Verso nuovi materiali intelligenti ispirati dalla natura

L’abilità di concepire e sviluppare nuovi tipi di materiali ha scandito lo sviluppo dell’umanità dall’età della pietra, del bronzo e del ferro al mondo attuale, dominato dall’elettronica e dai materiali semiconduttori: il progetto DYNAPOL - Modeling approaches toward bioinspired dynamic materials esplorerà nuove rotte per ottenere nuovi tipi di materiali artificiali ancora inesistenti per varie applicazioni tecnologiche. Si tratta del progetto di ricerca di Giovanni Maria Pavan – dal 2019 Professore Ordinario  presso il Politecnico di Torino, dove svilupperà DYNAPOL in cinque anni grazie ai 2 milioni di finanziamento. Si tratta di un programma di ricerca ambizioso che spazia in diversi ambiti scientifici: simulazione molecolare, chimica-fisica computazionale, chimica supramolecolare, bioinspired materials e machine learning. Il gruppo di ricerca del Prof. Pavan svilupperà modelli molecolari multiscala e utilizzerà tecniche di simulazione computazionale avanzata e di machine learning per scoprire i principi chimico-fisici fondamentali secondo cui progettare nuove classi di materiali artificiali con proprietà dinamiche bioispirate, ovvero simili a quelle dei materiali viventi. I modelli sviluppati saranno validati attraverso il continuo confronto con dati sperimentali provenienti da varie collaborazioni internazionali. 

Una ricerca che affonda le sue radici nell’osservazione della natura e del modo attraverso cui essa costruisce materiali complessi che possiedono proprietà uniche, come l’abilità di rispondere in modo attivo a stimoli esterni di varia natura – ambientali (come variazioni di temperatura, salinità, pressione), biologici (interazioni specifiche con proteine o tessuti), chimici, fisici, ecc. –, capaci di svolgere funzioni complesse lavorando fuori dall’equilibrio termodinamico (consumando e trasformando energia) e, in generale, che possiedono un comportamento dinamico, appunto, “vivente”. DYNAPOL è un cosiddetto progetto “paradigm breaker”: l’obiettivo è infatti quello di capire come creare nuove classi di materiali artificiali bioispirati attraverso concetti chimico-fisici diversi da quelli su cui si basano i comuni materiali ad uso tecnologico, ovvero tramite processi di auto-aggregazione (self-assembly).

“La natura ha sempre rappresentato una fonte di ispirazione verso l'innovazione tecnologica, permettendo all'uomo di superare i propri limiti. Nei secoli abbiamo imparato a costruire aeroplani che ci permettono di volare, barche che permettono di muoversi in acqua – dichiara Giovanni Maria Pavan - immaginate di imparare dalla natura come creare nuovi tipi di materiali con proprietà dinamiche senza precedenti, materiali attivi in grado di svolgere funzioni complesse, di assorbire e scambiare informazioni comunicando con l'ambiente circostante in modo dinamico, di reagire e comportarsi in modo “intelligente”: questa sarebbe una rivoluzione in molti campi. Questo progetto ci consentirà di esplorare nuovi modi per creare materiali bioispirati affascinanti e di aprire nuove strade nella scienza dei materiali”.

I risultati di questo progetto potranno trovare applicazioni in svariati ambiti di ricerca e innovazione tecnologica di forte interesse attuale, come ad esempio biomedico, farmaceutico, energetico, chimico, come anche tracciare applicazioni completamente nuove e non ancora previste nel campo dei materiali innovativi.

Il professor Pavan ha scelto di svolgere questa attività di ricerca al Politecnico di Torino : “Un altro giovane ricercatore ha scelto il nostro Ateneo e questo ci rende molto orgogliosi: il Politecnico si sta accreditando sempre più a livello internazionale come un centro di ricerca di grande qualità e le politiche di attrazione di studiosi di alto livello che abbiamo messo in campo stanno dando i loro frutti, confermando che il nostro Ateneo ha da offrire un ambiente di ricerca stimolante, condizioni di lavoro interessanti e una qualità della vita di prim’ordine”, commenta il Rettore Guido Saracco, che conclude: “A Giovanni auguro di consolidare da noi un forte gruppo di ricerca, di ispirare le menti dei suoi studenti e allievi interni, e di stabilire fruttuose collaborazioni con altri nostri docenti e ricercatori”.