Dipartimento di Ingegneria civile ed ambientale
Università degli Studi di Perugia

Presupposti e motivazioni del progetto

Il progetto FAIL-SAFE mira a valutare in tempo quasi reale le prestazioni strutturali di edifici esistenti in calcestruzzo armato e in muratura, attraverso l’integrazione tra simulazione, monitoraggio strutturale e data science. Lo scopo del progetto è sviluppare una metodologia e modelli fisico-matematici che possano supportare il processo decisionale delle parti interessate allorquando si verifica un dissesto strutturale in un edificio, con particolare attenzione alla valutazione della sua sicurezza strutturale residua, del rischio degli edifici adiacenti e della resilienza dell’area urbana in cui l’edificio è ubicato. A partire da una raccolta di dati sulle tipologie strutturali e sugli scenari potenzialmente critici, verranno definiti alcuni archetipi edilizi per ciascuno dei quali verranno sviluppati modelli di fragilità tipologici. Successivamente si prevede di utilizzare i dati prodotti da sistemi di monitoraggio strutturale al fine di aggiornare sia i modelli strutturali che quelli di fragilità. Lo sviluppo di modelli surrogati consentirà di estendere il quadro di monitoraggio a un numero maggiore di edifici, sino a raggiungere la scala urbana. La fase finale del progetto consisterà nella valutazione della resilienza urbana al dissesto o al crollo di edifici, nonché nella validazione della metodologia per alcuni casi studio di particolare rilevanza.

Responsabile Scientifico: Prof. Filippo Ubertini

Durata: 2023 - 2025

Finanziamento: 76.422,14 €

Cup Master: E53D2300335006

Cup Unipg: J53D23002160006

Presupposti e motivazioni del progetto

Spesso pensiamo alle trasformazioni architettoniche e urbane come il risultato del lavoro di architetti e pianificatori, a volte come il riflesso di processi politici e sociali, o come la conseguenza di necessità tecnologiche ed energetiche; meno spesso la trasformazione dell'ambiente costruito è vista come effetto di scelte economiche, e solo raramente la produzione di valori, materiali così come immateriali, e i processi di rigenerazione urbana sono valutati nel lunghissimo periodo di vita degli agglomerati urbani.Eppure, sono proprio le condizioni di convenienza economica che, generalmente, attivano e orientano i processi di trasformazione della città. Nella complessa catena di generazione del valore e dei meccanismi che ne regolano l’allocazione tra i soggetti coinvolti nei processi di sviluppo immobiliare, appare rilevante mettere in chiaro le decisioni degli operatori economici e come il progettista rappresenti la figura in grado di trovare il migliore equilibrio tra le istanze rappresentative degli interessi in gioco. Come quella architettonica e urbana, anche la progettazione economica della città e del territorio può essere descritta e interpretata in termini storici, riflettendo sui fattori genetici del valore che, nel passato, hanno consentito trasformazioni durevoli e che, nel presente e nel futuro, possono contribuire allo sviluppo consapevole di processi di rigenerazione urbana, sui quali si indirizzano notevoli risorse del PNRR; inquadrandone le condizioni in termini di lunga durata; comprendendo quali dispositivi di valutazione possono supportare decisioni che oggi sono assunte a fronte di un composito sistema di interessi di natura individuale e collettiva.Per affrontare con questa nuova lente il processo di formazione della città e del territorio è necessario partire da un caso studio, almeno in parte già indagato, che, tuttavia, esprime complessità del tutto attuali. Tra tutti gli architetti del Rinascimento, Galeazzo Alessi è stato l'unico in grado di fare valere le proprie origini nobiliari nell’interpretazione attiva dei bisogni della committenza, in particolare quelli relativi al consolidamento dei grandi patrimoni immobiliari. In questo senso i progetti di Alessi sono esempi di autentiche strategie economico-finanziarie che hanno contribuito allo sviluppo delle città e dei territori in cui ha lavorato: Genova, un grande centro portuale e cosmopolita; Milano, un’embrionale capitale cisalpina; Perugia, una città papale riconfigurata a partire dalla sua originale struttura medioevale. Studiare i progetti di Alessi permette di indagare la relazione tra scelte di economia urbana e contesti diversificati che all’inizio del XVI secolo hanno dato origine alle moderne città europee. Coincidendo con i luoghi alessiani, le sedi coinvolte nella ricerca si avvalgono di una competenza diretta dei casi studio, cui si associano quelle fortemente interdisciplinari richieste dalle metodologie di indagine che si intendono adottare.

Responsabile Scientifico: Prof. Paolo Belardi

Durata: 2023 - 2025

Finanziamento: 75.927,60 €

Cup Master: D53D23011270006

Cup Unipg: J53D23009410006

Presupposti e motivazioni del progetto

Le condotte di trasmissione (TM) svolgono un ruolo cruciale nella funzionalità e nelle prestazioni dei sistemi idrici. Nonostante questa importanza, sono state a lungo trascurate, si dice di solito che sono "sepolte e dimenticate" e solo di recente l'attenzione per queste tubazioni è aumentata. Tuttavia, la loro limitata accessibilità rende molto difficile effettuare ispezioni e restringe il campo delle tecniche applicabili per il rilevamento delle anomalie. Le tecniche basate su test transitori (TTBT) si basano sull'analisi dei segnali di pressione transitori per rilevare anomalie nei sistemi idrici. Un'onda di pressione di piccola ampiezza, correttamente generata, si propaga
nel sistema e lo esplora, raccogliendo informazioni preziose sullo "stato di salute" delle tubazioni. Infatti, tale onda riflette parzialmente quando incontra una singolarità, che si traduce in una variazione nel segnale di pressione acquisito. Tali variazioni possono essere analizzate e le anomalie possono essere rilevate poiché ogni anomalia è caratterizzata da un'impronta digitale specifica. I principali vantaggi dei TTBT sono il basso costo della strumentazione, il numero limitato di sezioni di misurazione richieste e la breve durata del test, con un'interferenza minima con il normale funzionamento del sistema. In letteratura sono disponibili diversi modelli per l'analisi dei segnali di pressione transitori, ma l'uso dei TTBT combinato con metodologie di apprendimento automatico (ML) è ancora in una fase embrionale. Tuttavia, diverse tecniche basate su approcci di apprendimento profondo hanno dimostrato prestazioni all'avanguardia in molti campi diversi. Il motivo risiede nelle potenti architetture, come le reti neurali ricorrenti e convoluzionali, che sono metodologie basate sui dati e richiedono solo dati rilevanti per l'esecuzione delle attività di classificazione. Il vantaggio significativo dell'utilizzo di tali tecniche per il rilevamento e la classificazione delle anomalie insieme ai TTBT è quello di colmare il divario tra approcci convenzionali e di apprendimento automatico, fornendo soluzioni nuove e flessibili per i servizi idrici per il rilevamento di anomalie, come le perdite. Questa proposta mira a integrare i metodi ML descritti e i TTBT introducendo una procedura innovativa per un controllo periodico dei TM e sviluppando un algoritmo per la loro diagnosi. L'idea principale è quella di monitorare queste condotte, così cruciali per la funzionalità dell'intero sistema idrico, generando periodicamente un transitorio e analizzando il segnale di pressione acquisito tramite metodi ML. Aver eseguito un'adeguata fase di training rende il metodo ML in grado di riconoscere la presenza di un'anomalia in tempi molto brevi, aprendo così la strada a una risposta in tempo reale della procedura di check-up. Inoltre, la classificazione eseguita descritta delle anomalie può consentire al modello di effettuare una diagnosi completa ed esaustiva dei TM. Vale anche la pena notare che la formazione per i tecnici può essere organizzata per rendere le aziende idriche indipendenti nell'esecuzione della procedura proposta.

Responsabile Scientifico: Prof.ssa Caterina Capponi

Durata: 2023 - 2025

Finanziamento: 121.275,00 €

Cup Master: D53D23011270006

Cup Unipg: J53D23009410006

Presupposti e motivazioni del progetto

La ricerca attuale mostra l’enorme potenzialità dello studio archeozoologico per la comprensione dei cultipreromani in tutti i loro molteplici aspetti. Per questo motivo, questo progetto si propone di analizzare la complessità dei rituali attraverso lo studio dei resti faunistici delle aree sacre in rapporto all’intero contesto culturale di appartenenza e alle fonti storiche. La nostra idea è quella di trovare nuove strategie interpretative e di indagine attraverso strumenti ICT (Information and Communication Technology) appositamente progettati. Le due aree sacre selezionate, ovvero il 'complesso monumentale' di Tarquinia e il santuario di Gravisca, costituiscono il contesto ideale dove sviluppare questa ricerca, grazie all’impressionante campione faunistico e al notevole apparato di cultura materiale e conoscenza archeologica derivante da numerose decine di anni di scavi.La strategia di ricerca è basata sull'implementazione di un sistema informatico che consentirà la registrazione, l'analisi e l'elaborazione dei dati, al fine di individuare e sottolineare le associazioni ricorrenti tra dati zooarcheologici e archeologici, che saranno utilizzate a supporto del processo di interpretazione dei dati. Il progetto mira a fornire agli archeologi uno strumento per valutare le ipotesi dedotte utilizzando le funzionalità di data mining. L'applicazione ICT risultante, quindi, utilizzerà tecniche di data mining sui database archeologici dei casi studio selezionati e sarà in grado di evidenziare correlazioni e ricorrenze tra dati eterogenei. Inoltre, il sistema ICT sarà dotato di uno strumento per l'analisi visiva delle sequenze stratigrafiche per una migliore comprensione dei rituali.Lo strumento ICT sarà in seguito messo a disposizione per lo studio di altri contesti rituali dell'Italia preromana che coinvolgano animali.I risultati raggiunti dal progetto saranno diffusi attraverso la realizzazione di una serie di pubblicazioni, conferenze e seminari dedicati a studiosi, esperti e studenti; contemporaneamente si coinvolgeranno appassionati ed il grande pubblico con la creazione di storytelling mirato, coinvolgendo i social media e la creazione di materiale digitale da condividere con il Museo e le istituzioni locali.

Responsabile Scientifico: Prof. Lucio Fiorini

Durata: 2023 - 2025

Finanziamento: 47.023,00 €

Cup Master: G53D23000210006

Cup Unipg: J53D23000230006

Presupposti e motivazioni del progetto

Gli eventi sismici del 2016 in Umbria hanno evidenziato ancora una volta la vulnerabilità del patrimonio edilizio civile e religioso italiano, portando all'attenzione della comunità i concetti di rischio sismico, prevenzione e resilienza. La riduzione del rischio sismico non può essere ottenuta senza un'adeguata conoscenza della risposta strutturale degli edifici esistenti e la selezione di idonee tecniche di rinforzo per migliorare le loro prestazioni sismiche e ridurre la loro vulnerabilità ai carichi dinamici dei terremoti. Questo aspetto diventa più significativo quando sono di interesse gli edifici storici in muratura. L'obiettivo del programma di ricerca è il miglioramento delle conoscenze scientifiche sul comportamento strutturale degli edifici in muratura colpiti dai terremoti e lo sviluppo di nuove ed efficaci tecniche di rinforzo sostenibili utilizzando un approccio combinato fornito da test sperimentali e modellazione numerica. Saranno costruiti prototipi in scala reale di pareti in muratura con diverse tipologie costruttive e condizioni al contorno e sottoposti a cronologie di accelerazione sismica utilizzando prove su tavola vibrante. Le pareti danneggiate saranno quindi rinforzate con tecniche innovative e sostenibili e nuovamente sottoposte a carichi sismici sulla tavola vibrante. Le informazioni ottenute dalle attività sperimentali saranno utilizzate per valutare l'efficacia dei sistemi di rinforzo e per costruire modelli numerici accurati che tengano conto dell'effetto delle incertezze mediante l'approccio bayesiano. Le attività di ricerca principali saranno sviluppate in tre pacchetti di lavoro: modellazione numerica, indagini sperimentali e aggiornamento del modello probabilistico. L'obiettivo del primo pacchetto di lavoro è duplice: in primo luogo la selezione di entrambe le tipologie di muratura idonee tra i tipici edifici umbri e siciliani e diverse tecniche e materiali di rinforzo sostenibili e innovativi basati sulla bio-tecnologia; in secondo luogo la stima della risposta delle pareti in muratura mediante modelli numerici preliminari per avere informazioni per la progettazione delle pareti da testare. Il secondo pacchetto di lavoro riguarderà la progettazione e la costruzione dei modelli di parete in scala reale da testare sul sistema della tavola vibrante. Verrà eseguita la caratterizzazione meccanica delle pareti e dei materiali di rinforzo e verranno eseguiti test su tavola vibrante su pareti in muratura non rinforzate e rinforzate con diverse condizioni al contorno. I dati sperimentali saranno infine utilizzati nel terzo pacchetto di lavoro per calibrare i modelli numerici preliminari con tecniche innovative che contemplano l'incertezza nelle proprietà dei materiali, nelle condizioni al contorno e nei carichi sismici. La forza del progetto proposto risiede nell'uso di approcci teorici, numerici e sperimentali combinati che saranno resi possibili dalla disponibilità di laboratori avanzati.

Responsabile Scientifico: Prof. Massimiliano Gioffré

Durata: 2023 - 2025

Finanziamento: 144.770,00 €

Cup Master: J53D23001880006

Cup Unipg: J53D23001880006

Presupposti e motivazioni del progetto

In vista di un accesso allo spazio sostenibile e reattivo, i motori a razzo solido (SRM) forniscono la maggior parte della spinta necessaria per raggiungere l'orbita terrestre bassa (LEO). I materiali del sistema di protezione termica (TPS) come i compositi carbonio/fenolico (CPC), i compositi carbonio/carbonio (CCC) e, più di recente, le ceramiche ad altissima temperatura (UHTC) sono essenziali per produrre la prossima generazione di lanciatori italiani/europei per preservare l'accesso indipendente allo spazio tramite sistemi di lancio indigeni. Tali materiali TPS sono anche considerati per gli scudi termici del rientro dei veicoli in un'atmosfera planetaria o per i bordi d'attacco dei veicoli ipersonici. Per quanto riguarda gli UHTC, le formulazioni sviluppate finora mostrano alcuni aspetti critici relativi alle tecnologie di fabbricazione, ai test realistici sui materiali, all'uso di materie prime critiche (CRM) e alle proprietà termomeccaniche da migliorare. A questo scopo, I-CREATE esplorerà una nuova classe di UHTC costituiti da soluzioni solide basate su boruri di metalli di transizione (TMBSS), che includono i boruri ad alta entropia (HEB) recentemente scoperti, potenzialmente in grado di resistere alle dure condizioni esistenti nella regione della gola degli SRM. Sono disponibili solo pochi studi in letteratura sui TMBSS binari e quaternari, con il loro comportamento ad alta temperatura quasi inesplorato. Ciò vale anche per quanto riguarda l'impatto fornito dall'introduzione di fasi secondarie sulle loro prestazioni. Un altro obiettivo di I-CREATE è introdurre un protocollo di test innovativo, affidabile e conveniente basato su torce ad ossigeno-combustibile ad alta velocità (HVOF) per testare tali nuove formulazioni TMBSS. Questo approccio fornirà approfondimenti senza precedenti sulla fisica dell'ablazione di UHTC. Inoltre, i dati sperimentali acquisiti tramite questo esclusivo banco di prova basato su HVOF produrranno nuovi e preziosi risultati. Verrà inoltre intrapreso un ampio sforzo per modellare il comportamento di ossidazione di nuove formulazioni UHTC. Le diverse formulazioni di TMBSS prese in considerazione saranno quindi confrontate in termini di prestazioni in condizioni ambientali estreme. Vale la pena sottolineare che gli obiettivi di I-CREATE sono in linea con il Future Launchers Preparatory Programme (FLPP) dell'Agenzia Spaziale Europea (ESA), volto a salvaguardare l'accesso dell'Europa allo spazio, nonché con il documento Strategic Vision 2016-2025 dell'Agenzia Spaziale Italiana (ASI). Inoltre, I-CREATE si adatta agli obiettivi del Recovery and Resilience Facility (RRF), del Recovery Assistance for Cohesion and the Territories of Europe (REACT-EU), del National Recovery and Resilience Plan (NRRP) e della National Smart Specialisation Strategy (NSSS), con particolare riguardo alle aree di accesso allo spazio, aerospaziale e difesa. Da questo progetto si attendono quindi progressi significativi, sia dal punto di vista della lavorazione che della caratterizzazione dei materiali, rispetto allo stato dell'arte. A questo scopo, tre unità di ricerca italiane con una consolidata esperienza in questo campo sono coinvolte nel programma I-CREATE.

Responsabile Scientifico: Prof. Maurizio Natali

Durata: 2023 - 2025

Finanziamento: 55.615,00 €

Cup Master: F53D23002020006

Cup Unipg: J53D23002490001

Presupposti e motivazioni del progetto

Il trattamento di digestione anaerobica (DA) dei rifiuti organici rappresenta una strategia conveniente per produrre energia attraverso l'upgrading del biometano dal biogas. La materia organica dei fanghi di depurazione, dei sottoprodotti agroindustriali, della frazione organica dei rifiuti urbani viene valorizzata dalla DA e il digestato ottenuto (D) potrebbe anche essere riciclato come fertilizzante organico in sostituzione di quelli minerali. La materia prima utilizzata per la DA influisce sulla produzione di biogas e sulle caratteristiche fisico-chimiche del D, in termini di nutrienti delle piante, ma anche di presenza di inquinanti come microplastiche (MP), antibiotici, pesticidi ed elementi potenzialmente tossici (PTE). Sebbene l'elevato valore agricolo del D sia di dominio pubblico, è anche vero che l'applicazione del D come fertilizzante può sollevare preoccupazioni ambientali. I residui di plastica possono persistere a lungo o disintegrarsi per formare particelle di MP (<5 mm), che sono considerate contaminanti emergenti che possono essere trovati nell'ambiente marino e terrestre, nell'acqua dolce e negli organismi. Il suolo può rappresentare un grande serbatoio di MP originati dall'applicazione di pacciamatura in plastica, irrigazione o inondazioni o ammendanti del suolo, ad esempio compost, digestato, fanghi di depurazione. L'uso agricolo di D derivato da DA di letame animale o fanghi di depurazione urbani può anche aumentare l'apporto di antibiotici che possono essere difficilmente degradati, con il rischio di diffusione ambientale di antibiotici e propagazione di geni resistenti agli antimicrobici. Gli antibiotici possono essere adsorbiti dalle microplastiche con interazioni ospite-ospite a seconda delle proprietà fisico-chimiche delle particelle di plastica, delle caratteristiche degli antibiotici e delle condizioni ambientali. L'effetto combinato di MP e antibiotici può rappresentare un problema ambientale, così come i fenomeni di inquinamento dovuti alla presenza di pesticidi persistenti in condizioni di AD e PTE (ad esempio nichel, cadmio, arsenico, mercurio, zinco, piombo, cromo e alluminio). L'applicazione ripetuta di D può determinare l' accumulo di PTE nei suoli con effetti anche sulla persistenza e la lisciviabilità dei pesticidi. Numerosi studi hanno riportato l'inquinamento da MP nell'ambiente marino, mentre nell'ecosistema terrestre è ancora poco studiato nonostante la persistenza, l'accumulo e il ruolo di trasportatori di inquinanti. Il progetto 3IMPACT mira a valutare gli impatti ambientali derivanti dall'applicazione agricola di D come fertilizzante organico. Per raggiungere questo obiettivo, verrà effettuata una caratterizzazione completa di D di diversa origine, per quanto riguarda MP, antibiotici, pesticidi e PTE e i loro impatti sui suoli. I risultati di 3IMPACT saranno rafforzati sulle interazioni tra i più comuni contaminanti D, in particolare sul ruolo degli MP come trasportatori di inquinanti.

Responsabile Scientifico: Prof.ssa Daniela Pezzolla

Durata: 2023 - 2025

Finanziamento: 114.064,00 €

Cup Master: J53D23010170006

Cup Unipg: J53D23010170006

Presupposti e motivazioni del progetto

Un framework di elasticità finita, tenendo conto di un modello di densità di energia di deformazione adeguato e di condizioni peculiari di deformazione e stress (taglio anti-piano, stress T) devono essere considerati per descrivere il comportamento meccanico di un bimateriale e più in generale di materiali compositi. Questo aspetto assume maggiore rilevanza quando si considera la fatica dei materiali; in particolare la fatica multiassiale deve essere presa in considerazione per ottenere una tenacità alla frattura affidabile e una previsione della durata della fatica. Un altro aspetto assolutamente non trascurabile sono le incertezze del materiale composito su scala microstrutturale che devono essere prese in considerazione nella progettazione, nella costruzione e nelle applicazioni. Partendo da osservazioni precedenti, il progetto di ricerca proposto mira a introdurre un approccio robusto, basato sulla meccanica statistica, per modelli costitutivi di materiali compositi e bio-ispirati e le loro applicazioni strutturali nell'ingegneria civile, meccanica e biomedica. Per avere una descrizione esaustiva delle proprietà meccaniche, devono essere considerate diverse modellazioni meccaniche (elasticità finita, crescita delle crepe da fatica e tenacità alla frattura). Questo obiettivo sarà perseguito sviluppando leggi costitutive nella teoria della meccanica del continuo e nel quadro dell'ingegneria strutturale con un riferimento dettagliato alla microstruttura fisica del materiale. Inoltre, saranno introdotti modelli probabilistici per le caratteristiche meccaniche del materiale (densità di energia di deformazione). L'argomento principale del progetto sarà un approccio multiscala per comprendere come le incertezze influenzano il comportamento meccanico. In particolare, saranno utilizzate analisi non locali, reticolari e discrete su scala micro, mentre, su scala macro, sarà applicato il metodo di omogeneizzazione. Infine, sarà condotta un'indagine sulle modalità di guasto, che è un aspetto cruciale per la progettazione di nuovi materiali ma anche di materiali classici (calcestruzzo, cemento armato, malta e muratura) nonché per tecniche di rinforzo e materiali di riparazione (plastiche rinforzate con fibra di carbonio, FRCM). Il progetto sarà supportato da test sperimentali per comprendere la microstruttura dei compositi. Saranno progettati, prodotti e testati meccanicamente campioni per convalidare le metodologie proposte. Le applicazioni dei materiali saranno studiate in casi di studio selezionati sia in ingegneria civile che biomedica. I principali risultati del progetto riguardano la modellazione di materiali a inclusione di matrice, compositi rinforzati con fibre e materiali bio-ispirati e procedure innovative per la calibrazione dei loro parametri meccanici e geometrici.

Responsabile Scientifico: Prof. Vittorio Gusella

Durata: 2023 - 2025

Finanziamento: 149.290,00 €

Cup Master: J53D23001870006

Cup Unipg: J53D23001870006

Presupposti e motivazioni del progetto

La fabbricazione di film sottili fotocatalitici altamente efficienti attivati ​​da radiazioni visibili rappresenta una sfida scientifica e tecnologica significativa. La titania è uno dei materiali fotocatalitici più efficaci sotto la luce UV, ma mostra solo un debole assorbimento nella gamma visibile a causa del suo ampio bandgap. Pertanto, molto lavoro è stato dedicato al miglioramento della capacità di assorbimento della luce visibile, riducendo allo stesso tempo la rapida ricombinazione delle coppie elettrone-lacuna generate dalla foto. La fabbricazione di film nanocompositi di titania sottili e otticamente trasparenti che siano altamente fotocatalitici nel visibile rappresenterebbe una svolta nel campo, aprendo la strada a diverse applicazioni di uccisione, come rivestimenti antibatterici e antivirali, strati anti-fingering, superfici autopulenti e sensori di gas per l'analisi del respiro. La recente classificazione delle micropolveri di titania come agenti cancerogeni di classe 2 per inalazione (H351) riduce la possibilità di sviluppare applicazioni basate su nano-microparticelle di titania. I film sottili di titania preparati mediante elaborazione in soluzione rappresentano una preziosa alternativa non tossica.
Lo scopo del progetto è ottenere eterogiunzioni eterostrutture (HH) di nuova generazione combinando dicalcogenidi di metalli di transizione a strati 2D (2D-TMD) o calcogenidi metallici (2D-MC) con nanoparticelle di metalli nobili (NMP) in strati mesoporosi di TiO2 altamente ordinati.
I film di titania mesoporosa caratterizzati da un'elevata area superficiale e una porosità organizzata nell'intervallo 2-5 nm rappresentano una piattaforma ideale per l'incorporamento nella stessa matrice di materiali 2D e NMP per formare un'eterostruttura fotocatalitica altamente reattiva. Per adattare l'assorbimento della luce del sistema all'interno del bandgap ideale tra 400 e 760 nm, aumentando allo stesso tempo l'attività fotocatalitica, verrà utilizzata una sintesi teorica guidata precisa per selezionare le eterostrutture più performanti. Verranno studiate le eterogiunzioni formate da NMP di titania e 2D-TMD/MD, modellando allo stesso tempo le interfacce nanoparticelle-materiale 2D. I potenziali candidati, come MoS2, MoSe2, SnSe2, saranno combinati con nanoparticelle di Au e Ag per testare la capacità dell'eterostruttura di assorbire la luce nel visibile, aumentando allo stesso tempo le prestazioni fotocatalitiche. Il controllo del numero di strati nei materiali 2D-TMD/MD, la dimensione e la forma delle nanoparticelle metalliche e la formazione dell'eterostruttura saranno attività sperimentali critiche. Un altro problema teorico e sperimentale è la definizione dell'interfaccia più performante in termini di eterogiunzioni e la capacità di ridurre il tasso di ricombinazione lacuna-elettrone e la separazione di carica nello stato eccitato. La fase finale del progetto sarà l'ingegnerizzazione di un prototipo: un rivestimento anti-patogeno autopulente otticamente trasparente e lo sviluppo di un processo industriale scalabile comprendente un metodo "tutto in uno" da brevettare.

Responsabile Scientifico: Prof. Giacomo Giorgi

Durata: 2023 - 2025

Finanziamento: 57.225,00 €

Cup Master: J53D23003470006

Cup Unipg: J53D23003480006

Presupposti e motivazioni del progetto

La grande e crescente quantità di rifiuti agricoli e alimentari è diventata una preoccupazione importante in tutto il mondo. Pertanto, sono necessarie strategie per la loro lavorazione e il riutilizzo a valore aggiunto per consentire un utilizzo sostenibile delle materie prime e ridurre l'impatto ambientale. I sottoprodotti delle patate si verificano in quantità significative nei paesi europei e sono di conseguenza di grande rilevanza, tuttavia devono essere valorizzati portando vantaggi economici e ambientali. In questo contesto, gli scarti di patate (foglie, patate scartate o germogliate, polpa di patate, bucce) saranno considerati come la fonte principale per l'estrazione, mediante metodologie verdi che coinvolgono enzimi e solventi verdi in un approccio a cascata, dei componenti principali (composti bioattivi, amido, cellulosa, emicellulosa e frazioni di lignina) da utilizzare nella preparazione di miscele polimeriche e pellicole per l'imballaggio alimentare. La nostra ambizione è quella di valorizzare i componenti potenzialmente ricchi esistenti negli attuali flussi collaterali a basso valore delle industrie delle patate in frazioni di alta qualità da utilizzare ulteriormente in applicazioni avanzate in un settore industriale chiave. La proposta prenderà in considerazione la realizzazione e la caratterizzazione su scala di laboratorio di miscele polimeriche, basate su frazioni sintetiche di poliestere miscelate con amido plastificato (ottenuto dalla polpa e dalle bucce di patate) come componente principale. Per migliorare la limitata compatibilità dei componenti della miscela, verranno prese in considerazione due opzioni. In primo luogo, l'estrusione reattiva di amido termoplastico con anidridi di origine biologica verrà testata e confrontata con l'efficacia dei composti innestati con anidride maleica. In secondo luogo, verranno aggiunte frazioni di lignina e zucchero purificato al poliestere per regolare l'interfase e modulare la rigidità e la flessibilità delle miscele. Si prevede che le emicellulose purificate plastificate e la lignina modificata chimicamente con frazioni di poliestere oligomeriche saranno in grado di regolare la risposta meccanica delle miscele. Cellulosa e lignina da foglie e bucce saranno inoltre isolate e manipolate a livello nanometrico e considerate come additivi funzionali per il miglioramento del comportamento meccanico, di barriera e di resistenza ai raggi UV delle miscele. I composti bioattivi estratti, sia come additivi liberi che innestati chimicamente su lignina e cellulosa, saranno inoltre aggiunti alle formulazioni, per migliorare le prestazioni antimicrobiche e antiossidanti dei materiali prodotti. Saranno ottenute frazioni con diverse purezze e utilizzate per preparare miscele estruse a base di amido, che saranno ulteriormente lavorate per ottenere pellicole per applicazioni di imballaggio. La valutazione delle proprietà morfologiche, termiche e meccaniche di base sarà considerata in via preliminare per progettare requisiti funzionali specifici (ridotta permeabilità all'ossigeno, miglioramento della barriera alla luce, effetto antiossidante/antibatterico, migrazione limitata, cinetica di rilascio controllato).

Responsabile Scientifico: Prof.ssa Debora Puglia

Durata: 2023 - 2025

Finanziamento: 56.085,00 €

Cup Master: J53D23003380006

Cup Unipg: J53D23003380006

Presupposti e motivazioni del progetto

Dalla scoperta del primo esopianeta nel 1995, sono stati rilevati più di 5000 esopianeti (https://exoplanets.nasa.gov). Ciò indica che la formazione dei pianeti è un meccanismo robusto e quasi ogni stella nella nostra galassia ospita un sistema di pianeti, come il sistema solare (SS). Tuttavia, si sa poco sui processi chimici che hanno avuto luogo durante la formazione del Sole e dei suoi pianeti e che hanno contribuito a determinare la composizione chimica del SS e di un pianeta abitabile, come la Terra. Il SS nasce da un nucleo denso in una nube molecolare che ha subito un collasso gravitazionale dando origine a una stella, il Sole, e a un disco di gas e polvere, la nebulosa protosolare, dove i pianeti si sono formati a causa della crescita e dell'assemblaggio dei granelli di polvere. La composizione chimica dei pianeti e dei piccoli corpi dipende dalla posizione e dalla scala temporale della loro formazione ed è collegata alla distribuzione spaziale e all'abbondanza di molecole in fase gassosa e solida nella nebulosa protosolare. L'obiettivo di questo progetto è svelare le nostre Origini Chimiche attraverso tre work-package (WP): il WP1: DISKS studierà la chimica degli analoghi della nebulosa protosolare, ovvero i dischi attorno a giovani stelle simili al Sole di età compresa tra 10000 e alcuni milioni di anni, e la confronterà con la composizione fossile degli SS impressi negli Outer Solar System Objects (WP2: OSSO). Per eseguire questo confronto, il WP3: CHEMISTRY studierà le vie di formazione di sostanze organiche complesse, molecole deuterate e sali. Queste specie sono fondamentali per testare se (e quanto) la chimica degli SS è ereditata dalle prime fasi della sua formazione, o è soggetta a un reset chimico che si verifica nel disco e/o durante la formazione dei pianeti. L'approccio multidisciplinare proposto da ChemicalOrigins richiede la collaborazione tra astrofisici dell'INAF che lavorano sulla formazione stellare e sul sistema solare (UdR1-INAF) e chimici dell'Università di Perugia che eseguono calcoli di chimica quantistica per indagare le reazioni chimiche che si verificano nelle regioni di formazione stellare (UdR2-UPG). La sinergia tra le due UdR sarà implementata reclutando due postdoc che collegheranno i risultati ottenuti dai tre WP, scrivendo proposte e articoli di osservazione congiunti e organizzando un workshop interdisciplinare. Ciò ci consentirà di diffondere i risultati ottenuti e accrescerà il ruolo di leadership dell'Italia nel campo dell'astrochimica.

Responsabile Scientifico: Prof. Marzio Rosi

Durata: 2023 - 2025

Finanziamento: 113.000,00 €

Cup Master: C53D23001110006

Cup Unipg: J53D23001600006

Presupposti e motivazioni del progetto

L'energia geotermica fornisce un potenziale energetico enorme, rinnovabile, distribuito e verde. Offre l'ulteriore grande vantaggio di essere stabile, rispetto alle condizioni atmosferiche, e competitiva in termini di costi. L'energia geotermica in prossimità della superficie è ampiamente disponibile e quindi ottimale per la raccolta e la distribuzione locale sia su scala di singoli edifici che distrettuale. Il progetto GEOREFIT si concentrerà sull'attivazione termica di strutture geotecniche per il riscaldamento e il raffreddamento degli edifici. Esistono possibilità innovative di utilizzare strutture geotecniche convenzionali come elementi termicamente "attivi" con un impatto potenzialmente notevole sul settore dell'energia termica in linea con UN Sustainable development Goals 7 & 11. Mentre l'attivazione di nuove geostrutture è stata studiata in passato, il progetto GEOREFIT si concentrerà sul retrofitting di edifici e infrastrutture. Il progetto GEOREFIT trarrà vantaggio da siti sperimentali unici già esistenti. Questi consentiranno di ottenere informazioni sul comportamento termo-idro-meccanico e sulle prestazioni energetiche di diverse geostrutture. Attraverso l'indagine sull'innovazione tecnologica nel campo dei nuovi materiali, dei nuovi utilizzi e delle applicazioni intelligenti, il progetto si pone l'obiettivo di potenziare il processo di retrofitting per ottenere un salto tecnologico della struttura/infrastruttura.

Responsabile Scientifico: Prof.ssa Diana Salciarini

Durata: 2023 - 2025

Finanziamento: 48.834,00 €

Cup Master: E53D23002670006

Cup Unipg: J53D23001910006

Presupposti e motivazioni del progetto

I motori a razzo solido (SRM) forniscono la maggior parte della spinta necessaria per raggiungere l'orbita terrestre bassa (LEO). I materiali del sistema di protezione termica (TPS) come i compositi carbonio/fenolico (CPC) sono essenziali per produrre i lanciatori italiani ed europei di prossima generazione, ovvero per preservare l'accesso indipendente allo spazio tramite sistemi di lancio indigeni. La crisi in Ucraina ha improvvisamente permesso di cogliere l'importanza della sicurezza nazionale, che è intimamente correlata all'accesso allo spazio, per i paesi occidentali, nonché la necessità di preservare il know-how e la catena di fornitura nelle aree dei materiali TPS. Più di recente, i motori a razzo ibrido (HRM) hanno dimostrato di rappresentare un paradigma di propulsione conveniente, soprattutto per le piccole aziende che mirano a produrre piccoli lanciatori. I materiali TPS sono anche utilizzati per produrre gli scudi termici dei veicoli di rientro in un'atmosfera planetaria. Le tecnologie alla base dei materiali TPS per SRM/HRM non sono solo complesse, ma nella maggior parte dei casi sono soggette a restrizioni di controllo delle esportazioni, frustrando le ambizioni dei nuovi piccoli operatori italiani ed europei che mirano a entrare nel mercato dei lanciatori spaziali. Inoltre, i test realistici dei materiali per SRM/HRM sono estremamente impegnativi. Di conseguenza, DAPHNE desidera promuovere gli sforzi di ricerca del Principal Investigator (PI) per ridurre i costi delle tecnologie alla base dei materiali TPS utilizzando un approccio sistematico consolidato in 25 anni di coinvolgimento in molti programmi di ricerca europei e nazionali. È stato creato un consorzio di unità di ricerca con uno straordinario track record nel relativo campo di ricerca. Ad esempio, l'UNIPD ha recentemente sviluppato il motore ibrido per razzi utilizzato per alimentare un razzo sonda lanciato con successo nel febbraio 2022. L'attività è stata sviluppata nell'ambito del programma Aviolancio, un'iniziativa della Presidenza del Consiglio dei Ministri, del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR) e del Ministero della Difesa, volta a sviluppare un lanciatore aereo per piccoli satelliti. Il primo obiettivo di DAPHNE sarà quello di introdurre una nuova famiglia di CPC completamente basata su materie prime commerciali (come le comuni fibre di carbonio espoliacrilonitrile) e su sistemi di resine ad alta resa di carbone su misura in grado di promuovere una resistenza al taglio interlaminare (ILSS) superiore. Saranno convalidati processi di produzione in grado di aggirare le limitazioni delle tecniche tradizionali. Saranno introdotti due protocolli di test innovativi basati su torce ad ossigeno-combustibile ad alta velocità (HVOF) e HRM su scala ridotta, che forniranno approfondimenti senza precedenti sulla fisica dell'ablazione dei materiali TPS. Sarà intrapreso un ampio sforzo per modellare il comportamento delle formulazioni CPC. Gli sforzi di DAPHNE sono in linea con la tecnologia Heatshield for Extreme Entry Environment (HEEET) della NASA, (2) il programma preparatorio per i futuri lanciatori dell'Agenzia spaziale europea (ESA) (FLPP), il documento Strategic Vision 2016-2025 dell'Agenzia spaziale italiana (ASI), il programma Recovery and Resilience Facility (RRF).

Responsabile Scientifico: Prof. Luigi Torre

Durata: 2023 - 2025

Finanziamento: 113.189,00 €

Cup Master: J53D23003550006

Cup Unipg: J53D23003550006

Presupposti e motivazioni del progetto

Le ulcere, una rottura della membrana mucosa di continuità causata dalla desquamazione del tessuto necrotico infiammato, sono una delle principali cause di sanguinamento gastrointestinale (GI), sia nel tratto superiore (ad es. ulcere peptiche) che inferiore (ad es. colite ulcerosa). Si stima che le ulcere peptiche da sole siano presenti in circa il 4% della popolazione e il sanguinamento del tratto gastrointestinale superiore comporta un rischio di mortalità stimato dell'11%. Dati i diversi gradi di ulcerazione, le diverse sedi (spesso non facilmente accessibili, che richiedono esofagogastroduodenoscopia o colonscopia in anestesia) e le diverse eziologie, i trattamenti spaziano dai farmaci alla rianimazione. Il progetto PROMETHEUS mira a sviluppare un'impalcatura microfabbricata distribuibile, fisicamente programmata per raggiungere un'ulcera cronica sanguinante lieve, comunicare in modalità wireless e promuovere localmente la rigenerazione dei tessuti, grazie a materiali bio-abilitati basati su seta rigenerata funzionalizzata e l'approccio di fabbricazione tramite stampa 4D. Per raggiungere questo obiettivo, gli obiettivi specifici sono:
• SO1: sviluppare un'impalcatura stampata in 4D, in grado di dispiegare la sua struttura sull'ulcera, sfruttando la transizione/degradazione guidata dal pH, il rilascio del prestress e le proprietà di rigonfiamento differenziali fornite da materiali e geometria;
• SO2: identificare una strategia per localizzare e aderire alle ulcere sanguinanti, mediante una funzionalizzazione superficiale specifica in grado di differenziare la mucosa intatta dai tessuti ulcerati;
• SO3: promuovere la rigenerazione dei tessuti, grazie a peptidi innestati e adeguate proprietà meccaniche e di superficie, che miglioreranno l'adesione e la differenziazione cellulare; • SO4: conferire alla struttura deglutibile la capacità di agire come antenna, consentendo così una "comunicazione di riconoscimento del sistema", fino alla sua degradazione.
Punteremo il dispositivo al trattamento delle ulcere del digiuno e dell'ileo, non raggiungibili tramite endoscopia (quindi più difficili da gestire), ma questo concetto è generalizzabile all'intero sistema GI. PROMETHEUS è organizzato in 3 pacchetti di lavoro scientifico/tecnico (con altri 2 per la disseminazione e la gestione), durante i quali il dispositivo sarà ottimizzato tramite una progettazione basata su modelli matematici e realizzato utilizzando biopolimeri a base di seta elaborati tramite tecnologie di biostampa 3D multimateriale. Il sistema sarà testato in vitro ed ex vivo, nonché su modelli fantasma.
PROMETHEUS coinvolge scienziati dei materiali, ingegneri elettronici, bioingegneri, chimici, biologi e chirurghi appartenenti a 3 università, che rappresentano l'intera catena del valore: formulazione, progettazione, fabbricazione, test biologici e funzionali di impalcature polimeriche bio-abilitate. I partner trarranno vantaggio dalle collaborazioni precedentemente stabilite e documentate, per raggiungere gli obiettivi sopra menzionati, che avranno un impatto sui trattamenti delle emorragie gastrointestinali e forniranno informazioni sulla gestione delle lesioni interne di difficile accesso, come nei neonati o nei pazienti con controindicazione all'anestesia.

Responsabile Scientifico: Prof. Luca Valentini

Durata: 2023 - 2025

Finanziamento: 62.629,00 €

Cup Master: I53D23002200006

Cup Unipg: J53D23003440006

Presupposti e motivazioni del progetto

The OPTIMA proposal aims at investigating the use of optimization techniques for proposing a novel design method for seismic and energy retrofitting of existing reinforced concrete (RC) buildings through the use of Phase Change Materials (PCMs), by exploiting the properties of phase change transition in sustainable interventions. Specifically, the use of PCM can be used for enhancing the building thermal-energy efficiency of materials employed in structural upgrading. Despite the increasing availability in literature of optimization methods for designing seismic retrofitting interventions and energy upgrading techniques for RC construction, a multi-objective integrated simultaneous optimization of environmental, technical and economic criteria have not been extensively investigated yet. This project aims to fill out this lack of knowledge by proposing a novel research program for developing new interventions capable to exploit the use of PCM for structural retrofitting, designing an optimization procedure, minimizing the cost (measured via either economic and LCC/LCA-environmental costs) of PCM-based interventions while ensuring the required seismic and energy performance levels.The project is subdivided into three main parts, starting from the “material level” (characterization of PCM-based composites), then moving to the “element/system level” (definition of PCM-based structural and non-structural interventions), and finally “building level” (implementation of the design/optimization procedure). The first part of the work consists in the characterization of PCMs, from a mechanical and thermal point of view, aiming to assess their use in retrofitting applications. Both structural and energy efficient construction systems will be investigated in the second step of the research, identifying and characterizing a number of possible structural and non-structural PCM-based interventions. In the third step, an integrated design approach will be implemented in the form of optimization problem, formulated by assuming the cost as the objective function and heuristic algorithms. Considering both seismic and energetic performance of each model, the “best” solution, which minimizes the costs while achieving the required energetic and seismic performances, will be assessed. The developed approach will be then applied to relevant case studies of RC structures in different environmental exposure and seismic hazard scenarios.The research project is strongly multi/cross-disciplinary, as it involves three traditionally distinct research fields (Physics of Materials, Building Physics and Structural Engineering), harmonized in the project for the main aim of a combined energetic/structural optimization. The four Research Units (RUs) based at the Universities of Genova, Palermo, Perugia and Salerno have strong competences required for the synergic developing of the project, in the fields of concrete technology, seismic engineering and energy efficiency.

Responsabile Scientifico: Prof.ssa Antonella D'Alessandro

Durata: 24 months

Finanziamento: 39.427,00 €

Cup Master: D53C24004110006

Cup Unipg: J53C24003380006

Presupposti e motivazioni del progetto

Italian transport infrastructures are characterized by road networks that show important critical issues. Many bridges dates back to the post-World War II and often their standards are far away from those required by current design codes. In addition, traffic loads increased more and more, and traffic limitations are often implemented as temporary safety measures, while maintenance operations are limited, so the degradation processes can detrimentally evolve resulting in a reduction of the performances of structural components. Such a consequence can be particularly relevant for concrete bridges with post-tensioned deck, where the cables are not directly visible, therefore their state of conservation is not easily assessed with visual inspections only. All these aspects lead to serious problems for the transportation system, as recently reminded by several bridge collapses. Assuming existing bridges as key components of road networks, the proposal aims at studying the time evolution of their reliability by developing a comprehensive probabilistic framework including: (a) uncertainties in the system knowledge, (b) evolution of progressive degradation, (c) evolution of service actions and conditions. Research focuses on concrete bridges with post-tensioned deck. In previous studies, reliability assessment has been mainly studied as a “static” problem, and the “time dimension” has been usually neglected or included as an independent parameter (e.g. repeated analyses), without considering the interaction of different causes of evolution and without fully exploiting the uncertainty reduction due to monitoring and testing programs. The proposal aims at providing a prediction model to support the managing system, ensure an adequate reliability level during the lifetime and optimize the maintenance/restoration planning. The problem is approached by a framework with original contents, where the evolution over time of the system is described as a Markov process involving two transition operators, the former related to the evolution of the basic variables, and the latter related to model updating and knowledge evolution. This way it is possible to evaluate how such different aspects reduce the variability of parameters and consequently influence the prediction of the residual life. Knowledge advancements are expected about: methods for time-dependent reliability assessment of bridges with post-tensioned deck, evolution models for traffic actions and prestressing system effectiveness, procedures and confidence levels of testing of prestressing systems, Bayesian model updating and machine learning techniques in prestressing action modelling. To approaches such an inter-disciplinary topic, a partnership involving researchers with different and complementary expertise has been organized. The group includes UniCAM (Bridge Engineering, Reliability analysis), UniPI (Bridge actions, Inspection Procedures) and UniPG (Structural Health Monitoring, Model updating).

Responsabile Scientifico: Prof. Filippo Ubertini

Durata: 24 months

Finanziamento: 70.500,00 €

Cup Master: J53D23015560001

Cup Unipg: J53D23015570001

Presupposti e motivazioni del progetto

Fractional calculus has been developed in recent decades as an efficient tool to tackle several problems in engineering and applications, especially in the context of innovative and sustainable materials (micro- and nano-electro-mechanical systems,bio-inspired materials, among others). Fractional calculus is usually based on the definition of fractional integral. The most useful property of the fractional integral is that it transforms a function into a different one in which the value at a point depends on the values of the original function in the whole domain. This property is extremely useful in two situations that are most often encountered in the modelling of several engineering problems: when the response of a solid depends on time (as in viscosity, a form on non-locality in time), and when the response of a solid depends also on distant points (spatial non-locality).When dealing with the first aspect, the left Riemann-Liouville fractional derivative is usually adopted, while non-locality can also be studied employing the fractional Laplacian. Anyway, a lot of different definitions and approaches can be used when performing fractional calculus. Moreover, the model of the solid must consider the stochastic nature of both the material characteristics, and the forces acting on it, and how the non-locality and non-deterministic nature of the problem interact one with each other.The aim of the preset project is to develop tools to investigate the non-local, both in space domain and in time domain, response of solids in the stochastic field, primarily to obtain sustainable-by-design advanced materials and technologies in the context of circular economy, as well as to investigate material durability for a safe service life. To achieve this objective, the project will analyze the existing different formulations in fractional calculus and adopt the most promising one to address the coupling of space and time non-locality. Thereafter, the stochastic nature of the material and of the forces will be dealt with, allowing to evaluate its effect on the non-local behavior. A model able to consider the time and space non-locality will be developed in a stochastic framework, and suitable methods (analytical and/or numerical) will be proposed to solve the problem. Finally, possible applications will be proposed, especially concerning bio-inspired materials, nano- and micro-scale devices, which for their nature require innovative techniques for their analysis, as well as structural materials at the macro- and meso-scale.The main outcomes of the project will be made available to the scientific community through a web portal which will allow to estimate the response, given the main characteristics of the material and of the acting forces.

Responsabile Scientifico: Prof. Federico Cluni

Durata: 24 months

Finanziamento: 112.500,00 €

Cup Master: J53D23015680001

Cup Unipg: J53D23015680001