Auto-apprendimento e auto-adattamento per i materiali, piuttosto che per le persone
Uccelli, api e alberi condividono un importante aspetto a livello di comportamento: nelle rispettive comunità a cui appartengono, ovvero stormi, sciami e foreste, ogni singolo membro dispone della capacità di ricevere e scambiare segnali adattandosi alle mutevoli condizioni ambientali, nonché migliorando il proprio funzionamento senza che nessuno lo diriga. Ispirato da questo comportamento complesso, il progetto IMMENSE(si apre in una nuova finestra), finanziato dall’UE, si è posto l’obiettivo di verificare se i materiali e le strutture possono essere dotati di processi che lo simulano, ovvero, in altre parole, se possono diventare senzienti.
Sulla via della senzienza
Un materiale o una struttura senziente deve essere in grado di inviare e ricevere segnali, interpretarli e metterli a confronto tra loro per poter quindi apprendere e adattarsi in maniera autonoma. Cosa significa tutto ciò nella pratica? «Una struttura senziente potrebbe, ad esempio, percepire le vibrazioni e la propagazione delle onde all’interno dei suoi elementi, interpretare e classificare autonomamente il tipo di segnali rilevati ed essere in grado di reagire modificando la rigidità di alcuni di tali elementi al fine di mitigare le conseguenze generate dalle vibrazioni causate da agenti esterni», spiega Alberto Corigliano, ingegnere strutturale attivo presso il Politecnico di Milano e coordinatore del progetto IMMENSE, in un articolo(si apre in una nuova finestra) pubblicato sul sito web «Open Access Government». «Un materiale senziente potrebbe riuscire a rilevare in anticipo i difetti locali e ad attivare meccanismi per il rilascio di sostanze al fine dell’auto-riparazione.» Per tradurre in realtà questa ambizione, IMMENSE si avvale della meccanica solida e strutturale, dell’interazione tra fluido e struttura e dei fenomeni multifisici su micro e mesoscala, in combinazione con l’impiego di materiali intelligenti microstrutturati. Il progetto studia e sviluppa sensori innovativi di ispirazione biologica e li combina con materiali e metamateriali intelligenti che sono in grado di ottimizzare l’intensità dei segnali ricevuti e di incanalarli dove necessario. L’apprendimento e il comportamento reattivo vengono ottenuti utilizzando la complessa dinamica degli array di oscillatori combinata con un hardware innovativo per la classificazione e il riconoscimento dei segnali, mentre i recenti sviluppi nel campo dell’informatica analogica consentono di costruire dispositivi compatti ed efficienti dal punto di vista energetico, capaci di eseguire calcoli di base in modo indipendente. In uno studio(si apre in una nuova finestra) realizzato nel 2025, il progetto ha preso in esame una maniera intelligente di progettare strutture a traliccio utilizzando regole generative e un algoritmo decisionale chiamato Monte Carlo Tree Search. Consentendo al sistema di esplorare efficientemente numerose possibili progettazioni e di concentrarsi su quelle più promettenti, questo approccio potrebbe risultare più adatto alla risoluzione di problemi di costruzione complessi. Un altro studio(si apre in una nuova finestra) svolto da IMMENSE descrive come sia possibile creare un sensore piezoelettrico altamente flessibile stampato a getto d’inchiostro su un sottile substrato di poliimmide. Secondo quanto rilevato dai test, il sensore continua a funzionare in modo affidabile anche quando viene piegato bruscamente e ripetutamente, suggerendo che questo nuovo approccio di stampa potrebbe favorire lo sviluppo di sensori economici e personalizzabili per l’elettronica di prossima generazione. Sebbene IMMENSE (Inter materials and structures mechanoperception for self learning) abbia ancora diversi ostacoli teorici e tecnologici da superare prima di raggiungere il suo obiettivo, grazie a nuovi sensori innovativi, algoritmi di apprendimento automatico e sistemi inediti di interpretazione e classificazione dei segnali è sulla buona strada verso la creazione di materiali senzienti con applicazioni promettenti in campi quali la biomedicina, l’ingegneria e l’edilizia. Il progetto si concluderà nel 2029. Per maggiori informazioni, consultare: sito web del progetto IMMENSE(si apre in una nuova finestra)
