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Scienziati politecnici per sfide globali

Il Politecnico di Milano ha ottenuto dalla Commissione europea due importanti finanziamenti per due progetti di ricerca: uno per la lotta al tumore al seno e l’altro per quella al cambiamento climatico.  

Si tratta di due ERC Advanced Grant, cioè finanziamenti assegnati dallo European Research Council (ERC) a ricercatori affermati nel loro settore, per portare avanti progetti innovativi e ad alto rischio. La selezione per questo tipo di finanziamenti è molto competitiva: quest’anno, su 1735 progetti presentati, solo il 14,6% ha ottenuto i fondi.  

SUPERCOMPUTER CHE CONSUMANO 5000 VOLTE MENO ENERGIA  

Daniele Ielmini, docente presso il Dipartimento di Elettronica, Informazione e Bioingegneria, condurrà ANIMATE (ANalogue In-Memory computing with Advanced device Technology), un progetto che mira a realizzare un nuovo concetto di calcolo per ridurre il consumo energetico nel machine learning. È un tema critico per fermare il cambiamento climatico: quando usiamo il computer non ci pensiamo, ma il costo energetico delle azioni che compiamo su internet, a partire da quelle quotidiane, è molto alto. I data center, che oggi soddisfano gran parte del fabbisogno mondiale di intelligenza artificiale, consumano circa l’1% della domanda energetica globale, ma si prevede una crescita fino al 7% entro il 2030. Operazioni apparentemente semplici, come la ricerca di un prodotto o un servizio di largo consumo (ad esempio quando prenotiamo le vacanze o scegliamo un film in streaming) si basano su algoritmi ad alta intensità di dati e hanno un impatto importante sulla produzione di gas serra.  

daniele ielmini
Daniele Ielmini

La ricerca preliminare di ANIMATE del prof. Ielmini ha dimostrato che il fabbisogno energetico di calcolo può essere ridotto mediante il closed-loop in-memory computing CL-IMC (calcolo in memoria ad anello chiuso). Questo sistema è in grado di risolvere problemi di algebra lineare in un solo passaggio computazionale. Grazie alla riduzione del tempo di calcolo, CL-IMC richiede 5.000 volte meno energia rispetto ai computer digitali a pari precisione in termini di numero di bit. Il progetto di Ielmini svilupperà la tecnologia del dispositivo e dei circuiti, le architetture di sistema e l’insieme di applicazioni per validare completamente il concetto di CL-IMC.  

CONTRO IL TUMORE AL SENO, UN PROTOCOLLO PER NEUTRALIZZARNE LA BARRIERA NATURALE  

Manuela Raimondi, docente del Dipartimento di Chimica, Materiali e Ingegneria Chimica “Giulio Natta”, combina meccanobiologia, bioingegneria, oncologia, genetica, microtecnologia, biofisica e farmacologia al fine di sviluppare nuovo metodo per la cura del tumore al seno.  

manuela raimondi
Manuela Raimondi

In questo tipo di malattia, infatti, l’aggressività è correlata all’irrigidimento fibrotico del tessuto tumorale: la fibrosi impedisce progressivamente ai farmaci di raggiungere le cellule tumorali. Con BEACONSANDEGG – Mechanobiology of cancer progression, Raimondi intende sviluppare un metodo in grado di aggirare questo problema. A partire dalla modellizzazione di microtumori a vari livelli di fibrosi e da cellule di cancro al seno umane fatte aderire a microsupporti polimerici 3D, i microtumori verranno impiantati in vivo nella membrana respiratoria di uova aviarie embrionate, al fine di suscitare una reazione fibrotica da corpo estraneo nei microtumori. Questo modello di studio verrà validato con farmaci antitumorali il cui risultato clinico è noto dipendere dal livello di fibrosi tumorale. Il lavoro fornirà inoltre una piattaforma standardizzabile ed etica per promuovere la traslazione clinica di nuovi prodotti terapeutici in oncologia. Questo è un tema chiave per Raimondi: alcuni degli strumenti di ricerca e modellizzazione che ha sviluppato negli ultimi dieci anni hanno proprio l’obiettivo di ridurre o sostituire le fasi di sperimentazione pre-clinica in vivo, per esempio con l’uso di supporti 3D per colture cellulari e camere microfluidiche per la cultura di tessuti e organoidi. 

ERC: “CHALLENGING EUROPE’S BRIGHTEST MINDS” 

Un po’ di contesto per questa bella notizia: il Politecnico è ai vertici delle classifiche mondiali delle università anche grazie alla ricerca scientifica di frontiera che porta avanti nei suoi laboratori. I protagonisti di questo primato italiano sono i tanti scienziati e ricercatori del Politecnico (ERC e non solo): circa 3500.  

Alcuni di questi sono “ricercatori ERC”, che sta per European Research Council. È uno strumento della commissione europea che sostiene ricerche pionieristiche e di frontiera. Sono tra “le menti più brillanti d’Europa”, si dice, scienziati che potrebbero essere sulle tracce di scoperte scientifiche e tecnologiche nuove e imprevedibili.  

In totale, ad oggi, i progetti ERC al Politecnico sono 52. Variano a seconda della dimensione e della durata del finanziamento: tra i 150 mila e i 12 milioni di euro.  

  • Starting Grant, per ricercatori emergenti, con 2-7 anni di esperienza maturata dopo il conseguimento del dottorato 
  • Consolidator Grant, per giovani che hanno alle spalle già una decina d’anni di ricerca 
  • Advanced Grant, dedicati a scienziati eccezionali ed affermati, in grado di aprire nuove direzioni nei rispettivi campi di ricerca e in altri settori 
  • Synergy Grant, che promuovono progressi sostanziali nella frontiera della conoscenza e incoraggia nuove linee di ricerca 
  • Proof of Concept, un finanziamento di entità minore, dedicato a ricercatori che abbiano che abbiano già un progetto ERC in corso o l’abbiano terminato di recente. Mira a garantire il collegamento tra ricerca di base e mercato 
Leggi la storia di TOMATTO, il Synergy Grant del Poli

ERC promuove un approccio cosiddetto “investigator driven” o “bottom-up”, cioè la libera iniziativa dei migliori scienziati europei, che seguono progetti di ricerca di eccellenza, innovativi e ad alto rischio, tasselli chiave per raggiungere gli obiettivi di crescita sostenibile che si pone l’Unione 

CONVERTIRE L’INCERTEZZA IN AZIONE E RIVOLUZIONARE LA SCIENZA DEI MATERIALI 

A Sara Bagherifard, con ArcHIDep, e a Massimo Tavoni, con EUNICE, vanno due ERC Consolidator Grant. Ridurre le incertezze per affrontare i cambiamenti climatici è l’obiettivo di Tavoni, docente di Climate Change Economics presso il Dipartimento di Ingegneria Gestionale e Direttore di RFF-CMCC, European Institute on Economics and the Environment. La sua ricerca copre temi di economia dell’energia e del clima, e in particolare la modellistica delle politiche climatiche internazionali. Con EUNICE, affronta il problema delle incertezze nei percorsi di stabilizzazione climatica e negli attuali modelli clima-energia-economia e converte gli scenari delineati da questi modelli in indicazioni che aiutino a definire policy resilienti, solide e affidabili per contrastare il cambiamento climatico. 

Bagherifard, ricercatrice senior del Dipartimento di Meccanica, si occupa di approcci numerici e sperimentali per progettare, fabbricare e caratterizzare materiali multifunzionali. Con il progetto ArcHIDep, intende mettere a terra un rivoluzionario sistema di deposizione allo stato solido per ottenere materiali eterogenei con architettura strutturata su tre livelli di scala, micro, meso e macro. ArcHIDep permetterà di sviluppare un framework, attualmente inesistente, per progettare e costruire elementi in grado di superare i limiti legati alla odierna impossibilità di coniugare proprietà tra loro in conflitto. 

ERC PROOF OF CONCEPT, OVVERO: LA SCIENZA ALLA PROVA DEI FATTI 

Ritroviamo Daniele Ielmini con SHANNON, acronimo di Secure hardware with advanced nonvolatile memories. Ha l’obiettivo di sviluppare un nuovo tipo di circuito per la crittografia basato sul concetto di funzione fisica non-clonabile. Le chiavi di crittografia vengono generate mediante stati di memoria casuali che sono completamente invisibili ad una ispezione esterna, grazie ad un nuovo algoritmo ed una nuova struttura di cella, rendendo questa soluzione molto interessante per la sicurezza dei sistemi Internet of Things. 

Paola Saccomandi, del Dipartimento di Meccanica, lavora allo sviluppo, alla validazione tecnologica e all’analisi di mercato di un dispositivo per l’asportazione laser di tumori, molto meno invasivo degli strumenti di cui disponiamo oggi. Il progetto si chiama LEILA: closed-loop and multisensing delivery tool for controlled laser ablation of tumors.  

Con il progetto TCOtronics, acronimo di transparent conductive oxide nanocrystalline films for electronics and optoelectronics via low-cost solution processing, Francesco Scotognella (Dipartimento di Fisica) vuole fabbricare strati sottili a base di nanoparticelle di ossidi metallici, impiegabili come filtri ottici o elettrodi trasparenti per celle solari e diodi emettitori di luce. Un importante obiettivo è anche l’impiego di elementi non tossici e abbondanti nel pianeta.  

Francesco Topputo (Dipartimento di Scienze e Tecnologie Aerospaziali) punta a sviluppare un sensore di navigazione autonoma per i satelliti nello spazio profondo. Grazie al progetto SENSE: a sensor for autonomous navigation in deep space, i satelliti stessi saranno in grado di stimare la propria posizione senza la necessità di comunicare con le stazioni di terra; questo permetterà di tagliare i costi di navigazione per l’esplorazione spaziale, rendendo lo spazio accessibile a università, centri di ricerca e piccole imprese.  

Quello che stai leggendo è un articolo dell’ultimo numero del MAP (leggilo qui). Il MAP è una delle tante iniziative creata da Alumni Politecnico di Milano. Se vuoi ricevere a casa due numeri della rivista in formato cartaceo, puoi sostenere il progetto con una donazione.

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Le ricerca politecnica e le battaglie del nostro secolo

Il Politecnico di Milano ha ottenuto dalla Commissione europea due importanti finanziamenti per due progetti di ricerca: uno per la lotta al tumore al seno e l’altro per quella al cambiamento climatico.

Si tratta di due ERC Advanced Grant 2021, finanziamenti assegnati dallo European Research Council (ERC) a ricercatori affermati nel loro settore, per portare avanti progetti innovativi e ad alto rischio. La selezione per questo tipo di finanziamenti è molto competitiva: quest’anno, su 1735 progetti presentati, solo il 14,6% ha ottenuto i fondi. Con questi due progetti, il Politecnico di Milano ha ottenuto in totale 86 Individual Grant Europei (tra ERC e Marie Curie).

SUPERCOMPUTER CHE CONSUMANO 5000 VOLTE MENO ENERGIA

Daniele Ielmini, docente presso il Dipartimento di Elettronica, Informazione e Bioingegneria, condurrà ANIMATE (ANalogue In-Memory computing with Advanced device Technology), un progetto che mira a realizzare un nuovo concetto di calcolo per ridurre il consumo energetico nel machine learning. Quando usiamo il computer non ci pensiamo, ma il costo energetico delle azioni che compiamo su internet, a partire da quelle quotidiane, è molto alto. I data center, che oggi soddisfano gran parte del fabbisogno mondiale di intelligenza artificiale, consumano oggi circa l’1% della domanda energetica globale, con una crescita prevista fino al 7% nel 2030.

Operazioni apparentemente semplici, come la ricerca di un prodotto o un servizio di largo consumo (ad esempio quando prenotiamo le vacanze o scegliamo un film in streaming) si basano su algoritmi ad alta intensità di dati e hanno un impatto importante sulla produzione di gas serra: è stato stimato che il training di una rete neurale convenzionale per l’intelligenza artificiale produce la stessa anidride carbonica di 5 auto nel loro ciclo di utilizzo completo.

La ricerca preliminare di ANIMATE del professor Ielmini ha dimostrato che il fabbisogno energetico di calcolo può essere ridotto mediante il closed-loop in-memory computing CL-IMC (calcolo in memoria ad anello chiuso) in grado di risolvere problemi di algebra lineare in un solo passaggio computazionale. In CL-IMC il tempo per risolvere un determinato problema non aumenta con la dimensione del problema, a differenza di altri concetti di calcolo, come i computer digitali e quantistici. Grazie alla riduzione del tempo di calcolo, CL-IMC richiede 5.000 volte meno energia rispetto ai computer digitali a pari precisione in termini di numero di bit. Il progetto di Ielmini svilupperà la tecnologia del dispositivo e dei circuiti, le architetture di sistema e l’insieme di applicazioni per validare completamente il concetto di CL-IMC.

Ielmini è esperto di intelligenza artificiale e supercomputing: ne abbiamo parlato recentemente a proposito di un altro progetto di ricerca, destinato a sviluppare un nuovo tipo di circuito per la crittografia basato sul concetto di funzione fisica non-clonabile.

CONTRO IL TUMORE AL SENO, UN PROTOCOLLO PER NEUTRALIZZARNE LA BARRIERA NATURALE

Manuela Raimondi, docente del Dipartimento di Chimica, Materiali e Ingegneria Chimica “Giulio Natta”, combina meccanobiologia, bioingegneria, oncologia, genetica, microtecnologia, biofisica e farmacologia al fine di sviluppare nuovo metodo per la cura del tumore al seno.

In questo tipo di malattia, infatti, l’aggressività è correlata all’irrigidimento fibrotico del tessuto tumorale. La fibrosi impedisce progressivamente ai farmaci di raggiungere le cellule tumorali, a causa della formazione di una matrice con proprietà meccaniche che stabilizzano la rete vascolare del tumore. Raimondi sta sviluppando una piattaforma in grado di ricapitolare la fibrosi tumorale sfruttando la vascolarizzazione di un organismo vivente.

Il progetto si chiama BEACONSANDEGG (Mechanobiology of cancer progression): modellizzerà dei microtumori a vari livelli di fibrosi aggirando il fatto alcune caratteristiche del tumore non sono riproducibili in vitro. Verranno utilizzate delle cellule di cancro al seno umane fatte aderire a microsupporti polimerici 3D. I microtumori verranno impiantati in vivo nella membrana respiratoria di uova aviarie embrionate, al fine di suscitare una reazione fibrotica da corpo estraneo nei microtumori. Verrà variata la geometria dei microsupporti 3D per condizionare l’infiltrazione dei microtumori da parte dei vasi e delle cellule dell’embrione. Questo modello di studio verrà validato con farmaci antitumorali il cui risultato clinico è noto dipendere dal livello di fibrosi tumorale.

Il lavoro fornirà inoltre una piattaforma standardizzabile ed etica per promuovere la traslazione clinica di nuovi prodotti terapeutici in oncologia. Questo è un tema chiave per Raimondi: alcuni degli strumenti di ricerca e modellizzazione che ha sviluppato negli ultimi dieci anni hanno proprio questo obiettivo: ridurre drasticamente o sostituire le fasi di sperimentazione pre-clinica in vivo, per esempio, con l’uso di supporti 3D per colture cellulari e camere microfluidiche per la cultura di tessuti e organoidi (ne abbiamo parlato nel numero 6 di MAP).

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Ricerca di frontiera: l’Europa premia 11 progetti italiani pioneristici

Un po’ di contesto per questa bella notizia: ERC, l’European Research Council, è uno strumento della commissione europea che, come ormai sanno a memoria i nostri lettori, ha l’obiettivo di finanziare i migliori ricercatori creativi che conducono ricerche pionieristiche e di frontiera.

Proprio in questi giorni sono stati assegnati i primi grant ERC nell’ambito di Horizon Europe, il nuovo programma quadro dell’Unione europea per la ricerca e l’innovazione che copre il periodo 2021-2027 con un finanziamento complessivo di 95,5 miliardi (cifra che include i 5,4 miliardi destinati al piano per la ripresa Next Generation EU).

È il più vasto programma di ricerca e innovazione transnazionale al mondo e nel 2022 ha selezionato 313 progetti per condurre ricerche pionieristiche in tutte le discipline scientifiche. I vincitori rappresentano 42 nazionalità e realizzeranno i loro progetti presso università e centri di ricerca in 24 Stati membri dell’Ue. Tra di loro ci sono 11 italiani.

“Trovare nuove soluzioni nei settori dell’energia, della salute o delle tecnologie digitali è possibile solo se riusciamo ad attrarre e mantenere il talento scientifico”

ha commentato la commissaria europea per l’Innovazione, Mariya Gabriel.

A Sara Bagherifard, con ArcHIDep, e a Massimo Tavoni, con EUNICE, vanno i 2 ERC consolidator Grant 2022. Le ricerche sono state selezionate tra le oltre 2mila proposte ricevute da ERC (un grande risultato per il nostro Ateneo, considerando che quest’anno solo il 11,8% dei progetti presentati hanno ottenuto il finanziamento). Oltre a questi due progetti, ad oggi in totale sono 48 i grant ERC ottenuti da ricercatori del Politecnico di Milano.

CONVERTIRE IN AZIONE LE MAPPE DEL FUTURO E RIVOLUZIONARE LA SCIENZA DEI MATERIALI

Ridurre le incertezze per affrontare i cambiamenti climatici è l’obiettivo di Massimo Tavoni, docente di climate change economics presso il dipartimento di ingegneria gestionale e Direttore di RFF-CMCC, European Institute on Economics and the Environment.

massimo tavoni
Fonte: Linkedin

La sua ricerca copre temi di economia dell’energia e del clima, e specificatamente la modellistica delle politiche climatiche internazionali (leggi anche su Il Corriere). Con il progetto EUNICE, Tavoni affronta il problema delle incertezze nei percorsi di stabilizzazione climatica e negli attuali modelli clima-energia-economia che ne identificano gli scenari. L’obiettivo principale è quello di convertire queste “mappe del futuro”, generate dai modelli, in indicazioni che aiutino a definire policy resilienti, solide e affidabili per contrastare il cambiamento climatico.

Grazie alla combinazione unica di scienza computazionale e comportamentale, EUNICE mette a punto un metodo rilevante anche per altri ambiti di ricerca che coinvolgono valutazioni ambientali, sociali e tecnologiche ad alto rischio (Scopri di più a questo link).

Sara Bagherifard, ricercatrice senior del Dipartimento di Meccanica, ha al suo attivo numerose pubblicazioni scientifiche e diversi premi per un’ampia attività di ricerca, che comprende approcci numerici e sperimentali per progettare, fabbricare e caratterizzare materiali multifunzionali per applicazioni ingegneristiche emergenti. I suoi interessi scientifici coprono trattamenti superficiali ad impatto, rivestimenti superficiali, nanomateriali e additive manufacturing. I risultati dei suoi studi e delle sue ricerche hanno valenza multidisciplinare e possono essere implementati nei settori più diversi, come aerospaziale, automobilistico, ferroviario, biomedico ecc.

sara begherifard
Fonte: Linkedin

Con il progetto ArcHIDep, Bagherifard intende mettere a terra un rivoluzionario sistema di deposizione allo stato solido per ottenere materiali eterogenei con architettura strutturata su tre livelli di scala, micro, meso e macro. ArcHIDep permetterà di sviluppare un framework, attualmente inesistente, per progettare e costruire elementi in grado di superare i limiti legati alla odierna impossibilità di coniugare proprietà tra loro in conflitto (Link per approfondire).

Stay tuned! Ne parleremo ancora su MAP 10, in uscita a Giugno 2022

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ERC Proof of concept, ovvero: la scienza alla prova dei fatti

Intelligenza artificiale, laser, trattamento dei tumori, nanoparticelle e viaggi spaziali: ecco di cosa si occupano i cinque progetti di ricerca politecnica selezionati dalla Commissione europea ricevere un finanziamento di 150 mila euro ciascuno. Sono gli ERC “Proof of Concept”, assegni di ricerca destinati a potenziare progetti europei già consolidati che, dopo aver ottenuto risultati promettenti, sono pronti per la fase due: esplorare le possibilità di applicazione pratica.

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Credits: www.isc.cnr.it/erc/

UNA MEMORIA INFALLIBILE

Secure hardware with advanced nonvolatile memories, altrimenti detto SHANNON, è il titolo del progetto di Daniele Ielmini, del Dipartimento di Elettronica, Informazione e Bioingegneria. Ha l’obiettivo di sviluppare un nuovo tipo di circuito per la crittografia basato sul concetto di funzione fisica non-clonabile. Le chiavi di crittografia vengono generate mediante stati di memoria casuali che sono completamente invisibili ad una ispezione esterna, grazie ad un nuovo algoritmo ed una nuova struttura di cella, rendendo questa soluzione molto interessante per la sicurezza dei sistemi Internet of Things. Ielmini si occupa di caratterizzazione e modellistica di memorie non-volatili: ne abbiamo parlato su MAP 6 a questo link.

ACCELERATORE TASCABILE

PANTANI è invece l’acronimo, che strizza l’occhio alla velocità, del progetto proton, electron and neutron sources for non-destructive testing and investigations and treatment of materials di Matteo Passoni, del Dipartimento di Energia. Vuole sviluppare una sorgente da laser compatta e multi-radiazione, più flessibile e con costi inferiori rispetto alle soluzioni oggi esistenti, con impiego in numerose applicazioni di rilevanza industriale e sociale, quali l’analisi di materiali d’interesse storico-artistico, il monitoraggio ambientale, la sterilizzazione di strumentazione biomedicale e il rilevamento di sostanze illegali all’interno di container presso aeroporti e dogane. Se volete approfondire un po’ la teoria, ne abbiamo parlato su MAP 5 a pagina 31.

L’INGEGNERIA IN MANO AL CHIRURGO

Paola Saccomandi, del Dipartimento di Meccanica, lavora allo sviluppo, alla validazione tecnologica e all’analisi di mercato di un dispositivo per l’asportazione laser di tumori, molto meno invasivo degli strumenti di cui disponiamo oggi. Sarebbe inoltre in grado di controllare in tempo reale il trattamento e di assistere il medico nella selezione dei parametri terapeutici. Il Progetto si chiama LEILA: closed-loop and multisensing delivery tool for controlled laser ablation of tumors. Saccomandi si occupa di misura della distribuzione di temperatura in tessuti biologici sottoposti a trattamenti ablativi, sviluppo di una piattaforma terapeutica che veda l’utilizzo del laser per trattamenti minimamente invasivi, sensoristica in fibra ottica e tecniche di imaging biomedicale, per il monitoraggio di procedure cliniche e parametri fisiologici. Scoprite le “puntate precedenti” a questo link.

DIMENSIONI NANO, PRESTAZIONI ULTRA

Con il progetto TCOtronics, acronimo di transparent conductive oxide nanocrystalline films for electronics and optoelectronics via low-cost solution processing, Francesco Scotognella vuole fabbricare strati sottili a base di nanoparticelle di ossidi metallici impiegabili come filtri ottici o elettrodi trasparenti per celle solari e diodi emettitori di luce. Un importante obiettivo di TCOtronics è l’impiego di elementi non tossici e abbondanti nel pianeta. Scotognella, del Dipartimento di Fisica, è esperto di fotofisica ultraveloce di composti organici, nanomateriali e fabbricazione e caratterizzazione di cristalli fotonici. Se siete curiosi di saperne di più sui suoi nanocristalli per celle solari più efficienti, leggete qui.

DEEP SPACE POLITECNICO

Francesco Topputo punta a sviluppare un sensore di navigazione autonoma per i satelliti nello spazio profondo. Grazie al progetto SENSE: a sensor for autonomous navigation in deep space, i satelliti stessi saranno in grado di stimare la propria posizione senza la necessità di comunicare con le stazioni di terra; questo permetterà di tagliare i costi di navigazione per l’esplorazione spaziale, rendendo lo spazio accessibile a università, centri di ricerca e piccole imprese. Topputo, del Dipartimento di Scienze e Tecnologie Aerospaziali, si occupa di dinamica di volo, guida autonoma, navigazione e controllo dei veicoli spaziali. Scoprite di più a questo link e a questo.

UN PO’ DI GLOSSARIO

Questi cinque progetti sono stati finanziati da grant (cioè assegni di ricerca) dell’European Research Council (in italiano Consiglio Europeo della Ricerca) o ERC. È un organismo dell’Unione Europea che ha il compito di sostenere il lavoro dei migliori ricercatori in tutti i settori scientifici, tecnici e accademici.

I finanziamenti ERC possono essere di vario tipo e riguardare somme tra i 150 mila e i 12 milioni di euro (qui vediamo tutti quelli ottenuti dal Poli). Sono tra i più prestigiosi grant dedicati alla ricerca di base in Europa. L’ERC promuove in particolare un approccio cosiddetto “investigator driven” o “bottom-up”, cioè la libera iniziativa dei migliori scienziati europei, che seguono progetti di ricerca di eccellenza, innovativi e ad alto rischio, tasselli chiave per raggiungere gli obiettivi di crescita sostenibile che si pone l’Unione.

COSTRUIAMO IL FUTURO DEL MONDO

La ricerca di base è indipendente dalle priorità che di solito guidano, per esempio, la ricerca industriale. È ricerca pionieristica e identifica nuove opportunità e direzioni, aprendo campi di ricerca a volte ancora inesplorati, altre volte attuali e urgenti.

Ad oggi in totale sono 48 i grant ERC ottenuti da ricercatori del Politecnico di Milano. Per un ateneo, accogliere ricercatori ERC significa avere la possibilità di assumere nuovi dottorandi e post doc, creare una base di giovani che lavorino costantemente su ricerche di altissimo livello e avere risorse da investire in infrastrutture e laboratori all’avanguardia, iniettando nuova linfa nel sistema universitario. Questo si riflette sull’intero sistema, con ricadute positive anche sulla didattica.

Per saperne di più: Tomatto, il primo ERC Synergy Grant al Politecnico di Milano

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Giovani ricercatori al Poli, girone “eccellenza”: puntata 2

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.

DilettaDeCristofaro

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”.

MicheleLoi

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”.

MaurizioReduzzi

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.

ArmandoGenco
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).

MirkoTrisolini

“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.

MarkBajada

“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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Giovani ricercatori al Poli, girone “eccellenza”: puntata 1

La ricerca scientifica e tecnologica al Politecnico di Milano ha diverse fonti di finanziamento: in quanto Ateneo pubblico, una gran parte dei fondi proviene dal Ministero; sempre maggiore importanza stanno acquisendo però anche i finanziamenti “esterni”, cioè quelli che provengono da istituzioni o da imprese, che pesano per circa 142 milioni di euro all’anno (un terzo del finanziamento totale della ricerca).

Tra le istituzioni più coinvolte nel finanziamento alla ricerca c’è la Commissione europea. Dal 2014, attraverso il programma Horizon 2020 e Horizon Europe, il Politecnico ha ricevuto circa 221 milioni di euro dalla Commissione, che hanno finanziato 497 progetti di ricerca.

La maggior parte sono progetti di collaborazione tra diversi centri di ricerca. Una parte invece è dedicata ai ricercatori di eccellenza: tra questi, il Politecnico ha accolto 43 ERC e 30 Marie Curie Postdoctoral Fellowship. Si tratta di “grant” che vengono concessi a singoli ricercatori per progetti particolarmente promettenti, che riguardano campi scientifici di frontiera o tecnologie emergenti con grande potenziale di innovazione e di interesse collettivo.

Gli ERC sono destinati a ricercatori affermati, già ai vertici dei loro campi scientifici (se vi interessa scoprire di più sui progetti ERC che portano avanti la ricerca scientifica di frontiera al Politecnico di Milano: ne abbiamo parlato su MAP qui, qui e qui). I grant Marie Curie sono destinati invece alla “seconda generazione” e sono pensati per incentivare i giovani ricercatori che si occupano di questi temi cruciali.

I giovani ricercatori che si candidano per una “Marie Curie Postdoctoral Fellowship” (MSCA-PF) possono presentare una proposta progettuale in collaborazione con enti accademici o non accademici europei e sotto la supervisione di un responsabile scientifico che ne faccia parte.

I migliori atenei attirano i candidati migliori, anche grazie al supporto dei supervisor: scienziati “più anziani”, con esperienza nel campo specifico, in grado di guidare i vincitori nei vari step del progetto di ricerca, che di solito dura 2 o 3 anni.

Attirare giovani ricercatori con un profilo internazionale è importante per il Politecnico, come spiega Donatella Sciuto, prorettrice e delegata del rettore alla Ricerca, in un’intervista ad Alumni: “iniettano nuova linfa nel sistema della ricerca. Hanno passione, energia, nuove idee e tempo da dedicare verticalmente e intensamente a problemi e temi molto specifici. Nel piano strategico 2017-2020 avevamo l’obiettivo di assumere 100 nuovi ricercatori, obiettivo che è stato raggiunto e superato. Per il triennio 2020-2022, prevediamo di incrementare il numero dei ricercatori di un ulteriore 20%”.

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MSCA MASTER CLASS

Per farlo, il Poli ha avviato un programma di talent development per sostenere i giovani e renderli più competitivi nell’acquisizione di grant europei e in generale sul panorama internazionale della ricerca. Una delle azioni previste dal piano strategico è la MSCA Master Class, un percorso di formazione pensato per i potenziali MSCA Postdoc, che possono ottenere supporto dall’Ateneo e da supervisor esperti durante la fase di scrittura della proposta e di sottomissione della stessa in risposta alla call della Commissione Europea.

Solo i migliori candidati vengono ammessi alla Master Class, che massimizza le loro possibilità di successo e allo stesso tempo li incentiva a appoggiarsi al Politecnico di Milano.

Dal 2014 sono 30 i grantee MSCA che hanno scelto il Politecnico per sviluppare le loro attività di ricerca. Ve li raccontiamo nella prossima puntata!

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La Commissione europea finanzia i test su un innovativo reattore ad idrogeno made in Polimi

Con il progetto ERC PoC INSTANT, il prof. Tronconi del dipartimento di Energia ottiene un nuovo finanziamento per esplorare le potenzialità di un reattore compatto, più efficiente e meno invasivo dal punto di vista dell’impatto ambientale

Il progetto europeo INSTANT (effIcieNt Small-scale uniT for distributed heAt and hydrogeN generaTion), condotto dal professor Enrico Tronconi del Dipartimento di Energia, si propone di sviluppare un catalizzatore innovativo per la produzione di idrogeno. A partire da celle a combustibile a idrogeno alimentate da gas naturale, aria e acqua, i ricercatori svilupperanno delle unità per la produzione combinata di calore ed elettricità (CHP) da utilizzare per applicazioni su piccola scala, come la cogenerazione di calore ed elettricità ad uso residenziale o il rifornimento di veicoli a celle a combustibile alimentate a idrogeno. La generazione sostenibile di idrogeno “on site” e “on demand” consentirà di ridurre o eliminare i costi di trasporto e stoccaggio associati alle tecnologie tradizionali di produzione, migliorandone sia l’efficienza energetica sia l’impronta ecologica.

INSTANT, finanziato con 150.000 euro nell’ambito del programma Horizon 2020, è un ERC Proof of Concept che nasce dal progetto ERC Advanced Grant INTENT. INTENT ha sviluppato una nuova generazione di reattori catalitici compatti, più efficienti e meno invasivi dal punto di vista dell’impatto ambientale. Con INSTANT, i ricercatori mirano a testare questa nuova configurazione su scala semi-industriale (TRL5). Gli indicatori che saranno valutati durante i test includono:

  1. Capacità di produzione di idrogeno per un dato carico di catalizzatore (obiettivo = +30%);
  2. tempo di avviamento a pieno carico (obiettivo = -30%);
  3. tempo di risposta alle variazioni del carico (obiettivo = -30%).

Sulla base dei risultati sperimentali, INSTANT valuterà inoltre il potenziale di riduzione dell’impatto in termini di produzione di CO2 dell’unità CHP, in quanto il volume del sistema rappresenta attualmente uno dei principali vincoli per le applicazioni di cogenerazione ad uso domestico, e il costo di produzione complessivo, compresi i costi del ciclo di vita.

In caso di esito positivo, INSTANT getterà le basi per una nuova generazione di sistemi CHP basati su celle a combustibile a idrogeno e favorirà l’esplorazione del potenziale commerciale e sociale del lavoro di ricerca.

Cover photo by Mihály Köles on Unsplash

Anche questo, come tutti i progetti di ricerca del Politecnico di Milano, è possibile grazie ai nostri dottori di ricerca, che sono tra i migliori al mondo. Se vuoi aiutare uno studente bisognoso ad intraprendere il percorso di Dottorato, aiutaci a finanziare una borsa: ogni contributo può fare la differenza. Dona ora

Un motore di ricerca per studiare il genoma del Coronavirus

ViruSurf è stato sviluppato al Politecnico di Milano dal gruppo di ricerca guidato Stefano Ceri. Raccoglie i dati relativi al sequenziamento del Coronavirus (e non solo) in tutto il mondo, per studiarne e prevederne le mutazioni.

Dall’inizio della pandemia, i laboratori di tutto il mondo raccolgono e sequenziano il materiale genetico prelevato con i tamponi di persone affette da COVID-19. Si tratta di un’enorme quantità di dati di fondamentale importanza per capire come il virus stia evolvendo o possa farlo in futuro. Per raccogliere questi dati in un unico database utilizzabile da tutti, un gruppo di ricerca del Politecnico di Milano guidato dal Prof. Stefano Ceri ha sviluppato ViruSurf, un motore di ricerca che opera su un database centralizzato archiviato Politecnico e che contiene, a oggi, 200.516 sequenze di SARS-CoV-2 (oltre a 33.256 sequenze di altre specie virali associate ad epidemie che colpiscono l’uomo, come SARS, MERS, Ebola e dengue). L’interfaccia web di ViruSurf è open access (si trova a questo link) e consente di inserire le query di ricerca combinando diversi parametri. È inoltre in grado di impiegare un algoritmo per il calcolo delle mutazioni virali, via cloud computing.

ViruSurf nasce sulla scia del progetto GeCo, finanziato dall’European Research Council (ve ne abbiamo parlato nel MAP#5). Il prof. Ceri commenta per Science Business: “Avevamo già sviluppato un motore di ricerca per dataset che descrivono il genoma umano, chiamato GenoSurf; all’inizio della pandemia, non esisteva un tale sistema per le sequenze virali. Per comprenderne meglio le esigenze, abbiamo intervistato una ventina di virologi esperti da tutto il mondo. Il risultato è un sistema di facile utilizzo: qualsiasi ricercatore può connettersi ad esso ed eseguire domande, ad esempio, su quando è iniziata una mutazione virale e su come si è diffusa nel mondo” (fonte).

Un paper su questo progetto è disponibile su Nucleic Acids Research.

Scopri il progetto GeCo sul MAP #5

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