Modelli molecolari per materiali intelligenti ispirati dalla natura

Titolo del progetto di ricerca

DYNAPOL - Modeling approaches toward bioinspired dynamic materials

Area scientifica 

Simulazione molecolare, Chimica-fisica computazionale, Materiali bio-ispirati, Machine learning

Coordinatore

Giovanni Maria Pavan

Abstract 

Il progetto DYNAPOL svilupperà modelli molecolari multiscala e utilizzerà tecniche di simulazione computazionale avanzata e di machine learning per scoprire i principi chimico-fisici fondamentali al fine di capire come progettare nuove classi di materiali artificiali con proprietà dinamiche bioispirate, ovvero simili a quelle dei materiali viventi.

Descrizione del progetto di ricerca 

DYNAPOL esplorerà nuove rotte per ottenere nuovi tipi di materiali artificiali per varie applicazioni tecnologiche attraverso concetti chimico-fisici diversi da quelli su cui si basano i comuni materiali ad uso tecnologico, ovvero tramite processi di auto-aggregazione (self-assembly). L’idea è ispirarsi al modo in cui la natura costruisce materiali complessi che possiedono proprietà affascinanti, come l’abilità di rispondere in modo attivo a stimoli esterni di varia natura: ad esempio, stimoli ambientali (temperatura, salinità, pressione), biologici (interazioni specifiche con proteine o tessuti), chimici, fisici, ecc. Esempi di simili materiali supramolecolari naturali sono i microtubuli o i filamenti proteici, che possono riconfigurarsi in risposta a specifici input.

Al fine di progettare materiali polimerici artificiali bioispirati è necessario conoscere nel dettaglio i principi molecolari che ne controllano il comportamento dinamico, comprendendo la relazione tra la struttura chimica delle unità costitutive auto-assemblanti e le proprietà dinamiche degli assemblaggi che queste formano attraverso diverse scale spaziotemporali. Il progetto DYNAPOL si servirà di modelli molecolari multiscala, tecniche di simulazione molecolare avanzate e machine learning per raggiungere questo scopo. I modelli ottenuti saranno validati attraverso il continuo confronto con dati sperimentali provenienti da collaborazioni internazionali. Si tratta di una ricerca di carattere pionieristico altamente multidisciplinare, che si avvarrà della stretta collaborazione tra chimici, fisici, ingegneri e computer scientist.

Impatto sulla società 

DYNAPOL è un progetto di ricerca fondamentale che mira a esplorare nuovi approcci e tracciare nuove rotte verso materiali tecnologici innovativi. I risultati di questo progetto avranno impatto su svariati ambiti di ricerca e innovazione tecnologica di forte interesse attuale, come ad esempio biomedica, farmaceutica, energetica, chimica. Allo stesso tempo, le nuove conoscenze sviluppate permetteranno di esplorare applicazioni non ancora previste nel campo dei materiali innovativi e dei sistemi molecolari complessi.

Breve CV del Coordinatore

Giovanni M. Pavan ha conseguito la Laurea in Ingegneria dei Materiali nel 2006 e il Dottorato di Ricerca in Nanotecnologie nel 2010 presso l'Università di Trieste. Dal 2010 al 2019 ha svolto la sua attività di ricerca presso SUPSI (University of Applied Sciences and Arts of Southern Switzerland), ricoprendo varie posizioni fino a diventare Professore e responsabile del Computational Materials Science Laboratory  presso il Department of Innovative Technologies. Dal maggio 2019 è Professore Ordinario di chimica-fisica computazionale  presso il Politecnico di Torino, Dipartimento di Scienza Applicata e Tecnologia. È coautore di oltre 75 pubblicazioni peer-reviewed in riviste scientifiche di primo livello. La sua ricerca ha ricevuto numerosi riconoscimenti e finanziamenti competitivi da enti di ricerca nazionali e internazionali.

DYNAPOL project has received funding from the European Research Council (ERC) under the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme  grant agreement No 818776

  • Budget: 2.000.000 euro
  • Data inizio: 1/11/2019
  • Data fine: 31/10/2024