventajas y desventajas de los autos eléctricos. Como se explica en el video, los imanes de tierras raras son necesarios para la mayoría de los motores de automóviles eléctricos, y su extracción es perjudicial tanto para el medioambiente como para la economía. Un kilogramo de material de tierras raras puede costar cientos de dólares. El cobre, por otro lado, vale $7.83 por kilogramo.
“Tengo un interés natural en los motores eléctricos. Con ese problema de sostenibilidad, quería abordarlo e intentar diseñar un motor diferente”, dijo Sansone a los periodistas.
Un tipo de motor eléctrico conocido como motor de reluctancia síncrona no utiliza estos materiales de tierras raras. Sin embargo, estos motores se utilizan actualmente en bombas y ventiladores, y no son lo suficientemente potentes para impulsar vehículos eléctricos. Sansone comenzó a buscar una solución a este problema.
Heath Hofmann, profesor de ingeniería eléctrica e informática en la Universidad de Michigan , dice que los motores de imanes permanentes utilizan materiales como el neodimio, el samario y el disprosio, que son muy buscados porque se utilizan en muchos productos diferentes, incluidos auriculares y audífonos. Un destacado experto en vehículos eléctricos, Hofmann colaboró con Tesla en sus algoritmos de control de accionamiento de propulsión.
“La cantidad de aplicaciones que usan imanes parece ser cada vez más grande”, dice. «Muchos de los materiales se extraen en China, por lo que el precio a menudo puede depender de nuestro estado comercial con China». Hofmann agrega que Tesla recientemente comenzó a usar imanes permanentes en sus motores.
En el transcurso de un año, Sansone creó un prototipo novedoso de un motor de reluctancia síncrono que tenía una fuerza de rotación o un par y una eficiencia superiores a los existentes. El motor tomó 15 intentos para llegar a su estado actual. Las innovaciones en plástico impreso, cables de cobre y rotores de acero ayudaron a llevar el proyecto a la línea de meta.
Lo que midió fue notable. El nuevo diseño generaba un 40 % más de par y era mucho más eficiente que los motores eléctricos existentes. A 300 revoluciones por minuto (RPM), su motor tenía un 39 % más de par y un 31 % más de eficiencia. Su eficiencia aumentó en un 37% a 750 RPM
En comparación, el motor Model S de Tesla puede alcanzar las 18 000 RPM, explicó el diseñador principal de motores de Tesla, Konstantinos Laskaris, en una entrevista de 2016 con Christian Ruoff de la revista de vehículos eléctricos Charged.
En un experimento repetido, Sansone validó sus resultados, en los que «aisló el principio teórico bajo el cual el diseño novedoso crea prominencia magnética». Al eliminar todas las demás variables, este segundo experimento confirmó que las mejoras en el torque y la eficiencia estaban correlacionadas con la mayor relación de prominencia de su diseño.
“Definitivamente está viendo las cosas de la manera correcta”, dice Hofmann sobre Sansone. “Existe el potencial de que podría ser la próxima gran cosa”. Sin embargo, agrega que muchos profesores trabajan en investigación toda su vida, y es «bastante raro que terminen dominando el mundo».
Como validación, durante la Feria Internacional de Ciencias e Ingeniería de Regeneron (ISEF) de este año, la mayor competencia internacional STEM para escuelas secundarias, Sansone ganó el primer premio y $75,000 por su diseño de motor eléctrico.
Como estudiante de último año en Fort Pierce Central High School, Sansone sueña con asistir al Instituto de Tecnología de Massachusetts. Sus ganancias de ISEF se destinarán a la matrícula universitaria.
Por el momento, Sansone no tiene intención de acercarse a ninguna compañía de automóviles hasta después de su próxima fase de pruebas, pero espera que algún día su motor sea la elección de los vehículos eléctricos.