Un finanziamento europeo da 1,475 milioni di euro premia la ricerca del Politecnico di Torino e il lavoro di Riccardo Augello, ricercatore del gruppo MUL2 (MULtilayered structures and MULtifield analyses) del Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale (DIMEAS), coordinato dal professor Erasmo Carrera. Il progetto R3DEFINE – Reconfigurable, Responsive and Robust 3D mEtastructures For frequency IsolatioN and filtEring è stato selezionato nell’ambito degli ERC Starting Grant, tra i finanziamenti più competitivi a livello europeo destinati a sostenere ricercatrici e ricercatori all’inizio della loro carriera indipendente nello sviluppo di progetti di ricerca ad alto potenziale innovativo. L’obiettivo della ricerca è ambizioso: sviluppare una nuova generazione di metastrutture tridimensionali riconfigurabili, capaci di adattarsi alle condizioni operative e di isolare o filtrare vibrazioni anche a frequenze estremamente basse, con possibili applicazioni strategiche nel settore aerospaziale, nell’ingegneria antisismica e più in generale nella progettazione di sistemi avanzati di protezione dalle sollecitazioni dinamiche.
ERC Starting Grant al Politecnico di Torino: un riconoscimento europeo per la ricerca sulle metastrutture
Gli ERC Starting Grant rappresentano uno dei principali strumenti europei per sostenere la ricerca di frontiera e premiano progetti caratterizzati da elevato livello di innovazione scientifica e potenziale impatto tecnologico. Per il Politecnico di Torino il riconoscimento arriva a pochi mesi dalla conclusione di NOVITAS – Nonlinear analysis for virtual design of composite deployable space booms and membranes, progetto finanziato dall’Unione europea nell’ambito delle Marie Skłodowska-Curie Actions, che aveva già rappresentato un importante risultato per il ricercatore e per l’ateneo torinese. Con il nuovo progetto R3DEFINE, della durata di cinque anni, il gruppo di ricerca punta ora a superare alcuni dei limiti attuali nella progettazione di sistemi di isolamento delle vibrazioni, sviluppando strumenti numerici e soluzioni ingegneristiche in grado di coniugare prestazioni elevate, compattezza e affidabilità.
La Carrera Unified Formulation alla base del nuovo modello computazionale
Il cuore del progetto sarà un nuovo framework computazionale multifisico basato sulla Carrera Unified Formulation (CUF), una metodologia avanzata per la modellazione agli elementi finiti sviluppata proprio dal gruppo MUL2 del Politecnico di Torino. La CUF permetterà di simulare in maniera accurata ed efficiente le complesse architetture tridimensionali delle metastrutture, descrivendo fenomeni particolarmente complessi come le grandi deformazioni, le instabilità strutturali e il passaggio tra differenti configurazioni stabili. Uno degli aspetti più innovativi riguarda la possibilità di ottenere simulazioni tridimensionali dettagliate riducendo i costi computazionali rispetto ai modelli tradizionali. Questo consentirà di progettare e ottimizzare strutture avanzate attraverso un approccio integrato tra calcolo numerico, fabbricazione e sperimentazione.
Metastrutture intelligenti per controllare vibrazioni e frequenze
Le metastrutture sono sistemi ingegnerizzati nei quali le proprietà meccaniche non dipendono esclusivamente dai materiali utilizzati, ma soprattutto dalla loro geometria interna e dall’architettura con cui vengono assemblati gli elementi che le compongono. Attraverso la modifica della disposizione dei componenti, queste strutture possono cambiare configurazione e variare gli intervalli di frequenza nei quali riescono a isolare o filtrare le vibrazioni. Il progetto R3DEFINE sfrutterà proprio questa capacità di riconfigurazione per sviluppare soluzioni in grado di garantire un isolamento efficace anche alle frequenze ultra-basse, mantenendo contemporaneamente una elevata robustezza meccanica e la capacità di sostenere carichi importanti. La ricerca non si limiterà quindi alla definizione di nuovi modelli teorici, ma porterà alla realizzazione di una vera e propria piattaforma di metastrutture tridimensionali riconfigurabili, progettate per adattare la propria risposta e attenuare vibrazioni provenienti da direzioni differenti.
Dallo spazio alla protezione sismica: le applicazioni del progetto R3DEFINE
Tra gli ambiti applicativi più rilevanti individuati dal progetto c’è quello aerospaziale. Durante il lancio di un satellite, infatti, i componenti del carico utile sono sottoposti a vibrazioni molto intense che possono danneggiare sistemi delicati o compromettere il funzionamento della missione. L’integrazione di metastrutture all’interno dell’adattatore che collega il satellite al lanciatore potrebbe ridurre la trasmissione delle vibrazioni, aumentando la protezione dei dispositivi nelle fasi più critiche del volo. Un altro settore nel quale la ricerca potrebbe produrre risultati significativi è quello dell’ingegneria antisismica. Gli attuali sistemi di isolamento sismico sfruttano spesso una bassa rigidezza dinamica per limitare il trasferimento delle vibrazioni generate dai terremoti, ma questa caratteristica può creare difficoltà quando è necessario sostenere carichi elevati. Le soluzioni sviluppate nell’ambito di R3DEFINE puntano invece a combinare elementi capaci di garantire un’elevata capacità portante con componenti progettati per ridurre la rigidezza dinamica, aprendo la strada a sistemi di protezione sismica più efficienti.
L’obiettivo più ambizioso: un isolamento omnidirezionale delle vibrazioni
Uno degli elementi distintivi del progetto è la ricerca di un isolamento omnidirezionale, ovvero una capacità di attenuare le vibrazioni indipendentemente dalla direzione di provenienza. Per raggiungere questo risultato sarà necessario sviluppare architetture realmente tridimensionali, una sfida particolarmente complessa dal punto di vista della simulazione numerica. Molti modelli attualmente utilizzati, infatti, si limitano ancora a rappresentazioni bidimensionali proprio per contenere la difficoltà dei calcoli. L’integrazione di riconfigurabilità, reattività e robustezza rappresenta il punto centrale della sfida racchiusa nell’acronimo R3DEFINE: tre caratteristiche che, secondo il progetto, dovranno convivere in un’unica piattaforma capace di offrire isolamento a frequenze ultra-basse, compattezza, adattabilità e resistenza strutturale.
Augello: “vogliamo superare uno dei principali compromessi dell’isolamento delle vibrazioni”
A spiegare la visione alla base della ricerca è lo stesso Riccardo Augello, che sottolinea l’obiettivo di superare uno dei principali limiti dei sistemi tradizionali di isolamento. “Con R3DEFINE vogliamo superare uno dei principali compromessi dell’isolamento delle vibrazioni: ottenere una risposta efficace a frequenze ultra-basse senza rinunciare alla capacità di sostenere carichi elevati. Progetteremo metastrutture tridimensionali riconfigurabili, combinando simulazioni basate sulla Carrera Unified Formulation con la fabbricazione e la validazione sperimentale di prototipi. L’obiettivo è sviluppare soluzioni compatte e omnidirezionali, applicabili in tutti gli ambiti nei quali sia necessaria una marcata attenuazione delle vibrazioni in ingresso”. Il finanziamento europeo consentirà quindi al gruppo del Politecnico di Torino di portare avanti una ricerca che punta a unire modellazione avanzata, innovazione dei materiali e sperimentazione concreta, con l’ambizione di contribuire allo sviluppo di nuove tecnologie per la sicurezza e l’affidabilità delle strutture del futuro.
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