ArcHIDep, il futuro possibile dei “materiali impossibili”

Il cold spray, o spruzzatura a freddo, è una recente tecnica di deposizione allo stato solido che accelera piccole particelle di polvere a velocità supersonica utilizzando un gas compresso. All’impatto sul substrato, l’elevata energia cinetica delle particelle causa una deformazione plastica che crea la condizione necessaria affinché le particelle si leghino al substrato ed eventualmente tra loro. La caratteristica intrinseca che distingue il cold spray dalle altre tecniche di deposizione è la bassa temperatura, che offre una flessibilità unica per la deposizione di materiali sensibili alla temperatura e all’ossidazione. Il cold spray si utilizza tradizionalmente per creare rivestimenti protettivi in applicazioni non soggetti a carico, ma la nostra recente ricerca ha confermato il suo alto potenziale non solo per rivestimenti ma anche per la produzione di componenti strutturali.

ArcHIDep sfrutta le opportunità uniche offerte dal cold spray, tra cui l’alto tasso e l’elevata efficienza di deposizione e, soprattutto, la possibilità di miscelare materiali dalle proprietà chimiche, microstrutturali e termomeccaniche diverse. ArcHIDep stabilisce un metodo di progettazione basato su approcci analitici, sperimentali e numerici che consenta di implementare un’eterogeneità multiscala. Questo progetto sfrutta la sinergia tra vari indici di eterogeneità, per modulare il comportamento della struttura integrata, verso una funzionalità senza precedenti.

Utilizzando l’eterogeneità come un ulteriore grado di libertà, prevedo di avere, al completamento di questo progetto, un quadro potenzialmente capace di colmare le lacune nello spazio di progettazione e di dare ai materiali nuove proprietà e funzioni che vadano oltre la regola della miscela. Quella manifatturiera è un’industria multimiliardaria che si basa sull’utilizzo di materiali, trasporti ed energia. Il nuovo schema progettuale e produttivo che ArcHIDep sta sviluppando avrà un notevole impatto in termini di sostenibilità, grazie a un uso più intelligente delle materie prime e una maggiore durata di servizio, e potenzierà la capacità di ottenere strutture altamente personalizzate.

La regolazione spaziale della composizione e dell’architettura in un singolo componente può generare, in modo efficiente, una varietà di proprietà uniche, potenzialmente utilizzabili in tutti i rami della tecnologia. Questa può essere una soluzione ideale, soprattutto quando si devono gestire più requisiti in conflitto all’interno di uno stesso componente soggetto a stati eterogenei di sollecitazione, deformazione o temperatura. Per esempio, la disposizione personalizzata di materiali dissimili, organizzata in modo da offrire espansione termica e conduttività termica modulate, può ridurre al minimo le sollecitazioni termiche (causate da un gradiente di 1000 K su pochi mm di spessore) nei propulsori spaziali e quindi espanderne sostanzialmente la combustione massima e la vita utile.

L’importanza del finanziamento dell’ERC sta nella libertà e flessibilità che offre per esplorare idee ad alto rischio e ad alto guadagno che con altri programmi di finanziamento sarebbe difficile esplorare. Questo finanziamento mi dà l’opportunità di ampliare la mia area di ricerca e di accedere a risorse altrimenti inaccessibili. A parte questo, per me è un riconoscimento importante degli sforzi fatti fin qui e dei risultati scientifici raggiunti nella mia carriera.

Cresce continuamente la domanda di prestazioni superiori e di soluzioni sostenibili ed efficienti in termini di materiali. Questa richiesta viene da tanti settori diversi e ha determinato una forte attenzione alla necessità di strutture dalle qualità personalizzate. Una progettazione su misura che sappia gestire tutti questi requisiti contrastanti è però ancora fuori dalla nostra portata. Nonostante le grandi promesse e le grandi aspettative, le attuali tecnologie di produzione additiva non offrono ancora la flessibilità necessaria a ottenere il livello di controllo desiderato su composizione, disposizione interna e forma esterna. L’ispirazione per il progetto ArcHIDep mi è venuta dall’idea di sviluppare un quadro di progettazione e fabbricazione in grado di colmare queste lacune.

Da piccola volevo fare l’insegnante, come mia madre, ma crescendo ho cambiato idea e ho scoperto la mia propensione per la matematica e le scienze. Quando è arrivato il momento di scegliere che cosa studiare all’università, ho ristretto il campo all’ingegneria, e in particolare all’ingegneria meccanica, perché mi avrebbe permesso di utilizzare e sviluppare le mie competenze matematiche, scientifiche e di problem solving. Mi affascinava l’idea di progettare e costruire strutture e sistemi funzionali che le persone potessero utilizzare anche nella vita di tutti i giorni. Per una donna, la scelta di una carriera in ambito STEM può essere all’apparenza poco allettante, ma alcune attività ed eventi a cui ho partecipato e assistito prima di accedere all’università mi hanno aiutato nella scelta. Ora posso dire di aver intrapreso una carriera che mi consente di combinare la progettazione con la mia passione per la ricerca.

Sfortunatamente sì! Nelle scienze le donne sono sottorappresentate e nel mondo accademico e delle discipline STEM spesso non vengono prese sul serio o se ne ha una visione stereotipata. Per noi è più difficile raggiungere i gradi accademici più alti, anche se siamo brave quanto i colleghi maschi. Nel mio caso specifico, poi, sono anche straniera, situazione che comporta ulteriori complicazioni. Nonostante la sempre maggiore consapevolezza della mancanza di equità di genere e delle disparità esistenti nel mondo accademico, ci sono ancora pregiudizi. Il cambiamento richiede uno sforzo effettivo contro tutti i pregiudizi sulla diversità e per il miglioramento del clima accademico.

Dare forma a una nuova ricerca per il finanziamento ERC richiede tanto tempo e fatica e può essere scoraggiante; inoltre c’è moltissima concorrenza, per cui la preparazione di un progetto va pianificata sul lungo termine e deve essere ampia e accurata. È necessario acquisire conoscenze e competenze solide nel proprio campo e dimostrare esperienza di ricerca e capacità di gestione. Per essere selezionati serve quindi una preparazione continua accompagnata da dedizione e determinazione.