Storia dello Shinkansen e del martin pescatore che gli insegnò a correre più velocemente

Se siete mai stati in Giappone o avete visto qualche video che mostra le bellezze del Paese, a parte Tokyo, Kyoto, il monte Fuji e un altro paio di luoghi, c’è una cosa che compare sempre: è il treno ad alta velocità Shinkansen. Il nome è una parola composta giapponese che letteralmente significa “nuova linea princiale“, per indicare che questo treno è stato costruito dopo la guerra usando un tipo di binari diversi da quelli a scartamento ridotto tipici da sempre delle ferrovie giapponesi.

In tutto il mondo oggi i treni ad alta velocità vengono chiamati più comunemente “bullet train” o “treni proiettile”. In Giappone, come vedremo tra un attimo, ci sono dagli anni Sessanta, ma solo più di recente hanno avuto un grosso problema. Un problema che ha trovato una risposta davvero singolare.

Il problema del boom sonico

Alla fine degli anni Novanta, i treni proiettile giapponesi affrontavano infatti un ostacolo apparentemente insormontabile. Ogni volta che un treno usciva da un tunnel alla velocità di 300 km/h, produceva un “boom sonico” così forte da sentirsi fino a 400 metri di distanza. I residenti vicino ai tunnel protestavano per il rumore assordante che disturbava la loro tranquillità e svegliava chi stava riposando. Per un paese molto attento alla privacy di tutti, era un problema insopportabile, che andava risolto quanto prima. Così, l’azienda ferroviaria giapponese formò un team di ingegneri per eliminare alla radice il problema. E fu qui che entrò in scena Eiji Nakatsu, direttore generale del dipartimento di sviluppo tecnico.

Nakatsu non era solo un brillante ingegnere, ma anche un appassionato birdwatcher e membro attivo della Wild Bird Society of Japan. Quando un giovane ingegnere del suo team osservò che il treno sembrava “restringersi”, subire cioè una compressione meccanica quando entrava nel tunnel a causa del brusco cambiamento della resistenza dell’aria, Nakatsu ebbe un’illuminazione. Si chiese: “Esiste un essere vivente che affronta quotidianamente cambiamenti improvvisi di resistenza dell’aria come parte della sua vita?” La risposta era proprio davanti ai suoi occhi durante le sue gite di birdwatching: il martin pescatore.

Questo uccello colorato è capace di tuffarsi dall’aria (bassa resistenza) all’acqua (alta resistenza) a velocità fino a 40 km/h senza quasi produrre schizzi, che in un fluido sono equivalenti alle perturbazioni delle onde sonore. Il segreto di questa abilità risiede nel becco lungo, appuntito e a forma di cuneo del martin pescatore. Nakatsu intuì che la forma aerodinamica del becco poteva essere la soluzione perfetta per il problema dei treni Shinkansen.

La scienza dietro la forma

Il team di ingegneri condusse test approfonditi, misurando le onde di pressione generate da proiettili di varie forme sparati in un tubo. I dati risultanti mostrarono che la forma ideale per la parte anteriore dello Shinkansen era praticamente identica al becco del martin pescatore. Utilizzando questa informazione, progettarono la nuova serie di treni modellandola proprio su quella forma. Il nuovo design non solo ridusse drasticamente il rumore del boom del tunnel, ma portò anche una serie di benefici immediati e inaspettati.

La nuova Serie 500 Shinkansen riduceva del 30% la resistenza dell’aria rispetto al modello precedente, permettendo di viaggiare a velocità superiori mantenendo lo standard di 70 decibel. In una corsa reale alla velocità massima di 270 km/h, il design mostrò una diminuzione del 13% della potenza necessaria rispetto alla serie 300 precedente. Il 22 marzo 1997, il treno Shinkansen Serie 500 entrò in servizio commerciale, stabilendo un record mondiale di velocità: poteva correre fino a 300 km/h e accorciò il tempo di percorrenza tra Shin-Osaka e Hakata di 15 minuti. Ecco un treno che necessitava di meno energia, consumava meno, era più economico, più veloce, più pulito e più silenzioso.

Un’eredità duratura

Il design ispirato al martin pescatore rappresenta un esempio perfetto di biomimetica, il caso in cui osserviamo le strutture e i sistemi degli organismi della natura per imitare strategie e risolvere sfide progettuali. La natura aveva creato il martin pescatore, Nakatsu doveva progettare un treno che potesse adattarsi a improvvisi cambiamenti di resistenza dell’aria, e quindi ha imitato il becco del martin pescatore per lanciare un design che non solo ha risolto un grande problema dei treni Shinkansen, ma ha cambiato per sempre il modo in cui vengono progettati i treni ad alta velocità in Giappone.

Tuttavia, lo Shinkansen è molto più di un treno con un muso ispirato a un uccello. Dalla sua introduzione nel 1964, questo sistema ferroviario rappresenta un pilastro fondamentale della mobilità giapponese, con una puntualità leggendaria (un ritardo medio di appena 24 secondi) e un record di sicurezza impressionante: zero vittime in incidenti in quasi 60 anni di servizio. Collega le principali città dell’arcipelago con un servizio frequente che ha trasformato radicalmente l’economia e la società giapponese, riducendo distanze e permettendo la nascita di un modello di pendolarismo a lunga distanza unico al mondo.

Il successo dei treni proiettile giapponesi non si deve solo alla loro velocità o al design ispirato dalla natura, ma anche all’integrazione con l’intero sistema di trasporto. Le stazioni Shinkansen sono pensate come hub intermodali perfettamente collegati con metro, bus e altri servizi ferroviari, creando un’esperienza di viaggio fluida e senza interruzioni per milioni di passeggeri ogni giorno.

Le fondamenta del successo

La genesi dello Shinkansen risale ben prima dell’intuizione del martin pescatore, all’epoca in cui ingegneri visionari come Hideo Shima posarono le basi di questa rivoluzione ferroviaria. Shima intuì che per superare i limiti delle linee tradizionali a scartamento ridotto, era necessario costruire una rete completamente nuova a scartamento standard che permettesse maggiore stabilità e velocità. Le sue intuizioni tecniche, come l’adozione della trazione distribuita con ogni asse motorizzato anziché locomotive separate, furono rivoluzionarie e ancora oggi costituiscono il fondamento del sistema.

Treni ad Alta Velocità nel Mondo

Quando il primo Shinkansen iniziò a operare nell’ottobre del 1964, in coincidenza con le Olimpiadi di Tokyo, ridusse il tempo di viaggio tra Tokyo e Osaka (circa 550 chilometri, un po’ di più dei 478 per fare Roma-Milano in treno) da 6 ore e 40 minuti a solo 4 ore, successivamente abbassate a 3 ore e 10 minuti. Questo cambiamento radicale permise per la prima volta di effettuare viaggi di andata e ritorno in giornata tra le due metropoli più grandi del Giappone, modificando profondamente stili di vita e abitudini lavorative. Con oltre 10 miliardi di passeggeri trasportati in sicurezza nei suoi 60 e più anni di storia, lo Shinkansen ha dimostrato che l’alta velocità ferroviaria può essere una valida alternativa al trasporto aereo per distanze fino a 750 km.

Il modello globale

L’influenza dello Shinkansen si estende ben oltre i confini giapponesi, avendo ispirato sistemi di alta velocità in tutto il mondo. La Cina, con la sua vastissima rete ad alta velocità, Taiwan con i suoi treni 700T basati sul modello giapponese, e persino il TGV francese hanno attinto all’esperienza nipponica. La tecnologia dei treni proiettile è stata esportata e adattata in vari paesi, con progetti in corso anche in India e Stati Uniti.

Ma forse la lezione più importante del martin pescatore e dello Shinkansen va oltre la tecnologia ferroviaria. Ci insegna che le soluzioni ai problemi più complessi possono trovarsi nell’osservazione attenta della natura, che ha perfezionato le sue “tecnologie” attraverso milioni di anni di evoluzione. In un’epoca in cui affrontiamo sfide ingegneristiche sempre più complesse legate alla sostenibilità, il matrimonio tra biomimetica e trasporti rappresenta una direzione promettente che unisce innovazione tecnologica e rispetto per l’ambiente.