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La terra, le acque, le montagne, le strade e i binari, le forze che la natura agita e quelle che l’uomo mette in campo, sembrano prendere forma camminando attraverso i 4000m2 del Campus Leonardo, dove sono stati concentrati – e riqualificati – i laboratori di ricerca del DICA (Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale) del Politecnico di Milano. Da una porta all’altra, da pochi passi all’altro, si attraversano: il Laboratorio di Ingegneria Ambientale; il Laboratorio di Diagnostica e Indagine sui Materiali del Costruito; il Laboratorio interdipartimentale Solid-liquid Interface Nanomicroscopy and Spectroscopy Lab e la Collezione Petrografica.

«Avevamo l’esigenza di unirci in un unico ambiente» racconta l’Alumnus e docente Attilio Frangi, Direttore del Dipartimento, «qui convivono tutte quelle competenze che ci permettono di essere uno degli attori fondamentali in tema di sostenibilità e rinnovo del sistema infrastrutturale italiano, che siano infrastrutture di aria, di trasporto o idrauliche». Quali sono le fragilità dell’ambiente naturale e di quello costruito, e che interventi questi laboratori mettono letteralmente in campo? «In molte situazioni – risponde Frangi – per la natura dei materiali impiegati e per i limiti dei metodi costruttivi adottati, le infrastrutture dei trasporti, dell’energia, dell’acqua sono nella fase finale della loro vita utile. Sono nate cinquanta, cento anni fa e hanno bisogno di un rilancio che copra altri cinquanta, cento anni. Si parla di una vera e propria rigenerazione. Inevitabilmente le dobbiamo ammodernare o addirittura sostituire mentre le usiamo, poiché hanno una tale centralità nella nostra vita che non ci è possibile interromperne l’esercizio senza colpire la stabilità degli insediamenti umani che ormai ne dipendono. A questa sfida impegnativa per gli ingegneri civili e ambientali se ne aggiunge un’altra: dobbiamo rigenerare gli asset infrastrutturali ricordiamoci che il mondo delle costruzioni è responsabile per circa il 40% delle emissioni complessive di gas serra. Le infrastrutture, non devono solo assolvere a un compito, ma devono essere sostenibili, e quindi integrate con le esigenze della comunità e del territorio sul quale insistono».

Visitando i laboratori si ha la sensazione che in queste sale si lavori al presente e al futuro panorama italiano, che si studino e si mettano alla prova scenari. «Un tempo si finanziava la costruzione di un’infrastruttura dimenticandosi di prevedere cosa sarebbe potuto accadere al fine vita di questa – riflette Frangi – ed è il motivo per il quale oggi il nostro territorio è costellato di eco-mostri. Fino a poco tempo fa c’era chi progettava e chi protestava, e ad una prima occhiata il nostro dipartimento potrebbe contenere due anime diverse: da una parte i progettisti che sviluppano le strutture dall’altra l’anima ambientale, come fossero in contrapposizione. L’approccio oggi è cambiato anche a causa di tutte le tragedie vissute sulle nostre infrastrutture e queste due anime collaborato fin dall’inizio in modo da rendere le infrastrutture, che sono necessarie e imprescindibili, compatibili con l’ambiente naturale in cui viviamo». Gli chiediamo un esempio concreto di queste sinergie: «Oggi un ingegnere civile non può non essere anche ambientale, o meglio, un team di ingegneria civile non può non includere tutte e due le presenze e lavorare collettivamente per la sostenibilità dell’infrastruttura secondo una logica di life cycle thinking. Si deve progettare una infrastruttura prevedendo sin dall’inizio tutte le fasi: costruzione, servizio, refitting, dismissione. Strettamente connesso a questo vi è il tema del life cycle assessment, che è una metodologia per valutare l’impronta ambientale di un intervento lungo il suo intero ciclo di vita. partire dalle fasi di estrazione delle materie prime costituenti il prodotto, alla sua produzione, distribuzione, uso e sua dismissione finale, includendo la possibilità; di riciclo. Per citare uno dei tanti nostri progetti in corso, alcuni nostri gruppi di ricerca propongono il riuso di fanghi da inceneritore che dopo un processo di inertizzazione e frantumazione possono essere riutilizzati in sostituzione degli aggregati e del cemento nel calcestruzzo, riducendo il consumo di risorse naturali e di cemento.

E questo non solo per le infrastrutture civili ma anche per le reti di distribuzione delle risorse e nell’ambente naturale. Come esempi possiamo citare il riuso di acque di irrigazione, o il recupero di nutrienti da acque reflue. Un lavoro di questo tipo coinvolge competenze ambientali, competenze legate alla caratterizzazione geomeccanica del materiale inertizzato e competenze della meccanica dei materiali e delle strutture, nel momento in cui si valuta la fattibilità del loro riutilizzo come materiale da costruzione».

Chiediamo all’Alumnus Frangi di delineare il tratto comune, che non solo fisicamente ma anche idealmente, avvicini tutte le figure presenti nei diversi laboratori. «Direi che il tratto comune è un tratto propriamente politecnico: l’ingegnere è poliedrico, e in questi laboratori emerge una fortissima multidisciplinarietà, fondamentale per affrontare tematiche e problematiche altrettanto multi-disciplinari».

Approfondisci le caratteristiche di ciascun laboratorio raccontate da chi ci lavora ogni giorno sul MAP 13, la rivista degli alumni del Politecnico di Milano, a questi link:

Alla guida del Laboratorio di Modellistica e Calcolo Scientifico MOX del Dipartimento di Matematica del Politecnico di Milano c’è la professoressa Paola Antonietti, principal investigator nel team che si è aggiudicato il Synergy Grant dell’ERC – Consiglio Europeo della Ricerca: un finanziamento pari a 7,8 milioni di euro per un periodo di sei anni. 

I numeri l’hanno affascinata da subito, tanto che Antonietti non ricorda un momento preciso in cui ha incominciato a esserne attratta. «È stato tutto molto naturale. Da bambina mostravo interesse per i giochi di logica e per quelli di costruzione come Lego e Meccano, che smontavo e rimontavo. E da ragazzina ho continuato a fare la stessa cosa con il computer: ricordo pomeriggi interi passati sul Commodore 64, per cercare di carpirne i segreti. È così che, man mano, mi sono appassionata a ciò che amo tuttora: risolvere problemi, trovare schemi, categorizzare, astrarre». La 43enne milanese non poteva immaginare che quella passione l’avrebbe condotta non solo a laurearsi in Matematica con lode, ma anche a vincere una borsa di studio che l’avrebbe portata a conseguire il dottorato in Matematica e Statistica all’Università di Pavia, per poi diventare ricercatrice presso la School of Mathematical Sciences dell’Università di Nottingham e, infine, costruirsi una carriera all’interno del Politecnico di Milano. Qui, dopo anni di ricerca e insegnamento, dal 2019 è Professore Ordinario di Analisi Numerica e dal 2023 responsabile del Laboratorio di Modellistica e Calcolo Scientifico MOX del Dipartimento di Matematica. «E pensare che dopo il liceo scientifico volevo iscrivermi a Medicina! Ma la mia famiglia e la professoressa di matematica e fisica mi hanno spinta ad assecondare il mio talento per la matematica. Anche se poi, al di là della materia, ciò che ha contato di più è che adoro studiare, per cui, semplicemente, ho fatto in modo di studiare per tutta la vita. Non mi perdo mai d’animo: se qualcosa non mi riesce, non demordo; più una questione è complicata, più mi sento stimolata a impegnarmi al massimo per scovare una soluzione. E questo, in un settore competitivo come quello scientifico-accademico, ha fatto la differenza». 

Oggi i risultati si vedono, e non sono solo tappe di crescita professionale individuale elencate in un curriculum. Con Nemesis (acronimo di NEw GEneration MEthods for Numerical SImulationS), progetto di ricerca internazionale che la vede al fianco di Lourenço Beirão da Veiga (Università degli Studi di Milano-Bicocca), Daniele Di Pietro (Université de Montpellier) e Jérôme Droniou Jérôme Droniou (direttore di ricerca del CNRS – Centre National de la Recherche Scientifique), Antonietti è impegnata nello sviluppo di metodi numerici di nuova generazione, metodi creati a partire da basi teoriche e messi in pratica attraverso l’uso di supercomputer, allo scopo di risolvere le sfide globali e tecnologiche del XXI secolo, principalmente nel campo della sostenibilità. Di recente il team ha ottenuto un riconoscimento importante: il gruppo di lavoro si è aggiudicato uno dei 37 Synergy Grant dell’ERC.

«Il progetto Nemesis è una grande iniziativa europea finanziata per migliorare la simulazione numerica di fenomeni complessi», spiega lei. «Quando vogliamo modellare fenomeni fisici, come quelli nell’ingegneria o nelle scienze, usiamo equazioni matematiche. Tuttavia, tali equazioni sono spesso troppo complesse per essere risolte direttamente, ed è qui che intervengono i metodi numerici per approssimare le soluzioni tramite calcolatori. La nostra ambizione è, allora, di sviluppare metodi migliori, più precisi ed efficienti, di quelli già esistenti, per poter elaborare approssimazioni di fenomeni complessi e implementarle su computer dotati di una potenza di calcolo estremamente elevata. A tale scopo ricorriamo a griglie di calcolo più flessibili, chiamate “politopali”, diverse dagli elementi standard, ossia da quelle forme geometriche comuni e regolari – cubi, prismi, tetraedri, esaedri ecc. – comunemente usate per semplificare la rappresentazione di un dominio di calcolo. Diverse in quanto capaci di adattarsi liberamente ai contorni o alle geometrie dei fenomeni reali che si stanno simulando». Ovvio che tutto ciò possa suonare astruso a chiunque non mastichi la matematica, ma di fatto è come se si dovesse rappresentare un paesaggio: secondo i metodi tradizionali si potrebbero usare piccoli quadrati o triangoli per raffigurare il terreno, il cielo, gli alberi, ma se il paesaggio è particolarmente irregolare o presenta delle peculiarità rispetto ad altri, quelle figure geometriche rigide potrebbero rivelarsi limitanti e per una rappresentazione più accurata sarebbe, dunque, più corretto ricorrere a pezzi di cartoncino flessibile modellati ad hoc.

«Siamo in una fase di trasformazioni epocali, che si stanno compiendo davanti ai nostri occhi a una velocità mai vista prima», osserva Antonietti. «In questo contesto il linguaggio universale della matematica, ovvero la capacità di descrivere fenomeni quantitativi attraverso equazioni, è fondamentale. Perché le stesse equazioni matematiche possono essere sfruttate per studiare sia come il sangue circola nel cervello, sia come un inquinante si diffonde nell’acqua; sono solo i valori dei parametri fisici e geometrici a cambiare e questo ci consente di compiere simulazioni virtuali per ottenere risposte dettagliate e quantitative a problematiche di vario genere. Per esempio, potremmo voler valutare gli effetti di un terremoto potenziale, predire il rischio di problemi cardiaci dopo un’aritmia, ottimizzare la forma e la resistenza degli pneumatici, personalizzare i trattamenti di radioterapia per pazienti con tumori». 

È quanto fanno i ricercatori di MOX, le cui simulazioni virtuali e analisi dei dati fungono da «laboratori digitali che permettono di esplorare e quantificare una vasta gamma di fenomeni», per dirla con Antonietti, ispirata in questo dal professore di fama mondiale Alfio Quarteroni, il matematico padre fondatore del MOX, alla guida dello stesso dal 2002 al 2022. «Gli devo molto, è grazie alla sua innovativa visione che ho assimilato un modo di fare matematica al servizio delle sfide concrete e realizzato quanto conti, in tutto ciò, confrontarsi costantemente con i colleghi di altre discipline, dagli ingegneri ai designer, dagli architetti agli scienziati applicati. All’inizio non è stato tutto rose e fiori, avevo alle spalle un percorso diverso, per cui i primi anni al Politecnico non sono stati facili. Ma all’Università di Pavia avevo avuto maestri eccezionali: penso alle mie direttrici di tesi di dottorato, le professoresse Annalisa Buffa, ora all’École Polytechnique Fédérale di Losanna (EPFL), e Ilaria Perugia, attualmente all’Università di Vienna, così come a Franco Brezzi e a Donatella Marini. Questo mi ha aiutata e oggi sono fiera di essere parte di una realtà così prestigiosa: secondo l’ultimo QS World University Rankings, il Dipartimento di Matematica del Politecnico di Milano si classifica primo in Italia, 11esimo in Europa e 34esimo nel mondo, tra i competitor nella stessa materia».

Nel frattempo, anche il MOX è cresciuto: nell’anno della sua fondazione contava una decina ricercatori, oggi siamo a circa un centinaio. Il fulcro è la ricerca problem driven di carattere transdisciplinare e interdisciplinare, finalizzata all’applicazione negli ambiti più disparati, dalle neuroscienze all’ecologia, dai processi manifatturieri alla mobilità sostenibile alla digitalizzazione. «Sulla stessa linea, in Nemesis l’aspirazione è di sviluppare una nuova generazione di metodi numerici superando le barriere attuali, anche attraverso il perfezionamento delle capacità predittive con tecniche di intelligenza artificiale. Il cuore di questa ricerca sono i metodi politopali di cui sopra, che supportando griglie di calcolo composte da elementi di qualunque forma e superando così il paradigma classico, rendono possibile sia un’eccezionale capacità di approssimazione dei dati e del dominio o campo di applicazione, sia l’integrazione diretta di leggi fisiche specifiche nell’ambito numerico – integrazione che permette di rispecchiare la reale struttura del problema fisico in esame –, sia una massimizzazione dell’elaborazione computazionale». 

L’obiettivo primario è di congegnare un quadro matematico rigoroso e algoritmi efficienti per abilitare e agevolare questo nuovo modo di fare simulazioni che, in ultimo, andranno a determinare le strategie politiche nei vari settori. «In particolare, come team Nemesis ci occuperemo di mitigazione degli effetti delle attività antropiche nel sottosuolo, per esempio costruendo scenari virtuali per prevedere gli effetti delle attività di stoccaggio della CO2 o della produzione di energia geotermica. E ancora, di equazioni della magnetoidrodinamica o MHD, cioè delle istruzioni matematiche che ci raccontano come si comportano i liquidi conduttori di elettricità in presenza di un campo magnetico, utilizzate per studiare i complessi meccanismi della fusione nucleare, la meteorologia spaziale e molto altro. Le equazioni MHD rivestono un ruolo chiave nella modellazione al calcolatore dei processi di produzione dell’alluminio, che sono ad alta intensità energetica e che necessitano, perciò, di essere ottimizzati nel rispetto dell’ambiente».

All’epoca della sua laurea si parlava ancora poco di gender gap nelle discipline STEM (Scienze, Tecnologia, Ingegneria e Matematica), argomento oggi al centro del dibattito pubblico e da tempo una priorità per il Politecnico, dove le donne sono meno del 30% dei 47000 studenti e dei 1400 ricercatori. «C’è ancora molta strada da fare, ma le cose stanno cambiando», commenta Antonietti. «Sono state introdotte azioni concrete in tal senso: tra le tante, attività di orientamento rivolte alle studentesse delle scuole superiori verso le materie STEM, borse di studio per studentesse che scelgono di immatricolarsi ai corsi di ingegneria con minore presenza femminile, asili nido e centri estivi per la comunità universitaria… Come mamma di due figlie femmine di 6 e 11 anni posso testimoniare che sono iniziative che possono fare la differenza: gli esempi sono più incisivi delle parole e credo sia essenziale dimostrare con i fatti, alle bambine e alle giovani ragazze, che “si può fare”. Cosa che per me vale anche nel privato: nella mia famiglia non vige alcuna separazione dei ruoli». Quanto all’ambito professionale, Antonietti afferma di non avere «mai sentito il peso di essere una donna, nemmeno quando, come spesso accadeva e accade, ero l’unica donna al tavolo». Ma sottolinea di aver «sperimentato, negli anni, il peso della segregazione orizzontale – le donne nelle materie STEM sono sotto-rappresentate – e di quella verticale, legata alla disparità di genere nei ruoli apicali». E continua: «Serve un cambiamento culturale. Sotto questo aspetto la Commissione Europea, tramite l’inserimento della dimensione di genere in tutte le politiche di sviluppo, sta facendo molto: i segnali di un progresso iniziano a vedersi un po’ ovunque, non è un caso che il Politecnico sia oggi guidato, per la prima volta dalla sua nascita, da una rettrice».

Anche da questa prospettiva, aggiudicarsi un ERC Synergy Grant è un traguardo da festeggiare: quest’anno, su 395 progetti che hanno partecipato al bando, solo 37, cinque dei quali partecipati da scienziati italiani, hanno ottenuto il finanziamento, coinvolgendo 135 ricercatori chiamati a realizzarli presso 114 università e centri di ricerca in 19 Paesi europei e non solo. «Quella di ERC è senza dubbio la linea più prestigiosa di finanziamento della ricerca a livello europeo», dichiara Antonietti. «Sono orgogliosa di questo traguardo raggiunto con Nemesis, anche perché a essere valutate sono proposte in ogni campo della scienza, senza argomenti predefiniti e valutate sulla base del solo criterio dell’eccellenza scientifica». E gettando lo sguardo indietro, a quando, ancora bambina, si divertiva ad assemblare i mattoncini del Lego, precisa: «Non sono ossessionata dalla matematica, mi piace anche leggere, anzi, sono una divoratrice di libri. E ce n’è uno che per me ha significato tantissimo, “Cuore” di Edmondo De Amicis: mi fu regalato alle elementari dalla maestra, come premio per essere stata una lettrice d’eccezione, e mi ha accompagnata nei momenti più importanti della mia vita, quando sono andata via di casa, quando mi sono sposata, quando l’ho passato alle mie figlie. Perché è un inno all’educazione, al rispetto, alla gentilezza, alla gratitudine, al coraggio, al sacrificio, ed è dall’educazione e dalla cultura che passano i valori imprescindibili di tutela e difesa dei diritti di tutti».

Nella classifica 2023 dedicata all’Europa (fonte: QS University Rankings), il Politecnico di Milano si posiziona nel top 7% delle migliori università presenti in graduatoria (690 in totale). Rimane saldo in prima posizione in Italia, mentre nella classifica mondiale raggiungiamo la posizione più alta della nostra storia, classificandoci quest’anno al 123° posto su un totale di 1500 università globali. Per la prima volta il Politecnico entra nel top 9% delle università di eccellenza a livello mondiale.

Sempre secondo QS, i dati confermano l’ottima performance dell’Ateneo, che si posiziona tra le prime 20 università al mondo nei campi del Design (8° posizione), dell’Architettura (10° posizione) e dell’Ingegneria (18° posizione).

Avete spesso occasione di leggere notizie come questa: di “ranking”, cioè classifiche universitarie, si parla sempre di più. Ma cosa sono? Su quali criteri si basano? E soprattutto… ci interessano davvero?

CHI FA LE CLASSIFICHE

Esistono decine di ranking, tra classifiche e sotto-classifiche. In genere, sono realizzate da società private, dall’editoria alla consulenza. Per esempio, c’è il ranking formulato da Times Higher Education, periodico britannico. Il ranking “di Shanghai”, come viene chiamato informalmente, è pubblicato dalla ShanghaiRanking Consultancy. La classifica Qs, citata sopra, è realizzata da Quacquarelli Symonds.

Nessuna classifica è “definitiva”: ce lo spiega Francesca Saracino, Head of CareerService al Politecnico di Milano: “Quelle citate sono le classifiche che hanno maggiore impatto mediatico, ma non esiste un organismo sovranazionale indipendente che definisca una volta per tutte i parametri per decidere quale sia l’università migliore. Esistono diversi punti di vista e soprattutto diversi sistemi accademici, non c’è quindi un accordo di base, universale e internazionale su cosa sia l’università: alcune fanno ricerca, altre no; ci sono università che coprono tutte le materie, altre, come la nostra, sono molto focalizzate. Le rilevazioni adottano quindi metodologie diverse, prendono in considerazione indicatori diversi e, di conseguenza, anche i risultati che ottengono variano in maniera consistente”.

MA QUINDI, A COSA SERVONO?

Questo panorama così variegato rispecchia la varietà di orientamenti delle diverse zone geopolitiche nei confronti del sistema accademico e universitario. Insomma, potrebbe capitarvi di leggere che il Politecnico è primo in una determinata classifica, 50° in un’altra, in un’altra ancora non venga proprio nominato. Ma è sempre bene tenerne conto. Prima di tutto, continua Saracino, “Gli studenti hanno imparato che uscire da un’università ben posizionata rappresenta un vantaggio competitivo per accedere a carriere prestigiose, perché ci sono aziende che guardano alle classifiche, quando assumono. Vale anche per i ricercatori, che attraverso le classifiche si tengono aggiornati sulle università più forti nei campi di loro interesse. In questo senso, i ranking hanno una finalità di attrazione di talenti a livello internazionale, perché hanno un marketing così forte da raggiungere qualsiasi angolo del mondo. Sono poi un utile strumento di confronto per le università stesse: possiamo vedere come si posizionano i nostri competitor e prendere decisioni strategiche di conseguenza”.

I RANKING SONO UN TERMOMETRO PER LA SALUTE DELL’ATENEO

Sono quindi uno strumento, più che un fine. E in questo senso è utile sapere quali siano gli indicatori in cui siamo forti e quelli sui quali dobbiamo ancora lavorare. Ci aiutano anche a farci un’idea delle criticità degli ecosistemi nazionali e internazionali nei quali siamo inseriti.

Per esempio, nell’indicatore “Faculty Student”, che misura il numero di docenti per studente, le università italiane non vanno forti, perché il reclutamento dei docenti ha limiti strutturali definiti, dal Ministero dell’Università e della Ricerca.

Siamo invece molto forti in Employer Reputation, un indicatore che valuta le opinioni dei datori di lavoro a livello globale su come le università formano i laureati per il mondo del lavoro. Ci premia anche l’Academic reputation, basato sulle risposte a un sondaggio di migliaia di accademici chiamati a stilare l’elenco delle Università più autorevoli nella propria disciplina scientifica. Il nostro Ateneo si posiziona tra le prime 100 università al mondo per reputazione accademica e aziendale. Anche gli indicatori di internazionalizzazione, come il numero di docenti e studenti internazionali sono in miglioramento negli ultimi anni. È particolarmente rilevante il punteggio elevato ottenuto nel nuovo indicatore dell’International Research Network, che valuta il livello di collaborazione internazionale nella ricerca scientifica.

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Gli Alumni possono unirsi alla comunità internazionale dei referenti aziendali e condividere la loro opinione con QS su quali siano le migliori università nel mondo. Chi desidera farlo, può registrarsi per esprimere il proprio interesse a partecipare alla QS Global Employer Survey 2024: QS potrebbe contattare gli interessati via email entro i primi mesi del 2024, invitandoli a partecipare alla survey. Le risposte verranno lette in maniera aggregata per costruire gli indicatori di Employer Reputation che figurano nel QS World University Rankings. Registrati a questo link

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