إعلان PRIN 2022D. D. N. 104 بتاريخ 2 فبراير 2022

عنوان المشروع: نماذج رياضية مبتكرة للمادة اللينة والمواد الهرمية

CODICE CUP:  D53D23006020006

الميزانية:  € 95.970

P.I.: Giuseppe Puglisi
مسؤولو وحدات البحث الأخرى:
لوتشيانو TERESI جامعة روما تري للدراسات
لوكا DESERI جامعة ترينتو للدراسات
أرسينيو CUTOLO جامعة نابولي فيديريكو الثاني للدراسات

وصف موجز للمشروع
يهدف مشروع «نماذج رياضية مبتكرة للمادة اللينة والمواد الهرمية» إلى تطوير نماذج رياضية متعددة المقاييس لدراسة المواد اللينة والمعقدة، من المواد الحيوية إلى المواد الهرمية المستوحاة من الطبيعة. ويتسم النهج بطابعه متعدد التخصصات، إذ يدمج الميكانيكا الإحصائية، وميكانيكا الأوساط المتصلة غير الخطية، والنمذجة متعددة الفيزياء، والمحاكاة العددية، والتحليلات التجريبية، وأساليب التعلم الآلي المستندة إلى المبادئ الفيزيائية. ونُظّمت الأنشطة ضمن أربعة محاور بحثية، تولّت تنسيق كلٍّ منها الوحدة المعنية: نماذج متعددة المقاييس للمواد البيولوجية والبوليمرية (وحدة بوليتكنيكو دي باري، الباحث الرئيسي: جوزيبي بوليزي)، وميكانيكا التخلق المورفولوجي (وحدة روما تري)، وعدم الاستقرار والتجعد في المواد اللينة فوق الركائز (وحدة ترينتو)، وميكانيكا الخلايا والفيزياء المتعددة (وحدة نابولي). وقد موّلت وزارة الجامعات والبحوث (MUR) المشروع.. 

الغرض
كان الهدف الأساسي إقامة صلة مباشرة بين السلوك العياني للمواد وخصائصها على المستويين المجهري والنانوي، من خلال الجمع بين التحليلات النظرية والحاسوبية والتجريبية. وتسعى وحدة البحث في بوليتكنيكو دي باري، على وجه الخصوص، إلى تطوير نماذج تنبؤية للمواد المستوحاة من الطبيعة، مع اهتمام خاص بالحرير والألياف الاصطناعية المستوحاة منه، وذلك بدمج الميكانيكا الإحصائية، ونمذجة التحولات الطورية، والتعلم الآلي المستند إلى المبادئ الفيزيائية. وتندرج أنشطة بوليتكنيكو دي باري ضمن المحور A للمشروع، المخصص للمناهج متعددة المقاييس للمواد البيولوجية والبوليمرية، مع تطبيقات في مجالات المواد المتقدمة والهندسة والميكانيكا الحيوية.. 

النتائج المتوقعة
هدفت أنشطة وحدة البحث في بوليتكنيكو دي باري إلى تطوير نماذج تحليلية متعددة المقاييس قادرة على ربط البنية الجزيئية والبنية المجهرية للمواد الحيوية باستجابتها العيانية. وكان من المتوقع التوصل إلى أدوات تحليلية جديدة قائمة على المبادئ الفيزيائية لوصف السلوك التأسيسي للمواد المعقدة، بما فيها الأنظمة الليفية والمواد البروتينية والمواد اللينة الخاضعة لظروف بيئية متغيرة، فضلًا عن التعمق في فهم الآليات التي تحكم التحولات الطورية والكسر والالتصاق والتقلبات الحرارية. وعلى صعيد نشر المعرفة، كان من المقرر نشر أبحاث في مجلات دولية مرموقة وإنشاء شبكة علمية مستدامة بين المجموعات المشاركة..

النتائج المحققة (لن يُستكمل هذا القسم بالنسبة إلى مشاريع PRIN 2022 المشمولة بعملية الترتيب، لأنها لا تزال قيد التنفيذ)
اتبعت أنشطة وحدة البحث في جامعة بوليتكنيك باري مسارًا علميًا متماسكًا، ربط بين الميكانيكا الإحصائية وميكانيكا المتصلات غير الخطية والنمذجة متعددة المقاييس، ضمن إطار نظري طُبّق على دراسة المواد اللينة والهرمية. وقد جرى توضيح الحدود الديناميكية الحرارية ودور التقلبات الحرارية في الأنظمة متعددة الاستقرار، مع تطبيقات على الكسر والالتصاق والتحولات الطورية. وتمحور أحد المسارات الرئيسية حول نمذجة حرير العنكبوت والمواد المستوحاة من الطبيعة: إذ فُسّر الانكماش الفائق باعتباره تحولًا طوريًا من الحالة الصلبة إلى الحالة الصلبة تحفزه الرطوبة، وأُعيد تفسير الاستجابة المقترنة بين الانكماش والالتواء باعتبارها أثر بوانتنغ مزدوجًا. وأسهمت مناهج التعلم الآلي المستندة إلى أسس فيزيائية في تطوير نماذج تحليلية قابلة للتفسير لهذه الأنظمة المعقدة.

على الصعيد التجريبي، وبفضل تمويل المشروع، جرى تطوير جهاز اختبار ثنائي المحور قائم، بإضافة حجرة مناخية للتحكم في درجة الحرارة والرطوبة، ومستشعرات جديدة، ونظام بصري للتصوير المجسم بتقنية الارتباط الرقمي للصور (stereo-DIC)، ما أتاح اكتساب معارف أساسية بشأن التأثيرات المقترنة لدرجة الحرارة والرطوبة في السلوك الميكانيكي للمواد المدروسة.

نُشرت النتائج في مجلات دولية رفيعة التأثير، كما عُرضت إسهامات في مؤتمرات وطنية ودولية. وعزز المشروع أيضًا بناء شبكة علمية تضم مجموعات بحثية وطنية أخرى تعمل في مجالات ذات صلة، وترسخت هذه الشبكة من خلال تنظيم لقاءات مشتركة بين مشروعات PRIN.

مولت وزارة الجامعة والبحث (MUR) المشروع.