“Super-simulazioni di flussi idrodinamici rivelano l’adattamento della struttura scheletrica di spugne di profondità e aprono prospettive inedite per la progettazione ingegneristica nel settore aeronautico, aerospaziale e navale”. A questo studio multidisciplinare, alle frontiere della fisica, della biologia, dell’informatica e dell’ingegneria, è stato assegnato il Premio Aspen Institute Italia 2024 per la collaborazione e la ricerca scientifica tra Italia e Stati Uniti, giunto alla nona edizione. Lo studio, vede come protagonista l’Università di Roma Tor Vergata, affiancata dalla New York University, che ha contribuito fortemente alla comprensione dei risvolti biologici dei risultati delle super-simulazioni, e dall’Università di Harvard, dove due degli autori prestavano incarico ai tempi delle super-simulazioni. Nel realizzare tali simulazioni, basate su miliardi di punti di calcolo, i ricercatori si sono avvalsi del supercomputer Marconi 100, presso il CINECA di Bologna.
La ricerca, pubblicata sulla rivista Nature, analizza le interazioni fra la geometria delle spugne e il fluido circostante, e potrà avere significative implicazioni per la progettazione ingegneristica di strutture a bassa resistenza, capaci di adattarsi alle pressioni dell’aria o dell’acqua: possibili applicazioni sono allo studio per navi e fusoliere di aeroplani, fino a innovativi grattacieli.
Sette gli scienziati premiati:
Giacomo Falcucci, Dipartimento di Ingegneria dell’Impresa “Mario Lucertini”, Università di Roma “Tor Vergata”; Department of Physics, Harvard University;
Maurizio Porfiri, Department of Biomedical Engineering; Department of Mechanical and Aerospace Engineering; Center for Urban Science and Progress, Tandon School of Engineering, New York University;
Sauro Succi, Center for the Life Nano- and Neuro Science, Istituto Italiano di Tecnologia, Roma; Department of Physics, Harvard University; Istituto per le applicazioni del calcolo “Mauro Picone” (IAC), CNR Roma;
Giorgio Amati, High Performance Computing Department, CINECA, Roma;
Pierluigi Fanelli, Dipartimento di Economia, Ingegneria, Società e Impresa (DEIM), Università della Tuscia, Viterbo;
Vesselin K. Krastev, Dipartimento di Ingegneria dell’Impresa “Mario Lucertini”, Università di Roma “Tor Vergata”;
Giovanni Polverino, Centre for Evolutionary Biology, School of Biological Sciences, University of Western Australia, Perth.
Lo studio vincitore del Premio Aspen 2024, apre la strada a nuove investigazioni adottando risorse di supercalcolo sulle relazioni tra meccanica dei fluidi, biologia degli organismi viventi ed ecologia, con ricadute in prospettiva sulle applicazioni di progettazione e ingegneria strutturale. Protagonista della ricerca è Euplectella Aspergillum, conosciuta anche come Cestello di Venere, una spugna che vive in profondità nell’Oceano Pacifico e intorno al Continente Antartico e che possiede proprietà strutturali eccezionali, con uno scheletro in fibra di silicio, elemento che la spugna estrae dall’acqua di mare, trasformandolo in sottilissime fibre di vetro. Da qui l’appellativo di “spugna di vetro”.
Questa struttura, di per sé fragile, presenta invece una sorprendente resistenza meccanica dovuta alla sua particolare struttura e alla ottimale distribuzione di materia. Seguendo queste intuizioni, gli scienziati hanno effettuato simulazioni fluidodinamiche per scoprire gli adattamenti del Cestello di Venere alle correnti degli abissi, utilizzando il super-calcolatore Marconi 100 del CINECA di Bologna, raggiungendo una velocità di calcolo di circa 10 Petaflops, e producendo dati in quattro dimensioni, tre spaziali più una temporale.
Questi studi sulle spugne di profondità aprono la strada ad innovative applicazioni in ambito tecnologico. Sono in corso attività di ricerca, infatti, per la realizzazione di nuovi e più efficienti reattori chimici e sistemi di trattamento dell’aria, basati sui flussi interni alla spugna, o innovative strutture civili, come avveniristici grattacieli, più sottili ma più resistenti di quelli attualmente costruiti o in costruzione. Oltre a queste soluzioni innovative, sarà possibile realizzare strutture aero-navali con prestazioni migliorate in termini di resistenza ed efficienza.
Il Premio Aspen Institute Italia per la collaborazione e la ricerca scientifica tra Italia e Stati Uniti è stato istituito nel dicembre 2015 nel quadro del costante impegno dell’Istituto per l’internazionalizzazione della leadership e per le relazioni transatlantiche. Il riconoscimento viene assegnato ogni anno a una ricerca nell’ambito delle scienze naturali, teoriche o applicate, frutto della collaborazione tra scienziati e/o organizzazioni di ricerca dell’Italia e degli Stati Uniti. Il Premio, che assegna alla ricerca vincitrice 40.000 euro lordi, consolida l’impegno dell’Istituto nei confronti dell’organizzazione di iniziative e incontri di approfondimento su temi connessi alla cultura scientifica e all’innovazione tecnologica, con particolare riferimento alla loro rilevanza per l’Italia.
