Sviluppare strutture capaci di ridurre le vibrazioni e, allo stesso tempo, sostenere carichi elevati. È questa la sfida al centro di R3DEFINE – Reconfigurable, Responsive and Robust 3D mEtastructures For frequency IsolatioN and filtEring, il progetto di Riccardo Augello, ricercatore del gruppo MUL2 – MULtilayered structures and MULtifield analyses del Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale-DIMEAS del Politecnico, coordinato dal professor Erasmo Carrera.Il progetto, finanziato con 1,475 milioni di euro, si è aggiudicato un ERC Starting Grant, uno dei più prestigiosi e competitivi finanziamenti dello European Research Council, destinato a ricercatrici e ricercatori nelle prime fasi della propria carriera indipendente per sviluppare progetti ad alto potenziale innovativo.Il progetto R3DEFINE, della durata di cinque anni, svilupperà nuovi strumenti di simulazione per studiare e progettare al computer il comportamento delle metastrutture tridimensionali prima di realizzarle fisicamente. Il nuovo modello sarà basato sulla Carrera Unified Formulation (CUF), una metodologia sviluppata dal gruppo MUL2 che permette di rappresentare strutture molto complesse in modo accurato, riducendo allo stesso tempo i costi computazionali. Sarà così possibile simulare come le metastrutture si deformano, cambiano configurazione e reagiscono alle diverse sollecitazioni, informazioni fondamentali per progettare soluzioni capaci di controllare efficacemente le vibrazioni.Al centro di R3DEFINE ci sono le metastrutture, strutture ingegnerizzate le cui proprietà dipendono non soltanto dai materiali utilizzati, ma soprattutto dalla loro geometria e architettura interna. Modificandone opportunamente la configurazione, è possibile controllare il modo in cui le vibrazioni si propagano al loro interno e intervenire sulle frequenze che vengono isolate o filtrate.La prima sfida del progetto riguarda proprio le frequenze più difficili da controllare: quelle ultra-basse. Isolarle richiede infatti strutture che tendono a essere molto deformabili, una caratteristica difficilmente conciliabile con la necessità di sostenere carichi elevati. R3DEFINE punta a superare questo limite progettando metastrutture capaci di combinare isolamento alle frequenze ultra-basse, robustezza e capacità portante.Un secondo obiettivo riguarda invece la direzione delle vibrazioni. R3DEFINE punta a ottenere un isolamento omnidirezionale, capace cioè di attenuarle qualunque sia la direzione da cui provengono. Per raggiungere questo risultato sono necessarie architetture realmente tridimensionali, molto più complesse da simulare rispetto ai modelli bidimensionali oggi più comunemente utilizzati.Queste sfide sono racchiuse nello stesso nome R3DEFINE, che richiama le tre caratteristiche alla base del progetto – reconfigurable, responsive and robust, ovvero riconfigurabile, responsivo e robusto – insieme alla natura tridimensionale delle metastrutture. L’elemento innovativo sarà proprio riunire queste caratteristiche in un’unica soluzione, progettando strutture compatte e resistenti, capaci di riconfigurarsi e di isolare vibrazioni a frequenze molto basse provenienti da direzioni diverse.Per sviluppare queste strutture, R3DEFINE combinerà simulazioni numeriche, fabbricazione e sperimentazione. I modelli guideranno la progettazione e l’ottimizzazione dei prototipi, che saranno successivamente realizzati e sottoposti a prove sperimentali per verificarne il comportamento e validare le soluzioni sviluppate. I risultati potrebbero aprire la strada a nuove applicazioni in numerosi settori, dall’ingegneria aerospaziale alla protezione antisismica.In ambito aerospaziale, una possibile applicazione riguarda l’adattatore che collega il satellite al lanciatore. Durante il lancio, infatti, il satellite è sottoposto a intense vibrazioni, che possono danneggiarne i componenti o comprometterne il funzionamento. Integrare le metastrutture in questo collegamento potrebbe contribuire ad assorbire e limitare la trasmissione delle vibrazioni, proteggendo meglio il satellite nelle fasi più critiche della missione.Le potenzialità sono significative anche nell’ingegneria antisismica, in cui una delle sfide dei sistemi di isolamento è riuscire a ridurre la trasmissione delle vibrazioni provocate dai terremoti continuando, allo stesso tempo, a sostenere carichi elevati. Le soluzioni studiate nell’ambito di R3DEFINE mirano proprio a conciliare queste due esigenze, contribuendo allo sviluppo di sistemi di protezione sismica più efficienti.Giunto a pochi mesi dalla conclusione di NOVITAS – Nonlinear analysis for virtual design of composite deployable space booms and membranes, il precedente progetto di Riccardo Augello finanziato dall’Unione europea nell’ambito delle Marie Skłodowska-Curie Actions, il nuovo ERC Starting Grant apre per il ricercatore una nuova fase del suo percorso, di cui racconta così gli obiettivi: “Con R3DEFINE vogliamo superare uno dei principali compromessi dell’isolamento delle vibrazioni: ottenere una risposta efficace a frequenze ultra-basse senza rinunciare alla capacità di sostenere carichi elevati. Progetteremo metastrutture tridimensionali riconfigurabili, combinando simulazioni basate sulla Carrera Unified Formulation con la fabbricazione e la validazione sperimentale di prototipi. L’obiettivo è sviluppare soluzioni compatte e omnidirezionali, applicabili in tutti gli ambiti nei quali sia necessaria una marcata attenuazione delle vibrazioni in ingresso”.