Relaziona Annuale
La presente relazione è mirata a dare un’immagine unitaria delle attività di ricerca sviluppate dai nostri dottorandi che si innestano in un disegno strategico generale. In questa cornice, si fa riferimento alle attività dei dottorandi (con riferimento all’anno di corso) collocandola però nell’alveo delle linee di ricerca proposte e dirette dal Collegio, cosa ritenuta più utile in questa sede rimandando, per ulteriori dettagli, alle schede preparate individualmente dai dottorandi stessi e disponibili in questo stesso documento di valutazione.
Le attività di ricerca nel nostro dottorato sono basate su tre pilastri di tipo interdisciplnare: (i) Fluidodinamica, (ii) Meccanica delle Macchine, (iii) Strutture.
I temi di ricerca, tutti con pronunciata valenza multidisciplinare, trovano collocazione in quest’alveo tripartito.
Nel settore della fluidodinamica in questi ultimi anni le ricerche nell'anno di avvio, il primo, dei dottorandi sono state riferite ai seguenti argomenti:
FLUIDODINAMICA: Flussi bifase (gas in liquido, solido in liquido, liquido in gas), scambio micro-termo-fluidico, applicazioni bio-fluidodinamiche e biochimiche.
Per la meccanica delle macchine, si rintracciano invece le seguenti linee strategiche:
MECCANICA DELLE MACCHINE: Controlli di sistemi meccatronici e dinamici, metamateriali elasto-dinamici, tribologia per applicazioni industriali e bio-meccaniche.
Per le strutture elastiche i dottorandi hanno potuto scegliere tra i seguenti temi:
STRUTTURE: Analisi di sistemi nanomeccanici e studio di legami costitutivi di tipo innovativo.
I Anno
Più specificamente, con riferimento ai diversi settori, gli argomenti di investigazione dei dottorandi sono stati rivolti nel primo anno di corso ai seguenti temi:
FLUIDODINAMICA: Un settore di grande importanza, sia dal punto di vista teorico che applicativo, è quello dello studio di flussi bifase, facendo intervenire tre stati possibili: liquido, gassoso e solido. Sono possibili diverse combinazioni didiche con questi tre stati di aggregazione, alcune delle quali, di maggiore rilevanza sia teorica che applicativa, sono parte delle linee di investigazione molto attive nel dottorato.
MECCANICA DELLE MACCHINE: Le attività di dottorato in questo settore si concentrano su temi di notevole interesse sia teorico che applicativo. In particolare, sono attive tre linee di indagine su cui i nostri dottori di ricerca sono impegnati: (i) nuovi principi di controllo meccatronico e sensoristico, (ii) metamateriali elastici, (iii) tribologia con applicazioni sia industriali che biomeccaniche.
Il primo settore è correlato alla robotica dei veicoli autonomi, ponendo enfasi sui principi di controllo ottimale di sistemi che devono operare in assenza di un decisore umano. Le questioni teoriche da affrontare sono sottili ed investono modelli matematici che permettano di implementare una decisione artificiale on-board. Le investigazioni dei dottorandi sono state anche rivolte agli aspetti tecnologici della realizzazione di tali dispositivi.
STRUTTURE: Il settore delle strutture è dedicato in questi anni prevalentemente allo studio del comportamento di nano-strutture con legami costitutivi di tipo innovativo.
II Anno
FLUIDODINAMICA: Lo studio di bolle gassose in flusso liquido ha aperto sviluppi assai interessanti nel settore delle applicazioni sia industriali, legate ai fenomeni di cavitazione distruttiva, attività a cui si sono dedicati dottorandi del XXXIII ciclo, sia di tipo biologico, dove i fenomeni cavitativi sono indirizzati alle applicazioni in campo clinico, dove si è scoperto, in alcune recenti indagini dei nostri dottorandi, che possono alterare le proprietà di trasporto chimico attraverso le membrane cellulari, agevolando o inibendo l’assorbimento di farmaci specifici e aiutando in tal senso la drug-delivery.
Un secondo aspetto dei flussi bifase è rivolto ai fenomeni di trasporto di particelle solide in flusso liquido ai quali è dedicata un’attività sia di tipo teorico, nella riformulazione delle equazioni di trasporto, sia di tipo numerico.
Un ulteriore aspetto è riservato alle gocce liquide in flusso gassoso, che hanno rilevanza in molti problemi applicativi relativi alle turbomacchine. Anche in questo caso gli aspetti di maggiore rilevanza sono legati alle riformulazioni matematiche dei fenomeni di trasporto e alla simulazione numerica di flussi complessi. Tale tematica è al centro delle indagini di alcuni dottorandi del XXXIII ciclo.
Altro tema di interesse iniziato nel XXXIII ciclo si riferisce agli effetti della rottura d'onda in presenza di vento.
MECCANICA APPLICATA: Una tesi del XXXIII ciclo, ha avviato una attività di ricerca nel settore della tribologia dei sistemi meccanici con particolare enfasi al frenamento di motori per servo-azionamento.
Nel settore della elasto-dinamica si collocano le attività di un dottorando del XXXIII ciclo, che sta indirizzando la propria tesi sull’argomento modi non-lineari.
Una ulteriore tesi studia tecniche di energy harvesting per l'alimentazione di sensori e dispositivi a bassa potenza.
Infine, in questo ambito, un dottorando del XXXIV ciclo è impegnato in una tesi di dottorato che verte sulla propagazione di onde anomale in metamateriali.
STRUTTURE: Una tesi del XXXIII ciclo, affronta il tema della descrizione strutturale di sistemi nanoscopici, anch’essi utilizzanti legami costitutivi di ordine superiore.
III Anno
FLUIDODINAMICA: Alcuni dottorandi (del XXXII ciclo) hanno approfondito gli effetti dei fenomeni cavitativi nelle applicazioni in campo clinico, in particolare sull’effetto che essi hanno sulle proprietà di trasporto chimico attraverso le membrane cellulari, agevolando o inibendo l’assorbimento di farmaci specifici e aiutando la drug-delivery.
Un ulteriore settore di studio è legato agli scambi termici, in passato di interesse per le applicazioni in ambito energetico, ossia per grandi impianti scambiatori. L’avvento e lo sviluppo di tecnologie elettroniche per elaborazioni ad altissima velocità, ha richiamato l’attenzione dei ricercatori sul settore della micro-fluidica degli scambi termici per i problemi di raffreddamento delle CPU dei computer di nuova generazione, dove la questione riveste una grande importanza e si instaurano fenomeni di micro-termo-fluidica su scale ad oggi non ancora investigate. Una tesi del XXXII ciclo è indirizzata a questi temi. Un'altra tesi è dedicata allo studio di fenomeni di trasporto attraverso supporti nanofluidici.
MECCANICA APPLICATA: Attraverso le attività di due dottorandi del XXXII ciclo, si sono avviate delle indagini su nuovi sistemi di controllo denominati VFC – Variational Feedback Control. L’attività del precedente anno ha incluso anche la loro partecipazione ad un progetto avanzato, denominato Secure Platform, che ha avuto per oggetto la progettazione di una piattaforma per il salvataggio automatico in mare di naufraghi, il cui prototipo finale è stato presentato e testato in ottobre 2018 nelle acque del lago di Nemi.
Un’attività rilevante su questa linea è attualmente dedicata ai sistemi di popolazioni robotiche interagenti, investendo la disciplina emergente della swarm robotics.
Tale attività è oggetto di un'altra tesi del XXXIV ciclo che sta sviluppando sistemi di controllo di swarm cooperativi.
STRUTTURE: Una interessante tesi del XXXII ciclo, è impegnato nella formulazione matematica di continui elastici con legami costitutivi di ordine superiore. Il tema è di grande interesse sia teorico che applicativo, in quanto materiali che abbiano queste caratteristiche possono esibire comportamenti totalmente inusuali che possono essere impiegati vantaggiosamente nelle applicazioni sia civili che industriali.