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Il progetto SMARTEX vincitore della seconda edizione del Bando Ricercatori

L’iniziativa del Dipartimento di Meccanica “Bando Ricercatori” è giunta alla seconda edizione. L’iniziativa si configura, in termini di partecipazione, come un bando competitivo in cui il proponente, in qualità di responsabile scientifico, deve identificare l’argomento di studio e dar vita ad un gruppo di ricerca, facendo convergere diverse competenze. Il requisito fondamentale per la partecipazione al bando è dunque l’interdisciplinarità e lo scopo è quello di creare sinergie tra i ricercatori delle varie Sezioni del Dipartimento di Meccanica ma anche di coinvolgere quelli di altre Università italiane o estere.

Per l’edizione 2021 si è chiesto ai nostri ricercatori di presentare progetti di ricerca legati agli Obiettivi per lo Sviluppo Sostenibile.

La Commissione Giudicatrice ha ricevuto cinque proposte di ricerca coordinate da: Stefano Arrigoni con il progetto “Intelligent Transportation Services for POLIMI (IT4POLIMI)”, Niccolò Becattini con il progetto “Manta Ray-inspired microplastics filtration unit for domestic and industrial applications (MANTRA)”, Dayou Ma con il progetto “Development of Stochastic Numerical Model for Quality Design of Nanocomposites (SIMONE)”, Luca Michele Martulli con il progetto “Structural sMARt fabric with TunablE properties (SMARTEX)” e Paolo Schito con il progetto “COACHING FOR RTDx (COACH)”.

La selezione, effettuata dalla Commissione Giudicatrice sulla base dei criteri di valutazione e dei punteggi indicati a bando, ha visto vincitore il progetto SMARTEX presentato da Luca Martulli. Complimenti a Luca e un sincero e doveroso ringraziamento a tutti i ricercatori che hanno partecipato al bando.

Prima di introdurre il progetto di Luca un saluto a tutti i ricercatori del Dipartimento di Meccanica e un arrivederci all’edizione 2022 del Bando Ricercatori.

“Credo che l’obiettivo ultimo del Bando Giovani Ricercatori sia di permettere ai giovani ricercatori di creare network all’interno del Dipartimento di Meccanica. Questo tipo di iniziativa è stata quindi fondamentale per me, considerato che sono arrivato al Politecnico solo a Novembre 2020.” ha precisato il Responsabile Scientifico del progetto SMARTEX, Luca Michele Martulli, vincitore dell’ultima edizione del Bando Giovani Ricercatori promosso dal Dipartimento di Meccanica nell’ambito del progetto Dipartimento di Eccellenza LIS4.0.
L’oggetto della ricerca del progetto SMARTEX sono i tessuti intelligenti, strutture simili ai tessuti, ma capaci di rispondere a stimoli ambientali diventando dei veri e propri componenti meccanici strutturali, ovvero capaci di sostenere carichi esterni. Attualmente, gran parte della ricerca scientifica e delle iniziative industriali sul tema vertono attorno allo sviluppo di tessuti smart che integrino caratteristiche elettroniche. Questi, noti come “e-textiles”, vengono tradizionalmente utilizzati per dispositivi medici, per i dispositivi elettronici indossabili e nelle applicazioni per l’accumulo di energia. Al contrario, pochissime sono le iniziative intraprese circa la possibilità di creare prototipi di Structural Smart Fabrics (SSFs), ossia tessuti con proprietà meccaniche regolabili. Il fabbisogno di questo tipo di materiali “smart”, con proprietà meccaniche variabili, è però in netto aumento come testimoniato dai recenti sviluppi degli ambiti delle tecnologie di stampa 4D e dei materiali a memoria di forma. Gli SSFs presentano una struttura simile a quella delle stoffe che, grazie all’Additive Manufacturing, può essere ottimizzata per geometria e funzionalità fino ad assumere le sembianze di una cotta di maglia. Le unità costitutive elementari di queste strutture sono celle discrete interlacciate, le quali permettono la creazione di tessuti stampati 3D. Questi tessuti saranno combinati, nel progetto SMARTEX, con materiali funzionali quali leghe a memoria di forma che, grazie alle loro caratteristiche, sono in grado di reagire meccanicamente a stimoli esterni (come variazioni di temperatura o corrente elettrica.). Le leghe a memoria di forma, utilizzati come attuatori degli SSF, amplieranno le possibili applicazioni di questi tessuti smart, conferendo loro la capacità di adattarsi a specifiche funzionali variabili in termini di forma e rigidezza. Possibili applicazioni per questi SSFs comprendono strutture spaziali leggere, soft robotics, dispositivi medici e altro.
In questo contesto, il progetto SMARTEX si propone di portare ad un livello avanzato lo stato dell’arte dei tessuti smart progettando, producendo e testando SSFs azionati da leghe a memoria di forma. SMARTEX farà perno sull’utilizzo di tecniche avanzate di manifattura additiva, supportando così i bisogni dell’Industria 4.0 e le esigenze di digitalizzazione che coinvolgono il manifatturiero.
I tessuti strutturali ottenuti in SMARTEX saranno quindi strutture 3D capaci di reagire alla temperatura grazie all’integrazione di elementi in leghe a memoria di forma. Le strutture possono essere considerate come ibride, ossia formate dalle due componenti (maglie strutturali ed attuatori). A temperatura ambiente i dispositivi SMARTEX saranno “spenti”, dato che gli attuatori SMA si troveranno in condizione “rilassata”. In conseguenza di ciò i dispositivi avranno una rigidezza quasi nulla e si comporteranno quasi come normali tessuti, abbastanza flessibili da essere piegati e ripiegati. In condizioni di temperatura elevate, i dispositivi SMARTEX si “attiveranno”, premendo tra loro tutte le celle che li compongono. La rigidezza strutturale aumenterà notevolmente portando i dispositivi a comportarsi come piastre in grado di supportare carichi o reggere altri tipi di sollecitazioni. Il processo di progettazione dei tessuti si avvarrà di strumenti numerici nonché di tecniche sperimentali allo stato dell’arte per la validazione dei risultati. Benché SMARTEX non si concentri su applicazioni specifiche, sarà possibile sviluppare un nuovo tessuto estremamente versatile, dalle proprietà uniche e un processo di progettazione dedicato a questa nuova classe di strutture.
“Grazie a questo bando – ha continuato il giovane Martulli - ho potuto incontrare coloro che sono poi diventati con me membri del team SMARTEX: Luca Patriarca, Paolo Parenti e Marco Rossoni. Insieme siamo un vero team con competenze multidisciplinari che includono la meccanica sperimentale, modellazione analitica e numerica, Leghe a Memoria di Forma, stampa 3D e prototipazione virtuale. Tutti ingredienti essenziali per la creazione di una innovativa tipologia di tessuti intelligenti”.