Các đoàn tàu trên đệm từ trường Maglev phần lớn chỉ giới hạn trong những dự án phù hợp ở Trung Quốc. Hyperloop (tàu đệm không khí cảm ứng điện từ trường) vẫn là một tia hy vọng yếu ớt chưa được chứng minh trong mắt Elon Musk và Richard Branson.

Những dự án như HS2 có thể mang lại những nâng cấp đáng kể về dung lượng vận chuyển trên mạng đường sắt nhờ những giải pháp công nghệ, làm thay đổi các thiết kế thông thường, từ đường ray cho đến tàu hỏa.

Ngành đường sắt thường chậm trễ trong việc ứng dụng những công nghệ mới do mất nhiều thời gian lập kế hoạch và xây dựng những tuyến và phương tiện mới, nhưng với những cải tiến kỹ thuật trong quá trình phát triển nếu được áp dụng, có thể khiến giao thông đường sắt nhanh hơn và an toàn hơn.

1. Công tắc cơ điện tử

Sự cố chuyển mạch hoặc lỗi điểm là nguyên nhân gây ra gần 20% tổng số lần chậm chuyến mà hành khách phải trải qua trên các tuyến đường sắt của Vương quốc Anh. Tình huống này xảy ra khi có sự cố với cơ chế điều chuyển các đoàn tàu từ đường ray này sang đường ray khác tại một đường giao nhau. Bất chấp tần suất của sự cố gây chậm chuyến, công nghệ sử dụng trong những cơ chế này hầu như không thay đổi kể từ thiết kế đầu tiên cách đây gần 200 năm.

Một dự án hợp tác nghiên cứu đã phát triển những công nghệ thay thế triệt để. Trong đó một thiết kế sáng tạo được gọi là Repoint có ba động cơ độc lập, có thể nâng và dịch chuyển đường ray, sử dụng trọng lực để khóa chúng trở lại vị trí và cung cấp cơ chế dự phòng trong trường hợp một hoặc hai động cơ bị hỏng.

 Bộ nâng ray truyền động 3 đông cơ

Thiết kế này hơn hẳn với những công tắc hiện có, sử dụng phương pháp trượt đường ray sang một bên và có thể bị kẹt giữa chừng, vì vậy thường phải thiết kế thêm các lớp cảm biến và giao thức bổ sung, có chi phí cao nhằm giảm thiểu rủi ro. Các công tắc “cơ điện tử” thế hệ tiếp theo hướng tới mục đích hoạt động nhanh hơn, tăng cường khả năng dễ bảo trì dưỡng và giảm nguy cơ hỏng hóc nhờ các động cơ dự phòng.

2. Hệ thống treo hoạt động

Hệ thống treo thông thường hạn chế tốc độ của tàu khi đoàn tàu di chuyển trên đường cong, hạn chế số lượng tàu hỏa có thể chạy trên cùng một tuyến đường. Các hệ thống treo này về cơ bản hoạt động tương tự như những chiếc lò xo lớn, tự động thay đổi khoảng cách giữa các bánh xe và toa tàu khi tàu di chuyển trên bề mặt đất không bằng phẳng để đoàn tàu di chuyển êm nhẹ hơn.

Các nhà khoa học đường sắt phát triển Hệ thống treo chủ động, được tăng cường bằng các cảm biến, bộ truyền động và bộ điều khiển mới để thay đổi chính xác hơn khoảng cách giữa bánh xe và thân toa tàu.

Hệ thống chủ động nghiêng, điều hướng và hệ thống treo so với hệ thống treo truyền thống

Cải tiến này mang lại sự thoải mái khi đoàn tàu di chuyển, cho phép tàu hỏa chạy trên những đường cua với tốc độ và độ ổn định cao hơn. Thiết kế mới có thể được kết hợp với các hệ thống nghiêng toa chủ động khi đi qua góc cua, mang lại lợi thế duy trì tốc độ, tăng cường sự ổn định và giảm tiêu hao năng lượng.

3. Hệ thống bánh xe chủ động

Trong một bộ bánh xe thông thường, cả hai bánh xe được lồng vào nhau và kết nối bằng một trục cố định, ngăn chặn bất kỳ chuyển động quay tương đối nào giữa chúng. Khi tàu hỏa đi vào đường cong hoặc đường phân kỳ trên những đường giao nhau, tàu phải giảm tốc độ để đảm bảo bánh xe được dẫn hướng trên đường và tránh những rung động không mong muốn của bánh xe.

Các nhà nghiên cứu đường sắt hiện đang phát triển hệ thống bánh xe quay độc lập, tích hợp một cơ chế truyền động riêng biệt, giúp các bánh xe tự điều khiển chuyển hướng trên những tuyến đường cong.

4. Pantograph (liên kết dẫn điện cơ học) chủ động

Tàu điện tốc độ cao cần duy trì kết nối tốt với đường dây tải điện trên cao bằng pantograph kết nối điện cơ học trên trên đầu tàu. Trên tuyến đường săt chính của Vương quốc Anh, chiều cao của pantograph thường thay đổi trong khoảng 2m nhằm đảm bảo kết nối hiệu quả trong các khu vực khác nhau như đường hầm, giao cắt đường sắt và cầu.

Các nhà nghiên cứu đang bắt đầu phát triển những pantograph chủ động mà chiều cao của chúng và độ rung gây ra trong quá trình truyền điện được điều khiển bởi một bộ truyền động.

 Hệ thống truyền động chủ động của pantographs

Các pantographs chủ động này có thể cải thiện lực tiếp xúc và loại bỏ những vấn đề mất kết nối do sự thay đổi nhanh chóng chiều cao đường dây trên không và những nhiễu động môi trường khác (chẳng hạn gió).

5. Kết nối ảo

Số lượng đoàn tàu có thể chạy trên một tuyến (năng lực hoạt động của tuyến) phụ thuộc một phần vào hệ thống báo hiệu. Hầu hết các tuyến đường sắt đều sử dụng hệ thống khối cố định, chia tuyến đường ray thành các đoạn khác nhau. Mỗi phần chỉ có thể có một đoàn tàu tại một thời điểm nên luôn có một khoảng cách đáng kể giữa các đoàn tàu.

Nhưng một số đường sắt hiện đang bắt đầu sử dụng hệ thống báo hiệu khối di chuyển, hệ thống này xác định khoảng cách cần thiết giữa các đoàn tàu để có thể kịp thời dừng lại trong trường hợp khẩn cấp.

Nhưng khoảng cách này có thể giảm hơn nữa nếu các khối di động xác định khoảng cách cần thiết dựa trên những thông tin thời gian thực về những gì đoàn tàu phía trước đang thực hiện và điểm sẽ dừng lại nếu phanh gấp.

Công nghệ này được gọi là "kết nối ảo", liên quan đến việc hai đoàn tàu truyền thông tin về sự thay đổi tốc độ và hoạt động phanh của tàu đi trước để có thể giảm hoặc tăng khoảng cách giữa các tàu ở mức tối thiểu cần thiết.

 Hiệu quả của hệ thống kết nối ảo so với các khối tín hiệu di động

Với khoảng cách ngắn hơn giữa các tàu, nhiều chuyến tàu hơn có thể chạy an toàn trên một tuyến đường, tăng dung lượng mạng lưới tổng thể. 

Với những đổi mới về công nghệ, các đoàn tàu có khả năng tương thích với những đặc điểm thay đổi của tuyến đường, duy trì tốc độ cao trong hầu hết hành trình và tránh những khoảng thời gian dừng – chuyển động lại khó chịu, làm chậm trễ hành trình.

Việc nâng cấp và mở rỗng ranh giới của những thiết kế đường sắt hiện tại theo phương án ứng dụng công nghệ mới sẽ cho phép tạo ra một mạng lưới đường sắt thế hệ tiếp theo với sự thay đổi từng bước về hiệu suất, phù hợp nhu cầu thực tế vận chuyển tốc độ cao trong thế kỷ 21 mà không cần thiết phải phát triển ngay những đoàn tàu trên đệm từ trường hay trong những đường ống hút chân không đắt tiền.