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Nei prossimi anni, i ricercatori del Politecnico di Milano si occuperanno di temi “scottanti” come il riscaldamento globale, la transizione energetica, l’applicazione etica di algoritmi decisionali e molti altri temi che avranno un grande impatto sulla società e sulle vite di tutti.

È il caso di questi 17 giovani ricercatori che sono arrivati negli ultimi anni o stanno per arrivare nei dipartimenti del nostro Ateneo tramite una “Marie Curie Individual Fellowship”: un assegno di ricerca europeo pensato proprio per i giovani scienziati che si occupano di temi cruciali a livello internazionale. Ciascuno di loro è seguito da un supervisor, cioè un docente o un ricercatore esperto della materia che accompagna il grantee MSCA nello sviluppo del progetto di ricerca e allo stesso tempo ne arricchisce la formazione.

Scopriamo di cosa si occuperanno:

COME CONSERVARE L’ENERGIA?

Usando tecniche di deep-learning, Boon vuole sviluppare nuovi e più efficienti modelli per descrivere e prevedere il comportamento del flusso nel sottosuolo per capire come stoccare energia da fonti rinnovabili in modo sicuro. Boon è uno dei ricercatori che si sono appoggiati alla MSCA Master Class del Politecnico, un percorso che affianca i migliori post-doc da tutto il mondo che vogliono candidarsi a un grant Marie Curie e scelgono il nostro Ateneo come host institution: “La masterclass mi ha insegnato come allineare la mia proposta con gli obiettivi principali della MSCA Individual Fellowship e mi ha dato preziosi consigli”.      

CITTÀ PIÙ FRESCHE

Colaninno affronterà il fenomeno noto come Urban Heat Island e svilupperà un sistema di supporto alle decisioni per la pianificazione e la progettazione del clima con l’obiettivo di rendere vivibili le città nei periodi estivi. Il sistema sarà testato su tre aree urbane a Los Angeles, Amsterdam e Milano.

PARTICELLE E PROCESSI ULTRAVELOCI

Reduzzi lavorerà all’interno del gruppo del prof. Nisoli (abbiamo raccontato il suo progetto ERC, TOMATTO, nel numero 9 di MAP). “HETRUSQ ha l’obiettivo di esplorare studiare processi di charge transfer in materia organica su scale temporali nell’ordine dell’attosecondo e l’interazione tra le molecole e il loro ambiente circostante naturale, l’acqua”. Scopri di più a questo link

OTTENERE LASER USANDO POCHISSIMA ENERGIA

Genco studia polaritoni, particelle che possono essere sfruttate per ottenere sorgenti di luce coerente (laser) con materiali innovativi e a bassa soglia, che richiedono pochissima energia: “le potenziali ricadute nel mondo delle telecomunicazioni e del computing, per esempio, sono molto promettenti sia in termini di velocità che di impatto ambientale”. Scopri di più a questo link

UN ALGORITMO PUÒ ESSERE “EQUO”?

“Il modo in cui si guarda ai dati porta a conclusioni diverse. E non si basa soltanto su considerazioni scientifiche ma anche morali. Sono le nostre idee, i nostri valori che ci dicono come leggere i dati per tirarne fuori un giudizio sull’equità dell’algoritmo”. Scopri di più a questo link

ENERGIE RINNOVABILI E PROBLEMI DI INTERMITTENZA

Bajada ha l’obiettivo di individuare e creare nuovi materiali in grado di convertire energia da fonti rinnovabili in energia chimica per risolvere i problemi di intermittenza associati alle energie rinnovabili. Scopri di più a questo link

LA CRISI DEL SONNO

SCRAPS studierà quella che medici e psicologi in tutto il mondo chiamano “crisi del sonno”. De Cristofaro analizzerà opere di narrativa, saggistica e cultura digitale per indagare l’impatto dei tempi della produttività sulla salute e la relazione tra salute individuale e ideologie neoliberiste. Scopri di più a questo link

ESTRARRE MATERIALI PREZIOSI DALLE COMETE

Trisolini lavorerà allo sviluppo di un sistema innovativo e autonomo per l’estrazione di materiali rari e preziosi che potrebbero trovarsi all’interno di asteroidi e comete. “Ho scelto il Politecnico come host institution per l’esperienza e il background tecnico del gruppo di ricerca in cui sono inserito e le radicate collaborazioni, anche internazionali, a cui ha accesso”. Scopri di più a questo link

PREVENIRE I RISCHI DELLO SFRUTTAMENTO DEL SUOLO

Tramite simulazioni numeriche è possibile prevedere gli effetti dello sfruttamento del suolo. Il progetto PDGeoFF ha l’obiettivo di sviluppare un quadro matematico e numerico per prevenire i rischi connessi a diverse attività geologiche umane come la produzione di energia geotermica e la raccolta e lo stoccaggio di CO2.

AGRICOLTURA RESISTENTE AI CAMBIAMENTI CLIMATICI

Aumento delle temperature, diminuzione delle precipitazioni, alluvioni e siccità mettono a rischio la produttività del settore agricolo. Ricart lavora modelli che descrivano il comportamento degli agricoltori e intende capire come questi modelli possano rendere l’agricoltura sostenibile, flessibile e adattabile ai cambiamenti climatici.

NANOANTENNE PER GENERAZIONE DI SECONDA ARMONICA

La generazione di seconda armonica è un processo ottico con applicazioni promettenti nella spettroscopia, nella commutazione ottica ultraveloce e nell’elaborazione ottica delle informazioni. Feichtner sta studiando come massimizzarne la generazione fabbricando nanoantenne a contatto elettrico con punte ultrasottili e spazi ultra-stretti e svilupperà modelli numerici per ottimizzare le geometrie delle nanoparticelle.

BIOGAS AL CENTRO DELLA TRANSIZIONE ENERGETICA

Il biogas rappresenta un’importante fonte energetica che svolge un ruolo centrale nella rivoluzione energetica. Il progetto Biogas2Syngas studia e sviluppa tecnologia e modelli per sfruttare questa risorsa affrontandone alcune delle sfide principali, come il miglioramento del ciclo di vita e delle prestazioni del catalizzatore.

GUARDARE LE MOLECOLE MOLTO DA VICINO

Ghosh sta sviluppando una tecnica spettroscopica di nuova generazione molto sensibile alla struttura tridimensionale delle bio-molecole, per osservarne il movimento in tempo reale mentre la loro struttura cambia nel corso di un processo biologico. Tra le varie applicazioni, nel campo della chimica strutturale, questa tecnica offrirà strumenti per la lotta all’Alzheimer, al Parkinson e al fotodanneggiamento del DNA.

OTTENERE IDROCARBURI DAL METANOLO

Torstein Fjermestad, 41 anni

EMPaTHY: use of multiscale modElling to Minimize coke ProducTion during the methanol-to- HYdrocarbon process

2019-2021

Finanziamento: 171.473,28

DIPARTIMENTO DI ENERGIA (DENG)

Supervisor: Matteo Maestri

Keywords: Multiscale modelling; Computational fluid dynamics; Molecular dynamics; Density functional theory calculations

Il metanolo può sostituire i combustibili fossili come fonte di idrocarburi validi, offrendo una via verso combustibili e prodotti chimici più sostenibili. È un processo conosciuto dagli anni ’70, ma è stato implementato industrialmente solo nell’ultimo decennio e deve ancora superare diverse sfide tecniche, di cui si occuperà Fjermestad con il progetto EMPaTHY.

UN MODELLO DI ORGANO SU CHIP PER L’OSTEOARTRITE

Occhetta userà la tecnologia degli organi su chip per creare un modello di articolazione colpita da osteoartrite che possa ricreare la complessità di questa malattia, utilizzabile per studiare i meccanismi che la regolano e la risposta ai farmaci.

GUIDA SPAZIALE AUTONOMA

Gaias sta sviluppando una soluzione tecnologica per la rimozione di grandi satelliti difettosi che inquinano le orbite strategiche terrestri. La sfida più grande è lo sviluppo di un sistema di navigazione e controllo di guida spaziale autonomo robusto e avanzato, per il quale Gaias collabora con D-Orbit, azienda leader nel settore fondata dall’Alumnus Luca Rossettini.

FANTASMI IN SALA OPERATORIA

Ad oggi, l’addestramento dei chirurghi presenta diversi limiti. Una potenziale soluzione è l’uso di modelli sintetici artificiali, noti anche come “Phantoms”: riproduzioni di parti e organi umani che consentono al chirurgo di esercitarsi nel posizionamento delle strutture anatomiche e nella coordinazione della mano. Forte ha l’obiettivo di migliorare questi supporti con feedback tattile affidabile e di modelli di deformazione dei tessuti reali.

Dal 2014 a oggi

In totale sono 24 i ricercatori MSCA che, dal 2014, hanno scelto il Poli come “host institution”. La Commissione europea li ha finanziati per un totale di circa 4 milioni e mezzo di euro e il loro lavoro ha generato pubblicazioni scientifiche, creazione di nuove linee di ricerca e consolidamento di importanti collaborazioni scientifiche internazionali. I ricercatori che seguono hanno concluso i loro progetti MSCA, alcuni hanno proseguito le loro ricerche nei nostri laboratori, tra cui Edoardo Albisetti, del dipartimento di Fisica, ha recentemente vinto un grant ERC. Altri si sono spostati in altre università in tutto il mondo, portandosi dietro un pezzo del DNA politecnico.

Tommaso Lotti, 38 anni

POLIS: Studying the bricks of microbial cities: characterization and structural properties of exopolysaccharides and their interaction with proteins and cations in anammox granular sludge

2015-2017

DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA CIVILE E AMBIENTALE (DICA)

Supervisor: Francesca Malpei

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Etica, salute, fisica dei processi ultraveloci, esplorazione spaziale, energia e sostenibilità: sono solo alcuni dei temi portati avanti dai giovani ricercatori del Politecnico di Milano, nell’ottica sempre più centrale della ricerca responsabile e dell’impatto delle tecnologie nella società.

La Commissione europea in particolare è uno dei maggiori alleati della ricerca in Ateneo in questo senso e offre diversi strumenti per il reclutamento di giovani e bravi ricercatori con un profilo internazionale. Uno dei più importanti è quello dei grant “Marie Curie Individual Fellowship”: assegni di ricerca dedicati a giovani ricercatori che si occupano di temi cruciali per la società.  

Dal 2014, attraverso il programma europeo Horizon 2020, il Politecnico ha accolto 24 ricercatori MSCA fellows. Sei di loro iniziano il loro progetto al Poli nel 2021: ve li raccontiamo.

DIPARTIMENTO DI ARCHITETTURA E STUDI URBANI

Cosa significa essere un soggetto nel XXI secolo? Se lo chiede Diletta De Cristofaro, 34 anni. Il suo progetto, SCRAPS: writing the Sleep CRisis: 24/7 cAPitalism and neoliberal Subjectivity , studierà quella che medici e psicologi in tutto il mondo chiamano “crisi del sonno”. La ricercatrice analizzerà opere di narrativa, saggistica e cultura digitale per indagare l’impatto dei tempi della produttività sulla salute e la relazione tra salute individuale e ideologie neoliberiste.

La sua base sarà il META, gruppo di ricerca del Politecnico che si occupa di questioni filosofiche, epistemologiche, etiche e sociali relative ai processi della scienza, della tecnologia e dell’innovazione.

De Cristofaro ha una laurea in filosofia a Milano e un dottorato in studi americani in Inghilterra, dove ha vissuto e fatto ricerca 10 anni prima di approdare al Politecnico: “è il posto giusto per esplorare il rapporto tra essere umano e tecnologia – commenta De Cristofaro – rapporto fondante delle nostre identità”.

È una dei ricercatori che si sono appoggiati alla MSCA Master Class del Politecnico, un percorso che affianca i migliori post-doc da tutto il mondo che vogliono candidarsi a un grant Marie Curie e scelgono il nostro Ateneo come host institution: “è stata un’opportunità inestimabile. Attraverso questa masterclass, ho sviluppato una comprensione più approfondita dell’applicazione e del processo di valutazione MSCA e ho appreso i migliori suggerimenti e strategie che mi hanno aiutato a dare forma a un’applicazione di successo”, ha commentato la ricercatrice.       

DIPARTIMENTO DI MATEMATICA

Anche Michele Loi arriva da un background umanistico: 42 anni, laurea in filosofia a Cagliari e dottorato alla Luiss di Roma. Da 5 anni In Svizzera, prima in ETH e poi all’Università di Zurigo, si occupa di etica applicata ai dati, in particolare dati medici, big data e algoritmi.

“I dati non sono tutto”, commenta Loi. “Il modo in cui si guarda ai dati porta a conclusioni diverse. E non si basa soltanto su considerazioni scientifiche ma anche morali. Sono le nostre idee, i nostri valori che ci dicono come leggere i dati per tirarne fuori un giudizio sull’equità dell’algoritmo”.

Il dibattito è particolarmente rilevante in rifermento all’assistenza clinica, dove gli algoritmi di apprendimento automatico vengono utilizzati per migliorare le diagnosi, le scelte terapeutiche e, in generale, le azioni del sistema sanitario. Proprio su questo si concentrerà il progetto MSCA di Loi: “Fair predictions in health”.

Poiché infatti i modelli di apprendimento automatico dipendono dalle informazioni raccolte storicamente, le popolazioni che hanno subito o subiscono discriminazioni strutturali rischiano ulteriori danni a causa di proiezioni imprecise che, per esempio, possono determinare scelte inique nell’allocazione di risorse, rafforzando le disuguaglianze nell’accesso ai servizi della salute.

“Il mio obiettivo è quello di sviluppare un framework di lavoro condiviso che permetta di tradurre alcuni assunti morali in vincoli di programmazione. Questi assunti morali devono essere resi espliciti e comunicati in modo comprensibile agli stakeholders. Dovremo identificare una serie di problemi di equità nei modelli utilizzati, ad esempio, per prevedere come un paziente reagirà ad una cura e capire come collegare alcuni principi etici con alcune formulazioni matematiche tipiche della computer science.

Vorrei anche lavorare alla costituzione di un “Fairness Lab”, un laboratorio che visualizzi i possibili significati e modi diversi di leggere i dati sotto la guida di principi etici. Per questo ho scelto il Poli: mi sono reso conto che, per poter dare un reale contributo alla società, da filosofo mi devo confrontare con persone che si occupano di matematica e statistica. Oggi non è possibile fare etica senza confrontarsi con ciò che è matematicamente impossibile”.

DIPARTIMENTO DI FISICA

Maurizio Reduzzi, 33 anni, Alumnus ingegneria fisica e PhD, dopo il Politecnico ha lavorato a UC Berkeley, California, e all’ICFO – The Institute of Photonic Sciences di Barcellona. Si è sempre occupato di fisica dei processi ultraveloci (in particolare di attosecond science), disciplina in cui il Politecnico è storicamente all’avanguardia.

Questo ha riportato Reduzzi alla sua Alma Mater con un grant MSCA per il progetto HETRUSQ: HETeRoaromatic biomolecules Ultrafast Spectroscopy in liQuids. Lavorerà all’interno del gruppo del prof. Nisoli (abbiamo raccontato il suo progetto ERC, Tomatto, nel numero 9 di MAP).

“Tomatto si occupa di studiare processi di charge transfer su scala temporale molto breve (da pochi femtosecondi a poche decine di attosecondi) in materia organica”, spiega Reduzzi. “Con HETRUSQ userò tecniche simili, con l’obiettivo di esplorare l’interazione, sulle stesse scali temporali estreme di TOMATTO, tra le molecole e il loro ambiente circostante naturale, l’acqua”.

Gli esperimenti riguarderanno soprattutto molecole eteroaromatiche che costituiscono i componenti fondamentali del DNA e di tanta parte della materia organica. Il passaggio finale sarà quello di paragonare i risultati degli studi in stato gassoso con quelli in ambiente liquido, al quale le molecole reagiscono.

“Sarà cruciale lo sviluppo della tecnologia ottica, che ci permetterà di sintetizzare impulsi di luce accordabili in frequenza nell’ultravioletto allo stato dell’arte (della durata di pochi femtosecondi). L’integrazione di questa sorgente di luce con un monocromatore per l’estremo ultravioletto (strumento molto avanzato già presente nei laboratori del prof. Nisoli) consentirà studi di spettroscopia risolta in tempo che non sono mai stati realizzati prima”.

Armando Genco, 32 anni, ha studiato ingegneria dei materiali all’Università del Salento, ha fatto il dottorato al Centro di ricerca per le nanotecnologie di Lecce e il post-doc alla University of Sheffield.

È esperto di polaritoni, particelle composte da un fotone e un eccitone (ossia un elettrone energeticamente eccitato in un materiale luminescente) che, in condizioni molto particolari, all’interno di dispositivi di dimensione micro- o nanometrica, possono legarsi.

“Questo tipo di condizione si chiama regime di accoppiamento forte”, spiega Genco. “Ha delle caratteristiche che si possono sfruttare per ottenere sorgenti di luce coerente (laser) con materiali innovativi e a bassa soglia, che richiedono pochissima energia: le potenziali ricadute nel mondo delle telecomunicazioni e del computing, per esempio, sono molto promettenti sia in termini di velocità che di impatto ambientale”.

Il progetto MSCA di Genco, ENOSIS: ENhancing and prObing Strong light-matter Interactions in 2D materials by ultrafaSt optical techniques, studierà le proprietà dei materiali 2D (cioè dello spessore di pochi atomi) e in particolare l’accoppiamento tra 2 strati diversi di questi materiali in relazione alla possibilità di creare le condizioni per l’emissione di polaritoni: “In regime di accoppiamento forte e in funzione dell’angolo di twist (cioè torsione reciproca), questi bi-layers possono creare condizioni molto favorevoli per produrre luce coerente tramite polaritoni. Per andare avanti nella mia ricerca avevo bisogno di una prospettiva nel campo della spettroscopia ultrafast, per guardare cosa succede a elettroni e fotoni poche decine di femtosecondi dopo l’accoppiamento, e il gruppo del prof. Cerullo al Politecnico è all’avanguardia in questo campo”.

Oggi ancora pochi gruppi al mondo hanno studiato materiali 2D con angolo “twistato” e servono tecniche di caratterizzazione specifiche per questi dispositivi: per studiarli, Genco si appoggerà alla tecnica “hyperspectral imaging” (sfruttando un brevetto del Poli), che permette di ottenere una analisi spettrale della luce per ogni singola lunghezza d’onda in modo quasi simultaneo per ogni punto del campione analizzato.

DIPARTIMENTO DI SCIENZE E TECNOLOGIE AEROSPAZIALI

Mirko Trisolini, 32 anni, si occupa di dinamica di corpi celesti, satelliti e detriti spaziali, in particolare del moto di frammenti e particelle attorno a corpi minori del nostro Sistema Solare, come asteroidi e comete.

Dopo la laurea all’Università di Pisa e il dottorato all’Università di Southampton, ha iniziato a collaborare con il gruppo di ricerca della prof.ssa Colombo al Politecnico, dove ha ottenuto un post-doc e ha messo le basi per il progetto MSCA CRADLE (Collecting Asteroid-Orbiting Samples: enabling a safer, sustainable, and autonomous exploration of asteroids).

“Ho scelto il Politecnico come host institution per l’esperienza e il background tecnico del gruppo di ricerca in cui sono inserito e le radicate collaborazioni, anche internazionali, a cui ha accesso”: Trisolini, infatti, lavorerà con l’Università di Padova e l’Agenzia Spaziale Giapponese (JAXA) allo sviluppo di un sistema innovativo e autonomo per l’estrazione di materiali rari e preziosi che potrebbero trovarsi all’interno di asteroidi e comete.

“Poter esplorare la composizione di questi corpi celesti ci permetterà di migliorare la conoscenza del Sistema Solare, ma anche di imparare come sfruttare le risorse dello spazio: risorse minerarie, per esempio, ma anche vitali per future missioni con equipaggio, come l’acqua che potrebbe trovarsi sotto la superficie”.

Lo step intermedio del progetto porterà Trisolini a sviluppare modelli più precisi per la raccolta e il comportamento in orbita dei materiali estraibili dagli asteroidi, con tecniche di image processing e ricostruzione delle caratteristiche delle particelle. Lo sviluppo di questi modelli e algoritmi aiuterà a migliorare l’autonomia dei satelliti per le missioni a lungo raggio.

DIPARTIMENTO DI CHIMICA, MATERIALI E INGEGNERIA CHIMICA

Un’altra delle maggiori sfide del nostro tempo è quella della transizione energetica e, in particolare, di mettere a punto processi di produzione che siano “energeticamente intelligenti”. Di questo si occupa Mark Bajada, 30 anni: laurea in chimica e fisica alla University of Malta, master in ingegneria energetica a Cambridge, dove ha proseguito anche con il dottorato focalizzandosi sulla fotosintesi artificiale.

Il suo progetto MSCA, SSEFR: Single-Site Electrocatalytic Flow Reactor for C-C Coupling, ha l’obiettivo di individuare e creare nuovi materiali in grado di convertire energia da fonti rinnovabili in energia chimica per risolvere i problemi di intermittenza associati alle energie rinnovabili.

“La fornitura in eccesso potrebbe essere diretta e immagazzinata in un legame chimico stabile. Tuttavia, per raggiungere questo obiettivo, sono necessari elettrocatalizzatori efficienti e selettivi”. Bajada lavorerà su catalizzatori di tipo single site, “un campo di studio nuovo e stimolante”.

Il primo obiettivo sarà quello di progettare e sviluppare una comprensione di sistemi elettrocatalitici single-site che possano essere prodotti con materiali economici e disponibili, privi di metalli preziosi.
Il passaggio successivo sarà quello di progettare reattori a flusso catalitico che utilizzino questo tipo di carburante al posto delle celle elettrochimiche convenzionali: l’obiettivo è progettare un modello di reattore più efficiente per la produzione di carburanti da fonti rinnovabili senza rischi di oscillazioni della disponibilità.

“Ho scelto il Politecnico per l’eccellente reputazione: mi interessa la cultura italiana e questo è il posto migliore per quello che voglio fare”.

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