“Super-simulazioni di flussi idrodinamici rivelano l’adattamento della struttura scheletrica di spugne di profondità” e aprono prospettive inedite per la progettazione ingegneristica. Questo è lo studio multidisciplinare, alle frontiere della fisica, della biologia, dell’informatica e dell’ingegneria, che ha vinto la nona edizione del Premio Aspen Institute Italia per la collaborazione e la ricerca scientifica tra Italia e Stati Uniti.
La ricerca, pubblicata sulla rivista Nature, analizza le interazioni fra la geometria delle spugne ed il fluido circostante e potrà avere significative implicazioni per la progettazione ingegneristica di strutture a bassa resistenza, capaci di adattarsi alle pressioni dell’aria o dell’acqua: possibili applicazioni sono allo studio per navi e fusoliere di aeroplani, fino a innovativi grattacieli.
Euplectella Aspergillum, conosciuta anche come Cestello di Venere, è una spugna che vive in profondità nell’Oceano Pacifico e intorno al Continente Antartico. Si tratta di una spugna dalle proprietà strutturali eccezionali, con uno scheletro in fibra di silicio, elemento che la spugna estrae dall’acqua di mare, trasformandolo in sottilissime fibre di vetro. Da qui l’appellativo di “spugne di vetro”. Questa struttura di per sé fragile, presenta invece una sorprendente resistenza meccanica dovuta alla sua particolare struttura ed alla ottimale distribuzione di materia.
Seguendo queste intuizioni, gli scienziati hanno effettuato simulazioni fluidodinamiche per scoprire gli adattamenti del Cestello di Venere alle correnti degli abissi, utilizzando il super-calcolatore Marconi 100 del CINECA di Bologna, raggiungendo una velocità di calcolo di circa 10 Petaflops, e producendo dati in quattro dimensioni, tre spaziali più una temporale.
Il Premio viene assegnato a questa ricerca per il suo valore scientifico in ambito della collaborazione transatlantica e interdisciplinare. Lo studio, infatti, vede come protagonista l’Università di Roma Tor Vergata, affiancata dalla New York University, che ha contribuito fortemente alla comprensione dei risvolti biologici dei risultati delle super-simulazioni, e dall’Università di Harvard, dove due degli Autori prestavano incarico ai tempi delle super-simulazioni. Il lavoro rappresenta l’applicazione esemplare del metodo Lattice Boltzmann, di cui Sauro Succi, dell’Istituto Italiano di Tecnologia, è riconosciuto a livello internazionale come uno dei fondatori.
Uno studio che apre la strada a nuove investigazioni adottando risorse di supercalcolo sulle relazioni tra meccanica dei fluidi, biologia degli organismi viventi ed ecologia, con ricadute in prospettiva sulle applicazioni di progettazione e ingegneria strutturale.
Lo studio è stato realizzato dalla collaborazione fra sette scienziati:
- Giacomo Falcucci, Dipartimento di Ingegneria dell’Impresa “Mario Lucertini”, Università di Roma “Tor Vergata”; Department of Physics, Harvard University;
- Maurizio Porfiri, Department of Biomedical Engineering; Department of Mechanical and Aerospace Engineering; Center for Urban Science and Progress, Tandon School of Engineering, New York University, New York;
- Sauro Succi, Center for the Life Nano- and Neuro Science, Istituto Italiano di Tecnologia, Roma; Department of Physics , Harvard University; Istituto per le applicazioni del calcolo “Mauro Picone” (IAC), Consiglio Nazionale delle Ricerche, Roma;
- Giorgio Amati, High Performance Computing Department, CINECA, Roma;
- Pierluigi Fanelli, Dipartimento di Economia, Ingegneria, Società e Impresa (DEIM), Università della Tuscia, Viterbo;
- Vesselin K. Krastev, Dipartimento di Ingegneria dell’Impresa “Mario Lucertini”, Università di Roma “Tor Vergata”;
- Giovanni Polverino, Centre for Evolutionary Biology, School of Biological Sciences, University of Western Australia, Perth.
Il Premio
Il Premio Aspen Institute Italia per la collaborazione e la ricerca scientifica tra Italia e Stati Uniti è stato istituito nel dicembre 2015 nel quadro del costante impegno dell’Istituto per l’internazionalizzazione della leadership e per le relazioni transatlantiche. Il riconoscimento viene assegnato ogni anno a una ricerca nell’ambito delle scienze naturali, teoriche o applicate, frutto della collaborazione tra scienziati e/o organizzazioni di ricerca dell’Italia e degli Stati Uniti.
Il Premio consolida l’impegno dell’Istituto nei confronti dell’organizzazione di iniziative e incontri di approfondimento su temi connessi alla cultura scientifica e all’innovazione tecnologica, con particolare riferimento alla loro rilevanza per l’Italia. La Giuria presieduta dall’On. Prof. Giulio Tremonti, Presidente di Aspen Institute Italia, è composta da:
- Prof.ssa Cristina M. Alberini, Center for Neural Science, New York University, New York
- Prof.ssa Alessandra Buonanno, Director, Max Planck Institute for Gravitational Physics – Albert Einstein Institute, Potsdam
- Prof. Domenico Giardini, Chair of Seismology and Geodynamics, ETH, Zurigo
- Prof. Luciano Maiani, Professore Emerito di Fisica Teorica, Sapienza Università di Roma
- Prof. Giovanni Rezza, Professore straordinario di Igiene, Università Vita-Salute San Raffaele, Milano
- Dott. Lucio Stanca, Vice Presidente, Aspen Institute Italia, Roma