BANDO PRIN 2022D. D. N. 104 DEL 2 FEBBRAIO 2022
TITOLO DEL PROGETTO: Innovative mathematical models for soft matter and hierarchical materials
CODICE CUP: D53D23006020006
Budget: € 95.970
P.I.: Giuseppe Puglisi
Responsabili altre unità di ricerca:
Luciano TERESI Università degli Studi ROMA TRE
Luca DESERI Università degli Studi di TRENTO
Arsenio CUTOLO Università degli Studi di Napoli Federico II
Breve descrizione del progetto
Il progetto "Innovative mathematical models for soft matter and hierarchical materials" è stato finalizzato allo sviluppo di modelli matematici multiscala per lo studio dei materiali soffici e complessi, dai biomateriali ai materiali gerarchici ispirati alla natura. L'approccio è interdisciplinare e integra meccanica statistica, meccanica dei continui non lineare, modellazione multifisica, simulazione numerica, analisi sperimentali e metodi di machine learning fisicamente fondato. Le attività si sono organizzate lungo quattro linee di ricerca coordinate dalle rispettive unità: modelli multiscala per materiali biologici e polimerici (UR Poliba, PI: Giuseppe Puglisi), meccanica della morfogenesi (UR Roma Tre), instabilità e wrinkling di materiali soffici su substrati (UR Trento), meccanica cellulare e multifisica (UR Napoli). Il progetto è stato finanziato dal Ministero dell'Università e della Ricerca (MUR).
Finalità
L'obiettivo fondamentale è stato di stabilire una connessione diretta tra il comportamento macroscopico dei materiali e le loro proprietà a scala micro- e nanometrica, attraverso analisi teoriche, computazionali e sperimentali combinate. L'Unità di Ricerca del Politecnico di Bari mira in particolare a sviluppare modelli predittivi per materiali bioinspirati — con speciale attenzione alla seta e alle fibre artificiali da essa ispirate — integrando meccanica statistica, modellazione di transizioni di fase e machine learning fisicamente fondato. Le attività Poliba si inseriscono nella Linea A del progetto, dedicata agli approcci multiscala per materiali biologici e polimerici, con ricadute applicative nel campo dei materiali avanzati, della Ingegneria e della biomeccanica.
Risultati attesi
Le attività dell'Unità di Ricerca del Politecnico di Bari miravano allo sviluppo di modelli analitici multiscala capaci di collegare la struttura molecolare e microstrutturale dei biomateriali alla loro risposta macroscopica. Ci si attendeva di ottenere nuovi strumenti analitici fisicamente basati per la descrizione costitutiva del comportamento materiali complessi — inclusi sistemi fibrosi, materiali proteici e materiali soffici soggetti a condizioni ambientali variabili — nonché di avanzare nella comprensione dei meccanismi che governano transizioni di fase, frattura, adesione e fluttuazioni termiche. Sul piano della disseminazione, si prevedeva la produzione di pubblicazioni su riviste internazionali di alto impatto e la creazione di una rete scientifica stabile tra i gruppi coinvolti.
Risultati raggiunti (questa sezione non sarà compilata per i progetti PRIN 2022 oggetto di scorrimento, in quanto tuttora in corso)
Le attività dell'Unità di Ricerca del Politecnico di Bari hanno seguito un percorso scientifico coerente, collegando meccanica statistica, meccanica dei continui non lineare e modellazione multiscala in un quadro teorico applicato allo studio dei materiali soffici e gerarchici. Sono stati chiariti i limiti termodinamici e il ruolo delle fluttuazioni termiche in sistemi multistabili, con applicazioni alla frattura, all'adesione e alle transizioni di fase. Un filone centrale ha riguardato la modellazione della seta di ragno e dei materiali bioinspirati: la supercontrazione è stata interpretata come transizione di fase solido-solido guidata dall'umidità, e la risposta accoppiata contrazione-torsione ricondotta a un effetto di Poynting duale. Approcci di machine learning fisicamente fondato hanno supportato lo sviluppo di modelli analitici interpretabili per questi sistemi complessi.
Sul piano sperimentale, grazie al finanziamento del progetto, una macchina di prova biassiale esistente è stata estesa con una camera climatica a controllo di temperatura e umidità, nuovi sensori e un sistema ottico stereo-DIC, consentendo di acquisire conoscenze fondamentali sugli effetti accoppiati di temperatura e umidità nel comportamento meccanico dei materiali studiati.
I risultati sono stati diffusi attraverso pubblicazioni su riviste internazionali di alto impatto e contributi a conferenze nazionali e internazionali. Il progetto ha inoltre favorito la costruzione di una rete scientifica con altri gruppi di ricerca nazionali operanti in ambiti affini, consolidata attraverso l'organizzazione di incontri congiunti tra progetti PRIN.
Il progetto è stato finanziato dal Ministero dell'Università e della Ricerca (MUR).