materiali e tecnologie

Compie 20 anni la "pazza idea"
di DynaMat, tecnica d’eccellenza
nei laboratori SUPSI di Mendrisio

 

L’attrezzatura permette di misurare con estrema precisione la resistenza dei materiali agli stress definiti fulminei. Il laboratorio, diretto da Ezio Cadoni, è inserito in un’ampia rete internazionale

di Federico Lucchesi

Chicchi di grandine enormi, come palline da tennis, che possono distruggere i pannelli solari e le carrozzerie delle automobili. Esplosioni, incidenti stradali, impatti che durano una frazione di secondo ma spingono al limite la resistenza dei materiali. È su questi scenari estremi che lavora il laboratorio DynaMat della Scuola universitaria professionale della Svizzera italiana (SUPSI), un centro di ricerca all’avanguardia che studia come e quando i materiali cedono - e cosa si può fare per renderli più sicuri. 

Oggi, mentre celebra i suoi primi vent’anni, il laboratorio guarda già al futuro: l’integrazione dell’intelligenza artificiale (IA) per prevedere il comportamento di materiali che ancora non sono stati sottoposti a verifiche o, addirittura, che ancora non esistono. Per ricordare l’anniversario - il laboratorio è nato nel 2006 grazie a un’idea di Ezio Cadoni, professore ordinario in Meccanica dei materiali e delle strutture - la SUPSI ha organizzato il 25 marzo una serie di eventi al Campus di Mendrisio, dove le attrezzature sono ospitate nei locali sotterranei del Dipartimento ambiente costruzioni e design. «Come per i caveaux delle banche o per il CERN - ha commentato sorridendo Cadoni - in Svizzera le cose più importanti sono sempre costruite sottoterra». 

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Il cuore tecnologico del laboratorio DynaMat si basa su una configurazione avanzata della barra di Hopkinson, strumento utilizzato per studiare la reazione dei materiali a sollecitazioni fulminee. Ma come funziona? Semplificando molto, possiamo dire che un percussore viene lanciato contro un’estremità della lunga barra montata all’interno del macchinario, generando un impulso elastico. In pratica, quando questo raggiunge il materiale da testare, il segnale si divide: una parte viene riflessa e l’altra trasmessa attraverso il campione. Il confronto tra le due parti permette di calcolare la risposta del materiale. Il limite? L’impatto fisico del percussore genera vibrazioni che possono “sporcare” le misurazioni. Il sistema sviluppato alla SUPSI sfrutta invece quella che viene definita energia elastica, generata con una tecnica particolare da una tensione caricata nella barra stessa, ottenendo dati estremamente puri. In questo modo si può misurare con assoluta precisione quanto il materiale si deformi e quanto carico possa sopportare prima di cedere. 

I DANNI PROVOCATI DAL GHIACCIO - A tale proposito, nell’ambito del progetto ACHILLES, i ricercatori del DynaMat stanno studiando il comportamento del ghiaccio lanciato ad altissima velocità contro diversi tipi di strutture metalliche, così da definire nuovi standard di resistenza. La necessità di questi test nasce dal cambiamento climatico: l’intensità delle precipitazioni è in forte e costante crescita, con chicchi di grandine che raggiungono anche i 7 centimetri di diametro, come dimostrano gli eventi critici che tre anni fa hanno creato gravi danni nel Locarnese, distruggendo i pannelli fotovoltaici e danneggiando le auto, ma creando problemi anche ai cappotti termici delle abitazioni e ai treni. 

UN MIX DI ACCIAIO E LEGNO - La sostenibilità ambientale è al centro anche di due nuove ricerche finanziate dal Fondo Nazionale Svizzero (FNS), che prenderanno il via tra pochi mesi. Il progetto ACCIDENTESCO, in collaborazione con il Politecnico federale di Zurigo, permetterà di studiare il comportamento termomeccanico di elementi compositi in acciaio e legno sottoposti a condizioni estreme e dinamiche. L’unione di questi materiali sostenibili - l’uno riciclabile, l’altro rinnovabile - può offrire un vantaggio strategico: in caso di incendio, la carbonizzazione del legno crea un isolamento naturale che aumenta la resistenza al fuoco della struttura metallica. Attraverso l’acquisizione di dati sperimentali, i ricercatori misureranno la resistenza a impatti, incendi ed esplosioni, anche in scenari combinati, per sviluppare modelli numerici capaci di simulare fedelmente la realtà. 

LA CERTIFICAZIONE DEI DRONI - Parallelamente, il progetto HISTRAND si concentrerà sul futuro della mobilità aerea, puntando a creare un sistema affidabile per certificare i droni per uso civile. L’obiettivo è studiare nuovi materiali sostenibili, come resine biologiche e fibre naturali, testandone la resistenza agli urti e alle deformazioni. I ricercatori partiranno dall’analisi al microscopio della struttura del materiale per poi passare a prove reali sui componenti dei droni, così da garantirne sicurezza e robustezza prima di essere messi in volo.

COLLABORAZIONI INTERNAZIONALI - Oltre a lavorare per aziende e istituzioni svizzere e italiane (il laboratorio è finanziato prevalentemente da Armasuisse, FNS e dal Centro Ricerca del gruppo automobilistico Stellantis), il DynaMat ha costruito negli anni una solida rete di collaborazioni nel mondo, che comprende centri di ricerca in Cina, India, Australia, Argentina e Norvegia. Fin dalla sua nascita, ha partecipato a progetti di primo piano come lo sviluppo dell’Eurofer 97, un acciaio speciale destinato ai reattori a fusione nucleare. Questa dimensione globale si riflette anche nella carriera dei suoi ex dottorandi e ricercatori, che oggi ricoprono ruoli accademici, industriali e istituzionali di prestigio a livello internazionale. 

In effetti, il vero patrimonio del laboratorio sono le persone. La sala polivalente del Campus SUPSI, gremita per il ventennale, ne è stata la dimostrazione: ricercatrici, ricercatori e partner industriali si sono ritrovati per celebrare un percorso condiviso fatto di collaborazioni e risultati, ma soprattutto intuizioni.

UN BANDO NASCOSTO - La storia stessa del Dynamat è iniziata da un incontro casuale. È il novembre del 1993 ed Ezio Cadoni, alla fine del suo dottorato al Politecnico di Torino, nota un bando di ricerca semi-nascosto su una bacheca con l’indicazione di un ufficio. Dopo diversi tentativi andati a vuoto per avere informazioni, riesce a ottenere una lunga lista di numeri di telefono. Sono tutti di Bruxelles, tranne uno, di Varese. Cadoni chiama il contatto italiano, ma a rispondere è un ricercatore francese, che spegne immediatamente il suo entusiasmo: «I concorsi sono conclusi – dice – e i posti sono già stati assegnati». All’ultimo momento, però, suggerisce a Cadoni di chiamare un altro numero, quello dell’ingegner Carlo Albertini, che lavorava al Centro comune di ricerca di Ispra (Varese), e che diventerà il suo mentore.

Da quell’incontro nacque così la “pazza idea”, come è stata definita, che avrebbe portato all’inaugurazione del DynaMat: l’ideazione delle barre di Hopkinson modificate. Ne segue un percorso costellato di successi: dai primi progetti europei, all’accordo come fornitore ufficiale di Fiat, fino al riconoscimento definitivo: l’inserimento del DynaMat nella Roadmap Svizzera delle infrastrutture di ricerca di rilevanza nazionale. Un traguardo raggiunto grazie a un metodo di lavoro che non lascia nulla al caso. La conferma che, come sottolinea Cadoni citando San Paolo: «Il segreto del DynaMat risiede nel non aver mai trascurato nulla, aver vagliato tutto e aver trattenuto il valore».