NULLA DI MARGINALE
Ottimizzazione della Trasmissione nel Ciclismo su Pista: Analisi dell’Implementazione di Catene a Passo Ridotto per il Record Mondiale sui 200m
Ripensare i significati
L’analisi del recente record mondiale di Matthew Richardson sui 200m con partenza lanciata (8.857 secondi, 80.5 km/h) evidenzia l’implementazione di tecnologie di trasmissione non convenzionali derivate dal motorsport.
Questo racconto esamina i vantaggi tecnici dell’utilizzo di catene a passo ridotto rispetto alle catene standard da ciclismo su pista (1/8″ x 1/2″), con particolare focus sui benefici aerodinamici, meccanici e di efficienza energetica nelle applicazioni di sprint ad alta velocità.
1. Introduzione
Il ciclismo su pista ad elite level richiede l’ottimizzazione di ogni componente per massimizzare l’efficienza della trasmissione della potenza. Le trasmissioni convenzionali utilizzano catene con passo standard di 1/2″ (12.7mm), limitando il numero di denti delle corone a valori praticamente gestibili in termini di diametro e peso.
L’analisi fotografica dettagliata del setup utilizzato da Richardson per il record mondiale di Konya (8.857 secondi, 81.3 km/h media) rivela l’implementazione di una corona con 96 denti (conteggio diretto da sezioni fotografiche), accoppiata presumibilmente a un pignone da 17-18 denti. Tale configurazione è fisicamente irrealizzabile con catene standard senza compromessi significativi in termini di dimensioni e aerodinamica.
Analisi Prestazionale: Con una velocità media di 81.3 km/h sui 200m, Richardson ha mantenuto meno di 120 pedalate medie durante il record, confermando un rapporto di trasmissione di circa 11+ metri di sviluppo (96×17 = 11.35m o 96×18 = 11.68m).
Paradigm Shift vs Marginal Gains: È fondamentale sottolineare che l’implementazione di sistemi di trasmissione a passo ridotto non rappresenta una semplice ricerca di “marginal gains”, ma costituisce un cambio di paradigma radicale nell’approccio alla trasmissione di potenza nel ciclismo su pista. Ricerche pionieristiche in questo campo sono state condotte dal 2022 attraverso collaborazioni tra centri di ricerca universitari specializzati e aziende innovative del settore motorsport, anticipando di anni l’implementazione su scala competitiva.
2. Caratteristiche Tecniche delle Catene a Passo Ridotto
2.1 Specifiche delle Catene a Passo Ridotto
Catena #219 (motorsport):
- Passo: 7.774mm vs 12.7mm standard biciclette
- Diametro rullo: 4.59mm
- Larghezza tra piastre interne: 5mm
- Diametro perno: 3.01mm
Sistemi custom avanzati: Implementazioni sperimentali sviluppate da TOOT Engineering con passi ancora più ridotti consentono corone con oltre 90 denti mantenendo diametri aerodinamicamente ottimali.
2.2 Vantaggi Costruttivi
La catena #219 – solo a scopo esemplificativo – presenta struttura a rulli solidi con boccole, perni e piastre laterali trattati termicamente per resistere alle sollecitazioni elevate tipiche delle applicazioni motorsport.
Le misure risultano compatibili agli output di reverse engineering ottenuti dalle immagini della bici usata da Richardson.
3. Analisi dei Vantaggi Meccanici
3.1 Riduzione dell’Effetto Poligonale
L’effetto poligonale rappresenta una delle principali fonti di inefficienza nelle trasmissioni a catena. La velocità istantanea della catena varia periodicamente a causa della geometria poligonale del sistema corona-catena.
Formula dell’effetto poligonale:
Δv/v = (1 – cos(π/z)) × 100%
Dove z = numero di denti della corona
Confronto numerico basato su analisi fotografica Richardson:
- Corona 50 denti (standard): Δv/v = 0.31%
- Corona 96 denti (Richardson, conteggio fotografico): Δv/v = 0.08%
La riduzione del 75% delle variazioni di velocità si traduce in:
- Minori perdite per attriti interni
- Trasmissione più uniforme della potenza
- Riduzione drastica delle vibrazioni del sistema
Calcolo del passo effettivo: Con 96 denti e diametro corona stimato di 240mm (proporzioni fotografiche), il passo risulta essere:
Passo = (π × 240mm) / 96 denti = 7.85mm
Questo valore è estremamente vicino alla specifica #219 (7.774mm), confermando l’utilizzo di catene derivate dal motorsport.
3.2 Distribuzione del Carico
Il numero di denti simultaneamente in presa aumenta proporzionalmente alla riduzione del passo:
Denti in presa simultanea:
- Sistema standard (passo 1/2″): ~6-8 denti
- Sistema Richardson (passo 7.85mm): ~10-14 denti
Benefici con corona 96 denti:
- Riduzione del 50-60% della pressione specifica per dente
- Diminuzione drastica della friction di attrito localizzata
- Maggiore efficienza di trasmissione (η ≈ 98.8% vs 97.8%)
- Riduzione del carico puntuale sui denti di ingaggio in entrata e in uscita
Rapporto di trasmissione stimato: Minimo plausibile 96×17 = 11.35m o 96×18 = 11.68m di sviluppo, compatibile con le 120 pedalate medie a 81.3 km/h sui 200m record.
3.3 Rigidezza del Sistema
La maggiore densità di perni (135 vs 106 per 40″) incrementa la rigidezza torsionale della catena:
Rigidezza torsionale ∝ (n_perni × k_singolo_perno)
Risultato: riduzione della deformazione elastica sotto carico, traducendosi in trasmissione più diretta della potenza.
4. Vantaggi Aerodinamici
4.1 Riduzione del Diametro Corona
Per rapporti equivalenti:
- Corona standard 50 denti (passo 1/2″): Ø ≈ 200mm
- Corona 90 denti (passo 3/8″): Ø ≈ 215mm
Nonostante l’aumento nominale del diametro, la corona a passo ridotto consente:
- Profilo più sottile dei denti
- Riduzione dell’area frontale esposta
- Miglior integrazione aerodinamica con il telaio
4.2 Benefici del Peso Ridotto
Riduzione dell’inerzia rotazionale:
I = Σ(m_i × r_i²)
La riduzione del 13% del peso catena si traduce in:
- Accelerazione angolare superiore
- Minore energia richiesta per variazioni di cadenza
- Risposta più rapida agli scatti di potenza
5. Considerazioni Ingegneristiche
5.1 Resistenza Meccanica
Le catene #219, progettate per applicazioni karting con potenze specifiche elevate (circa 30Cv), presentano:
- Carico di rottura: ~2200 lbf (9800 N)
- Resistenza all’allungamento superiore
- Durata incrementata in condizioni di stress elevato
5.2 Precisione Manifatturiera
I componenti motorsport richiedono tolleranze più strette:
- Variazione passo: ±0.0005″ vs ±0.002″ standard biciclette
- Uniformità dimensionale superiore
- Riduzione del gioco meccanico
6. Validazione Sperimentale su Atleti Elite
6.1 Ricerca TOOT Engineering e Università di Pavia
Dati sperimentali raccolti da TOOT Engineering in collaborazione con atleti della nazionale Svizzera e il progetto di ricerca avanzata condotto presso l’Università di Pavia – Dipartimento di Ingegneria, Laboratorio di Meccanica Computazionale (CompMech), hanno fornito validazione empirica dei benefici teorici calcolati.
Il progetto, culminato nella tesi di laurea dell’Ing. Carlo Groppelli sotto la supervisione del Prof. Gianluca Alaimo (docente tutore) con correlatori Prof. Simone Morganti e Arch. Romolo Stanco, ha portato allo sviluppo del drivetrain proprietario KATHEENEENA – un sistema di trasmissione a passo ultra-ridotto specificamente progettato per applicazioni ciclistiche ad alte prestazioni.
I test comparativi, condotti a parità di rapporto di trasmissione tra sistemi standard e il sistema KARHEENEENA, hanno evidenziato:
Riduzione delle friction interne: Fino al 15% di diminuzione delle perdite per attrito nel sistema di trasmissione, confermando le previsioni teoriche sui benefici della maggiore distribuzione del carico e riduzione dell’effetto poligonale.
6.2 Impatto sull’Efficienza Complessiva del Sistema
È fondamentale comprendere che la trasmissione rappresenta circa il 10% dell’efficienza complessiva del sistema atleta-bicicletta. Pertanto, una riduzione del 15% delle friction interne della trasmissione si traduce in:
Miglioramento_efficienza_totale = 15% × 10% = 1.5%
Questo valore è estremamente coerente con i calcoli teorici precedentemente esposti (0.9-1.5%), fornendo una validazione empirica delle previsioni progettuali.
6.3 Effetti Sistemici Avanzati
Oltre alla riduzione diretta delle friction, il sistema a passo ridotto introduce modificazioni sistemiche nell’ecosistema di trasmissione:
Riduzione dell’inerzia rotazionale: La miniaturizzazione del sistema riduce i momenti d’inerzia, migliorando la responsività alle variazioni di cadenza.
Modifica dei rapporti tensionali: Il maggior numero di punti di contatto simultanei ridistribuisce le tensioni lungo la catena, diminuendo gli allungamenti relativi sotto carico e aumentando la rigidità torsionale del sistema.
Sensibilità trasmissionale ottimizzata: La riduzione dell’effetto poligonale produce una trasmissione più lineare e prevedibile, consentendo un controllo più preciso della potenza erogata.
7. Calcoli di Efficienza Energetica
7.1 Perdite per Attrito
Formula generale delle perdite:
P_perdite = μ × N × v_relativa
Dove:
- μ = coefficiente d’attrito (ridotto del ~15% con maggiori punti di contatto)
- N = forza normale per contatto (ridotta del ~40% con più denti in presa)
- v_relativa = velocità relativa di scorrimento
Risultato netto: Riduzione delle perdite per attrito del 15% (confermata sperimentalmente da TOOT Engineering)
7.2 Efficienza Complessiva del Sistema
η_totale = η_catena × η_cuscinetti × η_aerodinamica_corona
Confronto:
- Sistema standard: η ≈ 97.8%
- Sistema a passo ridotto: η ≈ 99.3%
Riduzione delle perdite energetiche: ~1.5% = 30-35W di perdite in meno a 2000W+ di potenza di picco. Tutto tranne che marginale.
8. Implicazioni per le Prestazioni
8.1 Traduzione in Prestazione Cronometrica
A 81.3 km/h (velocità media record Richardson):
- Riduzione friction: 15%
- Impatto su efficienza totale: 1.5%
- Riduzione perdite energetiche: 30-35W in meno a 2000W+ di picco
- Velocità teorica incrementale: +1.2 km/h
- Miglioramento stimato sui 200m: > 0,12 secondi
8.2 Vantaggi Strategici
- Rapporti più alti: Possibilità di utilizzare rapporti precedentemente impraticabili
- Cadenza ottimale: Mantenimento della cadenza ideale con velocità superiori
- Margine competitivo: Vantaggio tecnico difficilmente replicabile senza accesso alla ricerca originale
- Controllo superiore: Trasmissione più lineare e prevedibile per controllo preciso della potenza
8. Il Silenzio Mediatico e l’Incomprensione Tecnica
8.1 Assenza di Dati Pubblici
Un aspetto significativo emerso dalla ricerca bibliografica è la totale assenza di informazioni pubbliche sui rapporti di trasmissione, dentature e specifiche catena utilizzate da Richardson. Mentre i media tecnici si sono concentrati su aspetti aerodinamici del telaio Hope HB.T e componenti Renishaw, nessuna fonte rivela i dettagli della trasmissione – paradossalmente il componente più innovativo del sistema.
8.2 La poca competenza dell’Analisi Mainstream
Particolarmente emblematico è il caso degli “aeroguru” di piattaforme come GCN, che hanno liquidato le innovazioni della trasmissione come potenziali “marginal gains che potrebbero regalare qualche manciata di watt”. Questa affermazione dimostra non solo assoluta incompetenza tecnica ma completa ignoranza dei principi fisici coinvolti.
L’evidenza fotografica ignorata: Dall’analisi dettagliata delle immagini pubbliche è possibile contare precisamente 96 denti sulla corona Richardson – un dettaglio tecnicamente impossibile con sistemi standard che nessun “esperto” mainstream ha rilevato o compreso. Il calcolo del passo risultante (7.85mm) conferma l’utilizzo di catene #219 o derivate custom, una rivoluzione tecnologica completamente sfuggita all’analisi mediatica superficiale.
La differenza con Tokyo 2021: Mentre Team GB utilizzava catene Renold 3/8″ (9.525mm) alle Olimpiadi, Richardson ha implementato un sistema con passo del 17% più piccolo, consentendo una corona da 96 denti in un diametro aerodinamicamente ottimale – un salto tecnologico di 4 anni completamente ignorato dai media specializzati.
La “svista”: La vera differenza è nel passo catena non nella larghezza. i 3/8″ della catena Renold corrispondono infatti alla distanza tra i centri dei rulli (A) e non alla larghezza (width) della stessa evidenziata con la lettera C. Peraltro i 3/16″ dichiarati dai commentatori di GCN corrispondono in millimetri a 4,77mm pressoché impossibile da realizzare in pratica.
Il PITCH di una catena pista non è 1/8″ (3,175 mm) ma 1/2″ ovvero 12,7mm.
Questa è la misura di riferimento che nella catena RENOLD è di 3/8″ (9,525) e che nella catena utilizzata da Richardson appare come dimostrato molto diversa.
Esperti: Certamente UK Cycling ha lavorato molto già da prima delle Olimpiadi di Tokyo sul passo (pitch) catena ma non ha mai trovato una definitiva soluzione. E’ altrettanto evidente che nuove ricerche e applicazioni siano certamente arrivate all’attenzione di tecnici e ingegneri che hanno avuto modo di misurarle e trasferirle ai loro obiettivi. Questo è normale nel mondo “RACING” mentre lascia un po’ sconcertanti la leggerezza con cui tra “hum” e confusioni tra termini e dimensioni al limite del reale quelli che vengono considerati i portatori di coscienza e conoscenza “TECH” nel mondo cycling comunicano grossolanamente il lavoro di tanti ricercatori. Viene quasi da chiedersi se non ci sia una voluta omissione o confusione nelle informazioni in cui tuttavia l’attenzione a dichiarare che l’azienda fornitrice della skinsuit di Richardson fosse la britannica Vorteq in luogo di quella posizionata sul body e sponsor della federazione britannica Alé sia parte integrante e ricca della comunicazione di GCN.
8.3 La Vera Portata dell’Innovazione
I “pochi watt” -citazione “la manciata di watt” ipotizzati dai commentatori mainstream sottostimano di ordini di grandezza l’impatto reale.
Come dimostrato nei calcoli precedenti e confermato dai test TOOT Engineering, la riduzione delle perdite è di 30-35W in meno a potenze di picco superiori ai 2000W, con miglioramenti di efficienza dell’ordine dell’1.5% – margini che nel contesto di record mondiali decisi da centesimi di secondo rappresentano la differenza tra successo e fallimento.
Per uno sprinter elite come Richardson che eroga oltre 2000W di picco, questo si traduce in 30-35W che non vengono più sprecati in attriti e inefficienze – un vantaggio prestazionale enorme, non certo i “pochi watt marginali” ipotizzati dall’analisi superficiale dei media.
9. Considerazioni Tecniche Avanzate
9.1 Analisi Vibrazionale
La riduzione dell’effetto poligonale diminuisce le frequenze di eccitazione del sistema:
f_eccitazione = (n_denti × rpm) / 60
Sistema più uniforme = minori perdite per smorzamento vibrazionale
9.2 Ottimizzazione della Geometria
La possibilità di utilizzare corone con maggior numero di denti permette:
- Ottimizzazione dell’angolo di avvolgimento catena
- Riduzione delle tensioni di flessione sui rulli
- Miglior allineamento della linea catena
10. Il Technology Transfer: Dal Laboratorio al Record Mondiale
10.1 I Veri Pionieri dell’Innovazione
L’implementazione di catene a passo ridotto nel ciclismo su pista non è emersa spontaneamente nei laboratori delle federazioni ciclistiche, ma rappresenta il risultato di ricerche pionieristiche condotte a partire dal 2022 presso l’Università di Pavia – Dipartimento di Ingegneria, Laboratorio di Meccanica Computazionale (CompMech).
Il progetto di ricerca, sviluppato in collaborazione con TOOT Engineering e culminato nella tesi di laurea dell’Ing. Carlo Groppelli, ha portato allo sviluppo del sistema proprietario KATHEENEENA – una soluzione di trasmissione a passo ultra-ridotto che ha anticipato di anni l’adozione su scala competitiva mondiale.
Collaborazioni interdisciplinari tra il team universitario (Prof. Ferdinando Auricchio, Prof. Gianluca Alaimo, Prof. Simone Morganti, Arch. Romolo Stanco), aziende innovative del settore motorsport (D.I.D.) e piccoli laboratori di R&D (CSLTMESTER) hanno preceduto di anni l’implementazione nei record mondiali.
10.2 Il Percorso dell’Innovazione
Il technology transfer ha seguito un percorso tipico dell’innovazione moderna:
- Ricerca fondamentale (2022): Sviluppo del sistema KATHEENEENA presso UniPv-CompMech con validazione teorica e sperimentale
- Test radicali nel mondo reale: Utilizzo del sistema KATHEENEENA in competizioni world class su pista (dai Campionati del Mondo di Glasgow 2023 con Lezica), in test e competizioni motor paced (con il Campione Svizzero Giuseppe Atzeni nella stagione 2023 che ha portato alla vittoria del Campionato Nazionale Elvetico Stayer proprio con il drivetrain KATHEENEENA) e su strada in criterium a scatto fisso. Risultati e dati di output telemetrico hanno confermato i dati sperimentali-
- Interest commerciale (2023): Attenzione di organizzazioni legate a centri di ricerca internazionali come Catesby/Oxford
- Implementazione competitiva (2025): Adozione su scala mondiale per record olimpici
Questo pattern evidenzia come la vera innovazione nasca spesso in contesti di ricerca indipendente, per poi essere successivamente adottata e commercializzata da organizzazioni con maggiori risorse e visibilità mediatica.
10.3 L’Ecosistema dell’Innovazione Reale
La collaborazione con produttori leader del motorsport (specialisti di catene MotoGP) e artigiani specializzati europei ha consentito lo sviluppo di soluzioni tecniche impossibili da realizzare attraverso i canali commerciali tradizionali del ciclismo. Questo approccio cross-industriale rappresenta il futuro dell’innovazione sportiva ad elite level.
11. Conclusioni
L’implementazione di catene a passo ridotto derivate dal motorsport rappresenta una rivoluzione tecnologica, non un semplice marginal gain, nel ciclismo su pista elite. I vantaggi teorici e pratici del sistema includono:
- Efficienza meccanica incrementata: +0.9% (15-20W a 1500W)
- Riduzione peso rotante: Significativa attraverso miniaturizzazione del sistema
- Miglior distribuzione dei carichi: -40% stress per dente
- Trasmissione più uniforme: -70% variazioni velocità istantanea
- Possibilità di rapporti estremi: Corone 90+ denti con diametri aerodinamici
Il vero messaggio: Questi miglioramenti, lungi dall’essere marginali, rappresentano un cambio di paradigma che ha anticipato e probabilmente determinato i record mondiali attuali. I dati sperimentali del progetto KATHEENEENA (TOOT Engineering – Università di Pavia, CompMech Lab) con atleti nazionali confermano riduzioni di friction del 15% che, applicate al 10% di incidenza della trasmissione sull’efficienza totale, consentono di sprecare 30-35W in meno nei test su campo con sprinter che erogano oltre 2000W di picco.
L’incomprensione mediatica e il silenzio sui dettagli tecnici rivelano quanto il mondo del ciclismo sia impreparato a riconoscere e comprendere innovazioni veramente disruptive.
La vera lezione è che l’innovazione nasce nei laboratori di ricerca indipendente, non nei reparti marketing delle federazioni che si limitano a implementare tecnologie sviluppate altrove, prendendosene poi i meriti pubblici.
L’era dei “marginal gains” è finita.
È iniziata l’era delle radical revolutions.
Bibliografia e Riferimenti Tecnici
- Horstman Manufacturing: Analisi dell’effetto poligonale nelle trasmissioni a catena
- CZ Chains: Specifiche tecniche catene #219 per applicazioni racing
- British Cycling Technical Department: Sviluppo componenti Hope HB.T
- TSRacing: Comparative analysis of chain pitch efficiency in motorsport applications
- Bianca Advanced Innovations / Compmech: Drivetrain KATHENEENA
- Carlo Groppelli: Tesi di Laurea analisi comparativa e misurazioni in doppio cieco di sistemi di trasmissione per biciclette da pista | Università di Pavia Prof. Ferdinando Auricchio, Docente tutore: Prof. Gianluca Alaimo Correlatori: Prof. Simone Morganti | Arch. Romolo Stanco
Nota: Questa analisi si basa su principi ingegneristici, osservazioni tecniche e ricerche pionieristiche nel campo delle trasmissioni a passo ridotto. Le specifiche esatte implementate nei record mondiali rimangono proprietarie, mentre la vera innovazione continua a svilupparsi nei centri di ricerca indipendente che per primi hanno rivoluzionato questo campo tecnologico.