Stem Materials: il nuovo progetto del Cnr S&T Foresight

Il Cnr ha lanciato il progetto S&T Foresight, allo scopo di promuovere iniziative che possano contribuire a definire strategie di ricerca in grado di affrontare le grandi sfide sociali, quali energia, cibo, salute, acqua. Il metodo adottato è quello del ‘back casting’ foresight. Contrariamente al più comunemente usato ‘forecasting’, che cerca di individuare diversi scenari futuri, il backcasting identifica lo scenario ‘soluzione’ e affronta quali sfide scientifiche e tecnologiche possono, se risolte, contribuire a raggiungerlo.

A queste sfide sociali, il progetto Cnr ha aggiunto quella sui materiali, riconosciuti come aspetto trasversale in grado di introdurre innovazioni e applicazioni su molteplici settori. L’idea lanciata dal gruppo materiali si chiama ‘Stem Materials’.  L’aggettivo ‘stem’, comunemente attribuito alle cellule, si riferisce all’uso di unità primitive che, anche se non in grado di differenziarsi spontaneamente in diversi altri tipi, subiscono un processo di trasformazione volto a renderli capaci di adattarsi alle specifiche esigenze. Stem in un certo senso può essere l’acronimo di Sustainable Transformative Engineered Multi-functional, i quanto l’obiettivo ultimo è quello di sviluppare materiali adattabili, multifunzionali e senza ricorrere all’uso dei cosiddetti critical raw materials, in forte analogia con quanto riescono a realizzare gli organismi viventi.

Stem Materials: l’ispirazione che viene dalla natura
In natura infatti, gli organismi viventi sono capaci di adattarsi a diverse condizioni ambientali e sono costituiti principalmente da un numero limitato di componenti primarie e legami chimici. I materiali sono invece molto raramente adattabili, e spesso richiedono un gran numero di componenti per raggiungere elevate prestazioni su determinate funzioni. In questo azzardato confronto tra organismi e materiali, anche l’approccio ai rispettivi cicli di vita differisce sostanzialmente, i primi rinnovandosi nella continua interazione con l’ambiente, gli ultimi invece cercando di rimanere inalterati.

Materiali progettati e strutturati in maniera tale da poter svolgere funzioni diverse e rispondere a situazioni ambientali diversificate, senza alcun dispositivo aggiuntivo, avrebbero un grande impatto nel sistema socio-economico. Questi materiali dovrebbero essere  costituiti da unità primitive o primarie, contenenti un numero minimo e sufficiente di componenti adatte a soddisfare una funzione, le cui combinazioni verrebbero selezionate per rispondere alle specifiche richieste di multi-funzionalità e adattabilità.

Il gruppo è coordinato da Pier Francesco Moretti (fisico, Direzione centrale supporto alla rete scientifica e alle infrastrutture del Cnr), che ha ideato la proposta e coinvolto al momento oltre quaranta ricercatori riconosciuti a livello internazionale

La sfida degli Stem Materials è altamente inter-disciplinare, dalla fisica teorica alla biologia, scienze dei materiali, semantica, machine learning. E’ appena stato pubblicato l’articolo che lancia un tale percorso di ricerca sul primo numero della rivista BMC Materials, edito dalla Springer Nature: Stem materials: a new frontier for an intelligent sustainable world’. Tra gli autori, anche un rappresentante del gruppo dei gruppo di consulenti scientifici del Commissario alla ricerca della Commissione Europea (Sam Group) e del gruppo della ULB erede della scuola del Nobel, Ilya Prigogine.

I passi successivi sono quelli di continuare a facilitare il dialogo tra le diverse eccellenze nel campo scientifico, sviluppando anche esperienze di formazione dedicate ai giovani, e promuovere il  concetto degli Stem materials presso i finanziatori europei.