La cerimonia del XVIII Premio Internazionale Tecnovisionarie®, organizzata da Women&Tech® - Donne e Tecnologie – ETS, si è tenuta il 29 maggio 2024, con il tema “Transizione Ecologica: Le Protagoniste di una Nuova Cultura dell’Acqua”, con l'obiettivo di sottolineare il ruolo cruciale delle donne nell'innovazione e nella gestione sostenibile delle risorse idriche.
Tra le premiate Tecnovisionarie® c'era la Dott.ssa Raziyeh Akbari, assegnista di ricerca presso il Dipartimento di Scienza dei Materiali dell'Università di Milano-Bicocca. Nata in Iran nel marzo 1989, la Dott.ssa Akbari ha conseguito il dottorato in fisica presso l'Università di Teheran nel 2019. Nel 2020 si è trasferita in Italia per una posizione di post-dottorato presso l'Università di Milano-Bicocca, lavorando al progetto WaterHaB, che si concentra sulla progettazione di raccoglitori d'acqua atmosferica ispirati alla natura, in particolare nella fornitura di acqua pulita e nella creazione di superfici autopulenti.
Dott.ssa Akbari, potrebbe raccontarci del suo viaggio da Teheran a Milano e cosa l'ha ispirata a perseguire la sua ricerca post-dottorato all'Università di Milano-Bicocca?
Dopo aver conseguito la laurea nel 2019, mi sono appassionata alla ricerca sulla scienza delle superfici e sulle interazioni tra acqua e superficie. Volevo approfondire le mie conoscenze e competenze attraverso collaborazioni internazionali, così ho cercato un programma di post-dottorato all'estero per diventare una scienziata indipendente. Durante questa ricerca, ho trovato il Prof. Carlo Antonini, un promettente ricercatore nel campo della scienza delle superfici e abbiamo deciso di collaborare attraverso il programma TRIL (Training and Research in Italian Laboratories) del centro ICTP (International Centre for Theoretical Physics). Sono arrivata in Italia nel febbraio 2020, appena tre settimane prima del lockdown per il COVID-19 e nonostante le difficoltà iniziali nel fare lavori di laboratorio, ho sfruttato quel periodo per sviluppare un codice computazionale open-source per analizzare automaticamente le forme delle gocce su superfici solide. Contemporaneamente ho esplorato nuovi e interessanti argomenti di ricerca sulla bagnabilità e le sue applicazioni, e ho preparato nuove proposte per applicare questi studi a problemi ambientali reali. Nel 2021, il nostro progetto WaterHaB sulla raccolta dell'acqua atmosferica ha ottenuto il sostegno di Milano-Bicocca attraverso il programma “Dipartimenti di Eccellenza” con un finanziamento di ‘Assegni di Ricerca tipo A2’ di 2+2 anni.
La sua ricerca sulla raccolta dell'acqua dalla nebbia è affascinante. Cosa ha inizialmente suscitato il suo interesse per lo sviluppo di un sistema economico ed ecologico per estrarre acqua dall'atmosfera?
Per me, la ricerca scientifica senza applicazioni pratiche nel mondo reale e impatti sulla vita quotidiana delle persone non è molto promettente. Durante tutto il mio percorso accademico, a partire dalla laurea, mi sono sempre concentrata sull'applicazione delle mie scoperte scientifiche a situazioni reali. Poiché il mio principale interesse di ricerca risiede nei fenomeni di bagnabilità e nelle sue applicazioni, mi sono concentrata sulla fabbricazione di superfici autopulenti e sulla fornitura di acqua pulita, cercando di colmare il divario tra la ricerca teorica e le soluzioni pratiche e d'impatto.
Durante il mio post-doc, la sinergia tra la mia esperienza e le mie ambizioni mi ha incoraggiato a approfondire uno dei più grandi problemi ambientali globali, in particolare nel mio Paese natale, l'Iran, e nel sud Europa: la scarsità d'acqua. In questo contesto, la raccolta dell'acqua dalla nebbia atmosferica, soprattutto nelle aree costiere umide, si allinea perfettamente con la filosofia secondo la quale una strategia passiva, ecologica, a basso costo e a bassa tecnologia sia spesso la soluzione più efficace.
Il progetto WaterHaB utilizza materiali ispirati alla geometria delle spine dei cactus. Potrebbe spiegare come funzionano questi materiali e il loro potenziale impatto sulle comunità con accesso limitato all'acqua pulita?
La raccolta e il trasporto delle gocce d'acqua su una superficie possono essere controllati da due fattori principali: il gradiente di energia superficiale e la pressione di Laplace. Questi fattori sono influenzati dall'angolo con cui le gocce d'acqua si appoggiano sulla superficie.
Il gradiente di energia superficiale si riferisce a come cambia l'energia della superficie in base alla sua rugosità e alla larghezza delle sue scanalature. In pratica, superfici con scanalature più strette e più ruvide creano una forza che spinge le gocce d'acqua a muoversi.
La pressione di Laplace, invece, è una differenza di pressione che si verifica nelle aree più curve di una superficie. Questa pressione è maggiore nelle regioni curve e aiuta a spingere le gocce d'acqua lungo le piccole scanalature della superficie. Immaginate una goccia d'acqua che si muove attraverso una serie di piccole colline e valli: la pressione di Laplace è ciò che la spinge a continuare a muoversi lungo queste forme. Animali e piante del deserto, come il coleottero del Namib, il cactus e il ragno, sfruttano questi meccanismi per raccogliere, trasferire e immagazzinare acqua atmosferica. Ad esempio, sulle spine coniche e sui tricomi nei cactus, le gocce si muovono dalle regioni idrofobiche (cioè, scanalature superficiali strette) alla punta del cono alle regioni idrofiliche (cioè, scanalature superficiali larghe) alla base del cono.
Pertanto, la fabbricazione di strutture artificiali bioispirate che imitano strutture naturali come le spine dei cactus può aumentare l'efficienza della raccolta dell'acqua.
Quali sono state alcune delle principali sfide che ha affrontato durante la sua ricerca e come le ha superate? Inoltre, potrebbe evidenziare alcuni traguardi o scoperte chiave del suo progetto?
Il progetto WaterHaB coinvolge quattro pacchetti di lavoro (work packages) tra i quali la costruzione di vari apparati di laboratorio, un setup per esplorare il movimento delle gocce d'acqua sulla superficie, una camera di prova dell'umidità per misurare l'efficienza della raccolta dell'acqua e una torre ‘acchiappavento’ per dirigere la nebbia verso il raccoglitore. Inoltre prevede lo sviluppo di software per la determinazione automatica della bagnabilità statica e dinamica, la fabbricazione di superfici per la raccolta dell'acqua con specifiche strutture superficiali, la conduzione di esperimenti sul meccanismo di accumulo e trasporto delle gocce sul campione e infine, la gestione, disseminazione e sfruttamento dei risultati del progetto.
La sfida più significativa nel progetto è stata la sincronizzazione del lavoro parallelo svolto all’Università Milano-Bicocca e all'Università di Teheran, in Iran. Nell'ambito del progetto, la preparazione della camera di prova dell'umidità e la misurazione dell'efficienza della raccolta dell'acqua sono state effettuate in Iran. Fortunatamente, lo studente in Iran è stato molto utile in questo senso e ha completato questa parte del lavoro molto bene.
Tra i traguardi, posso menzionare la progettazione e la preparazione di diversi setup di test, lo sviluppo e la validazione del software automatico e l'esplorazione di vari parametri efficaci nella misurazione dell'efficienza della raccolta dell'acqua, traguardi quasi tutti interamente raggiunti.
Guardando al futuro, quali sono le sue aspirazioni per il progetto WaterHaB? Come immagina che la sua ricerca contribuisca alla sostenibilità globale dell'acqua, soprattutto nelle aree meno sviluppate?
Dopo aver completato il progetto WaterHaB, il mio obiettivo è stabilire partnership industriali. La nostra iniziativa si concentra sull'avanzamento di innovativi raccoglitori d'acqua per fornire acqua fresca nelle regioni semi-aride, tra cui il Sud Europa, l'Africa, il Medio Oriente e l'Iran. Pianifichiamo di diffondere i nostri risultati attraverso Milano-Bicocca e di presentarli a eventi organizzatid all'Unione Europea, come Water Innovation Europe. Inoltre, questo progetto offre l'opportunità di sensibilizzare sulla scarsità d'acqua e sull'importanza delle tecnologie di raccolta. Miriamo a coinvolgere musei come il Museo Nazionale della Scienza e della Tecnologia Leonardo da Vinci a Milano, Italia, il museo dell'acqua nel complesso di Sa'dabad a Teheran, Iran, e il museo dell'acqua a Yazd, Iran per educare gli studenti e promuovere soluzioni.
English
International Tecnovisionarie® Award 2024 - exploring the journey and vision of an award-winning researcher from Tehran to Milan
Pioneering water harvesting innovations with Dr. Raziyeh Akbari
The XVIII International Tecnovisionarie® Award ceremony, organized by Women&Tech® - Donne e Tecnologie – ETS, held on May 29, 2024 focused on the theme “Ecological Transition: Protagonists of a New Water Culture,” aiming to underscore the pivotal role of women in innovation and sustainable water resource management.
Among the esteemed Tecnovisionarie® awardees was Dr. Raziyeh Akbari, a research fellow at the Department of Materials Science, University of Milano-Bicocca. Born in Iran in March 1989, Dr. Akbari obtained her Ph.D. in solid-state physics from the University of Tehran in 2019. She moved to Italy in 2020 for a postdoctoral position at the University of Milano-Bicocca, working on the WaterHaB project, which focuses on designing nature-inspired atmospheric water collectors. Her research primarily revolves around wettability phenomena and their applications, particularly in providing clean water and creating self-cleaning surfaces.
Dr. Akbari, could you share your journey from Tehran to Milan and what inspired you to pursue your postdoctoral research at the University of Milano-Bicocca?
After graduating in 2019, I discovered a deep enthusiasm for continuing my research in surface science and water-surface interactions. I sought admission to a post-doctoral program abroad to enhance my knowledge and skills through international collaborations, aiming to become an independent scientist. While searching for a suitable research group, I found Prof. Carlo Antonini, a promising researcher in surface science. We agreed to collaborate, starting with the Training and Research in Italian Laboratories (TRIL) program from the ICTP center. I arrived in Italy in February 2020, just three weeks before the COVID-19 lockdown. Despite the initial challenges of conducting laboratory work, I used this time to develop an open-source computational code for automatically analyzing droplet shapes on solid surfaces. Concurrently, I explored interesting research topics in wetting and its applications and prepared new proposals for applying wetting studies to real environmental issues. In 2021, our project on atmospheric water harvesting (WaterHaB) received support from UNIMIB through the “Dipartimenti di Eccellenza” program under a ‘2+2 years Assegni di Ricerca tipo A2’ program.
Your research on water harvesting from fog is fascinating. What initially sparked your interest in developing an economical and ecological system for extracting water from the atmosphere?
To me, scientific research without practical, real-world applications and impacts on people’s everyday lives is not very promising. Throughout my academic journey, beginning with my bachelor’s degree, I have consistently focused on applying my scientific findings to real-world situations. Since my primary research interest lies in wetting phenomena and its applications, I have concentrated on fabricating self-cleaning surfaces and providing clean water, striving to bridge the gap between theoretical research and practical, impactful solutions.
During my post-doc, the synergy between my experience and my ambitions encouraged me to delve deeper into addressing one of the biggest global environmental challenges, particularly in my home country of Iran and southern Europe: water scarcity. In this context, water harvesting from atmospheric fog, especially in humid coastal areas, aligns perfectly with the philosophy that a passive, environmentally friendly, low-cost, and low-tech strategy is often the most effective solution.
The WaterHaB project utilizes materials inspired by the geometry of cactus spines. Can you elaborate on how these materials work and their potential impact on communities with limited access to clean water?
Water droplet condensation on a surface and its transportation into a reservoir container can be controlled by the surface energy gradient and Laplace pressure, both of which highly depend on the water droplet contact angle on the surface. The surface energy gradient changes with the roughness and width of the surface grooves, producing a driving force for water droplet movement. Laplace pressure is higher in more curved regions, increasing the driving force due to the movement of the water droplet in micrometric surface grooves. Desert animals and plants, such as the Namib beetle, cactus, and spider, take advantage of these mechanisms to collect, transfer, and store atmospheric water. For instance, on conical spines and trichomes in cactus, droplets move from hydrophobic regions (i.e., narrow surface grooves) at the tip of the cone to hydrophilic regions (i.e., wide surface grooves) at the base of the cone. Thus, fabricating bioinspired artificial structures that mimic natural structures like cactus spines can increase water harvesting efficiency.
What were some of the significant challenges you faced during your research, and how did you overcome them? Additionally, could you highlight any key milestones or breakthroughs in your project?
The WaterHaB project involves four work packages including constructing various lab apparatus including a setup to explore the water droplet motion on the surface, a humidity test chamber to measure the water harvesting efficiency, and a windcatcher tower to direct fog towards the collector, and developing software for automatic determination of static and dynamic wetting, fabricating water-harvesting surfaces with specific surface structures, carrying experiments on the mechanism of drop accumulation and transportation on the sample, and finally, management, dissemination, and exploitation of the project outputs.
The most significant challenge in the project was the synchronization between the parallel work done at UNIMIB and the University of Tehran, Iran. As part of the project, the preparation of the humidity test chamber and the measurement of water harvesting efficiency were carried out in Iran. Fortunately, the student in Iran was very helpful in this regard and completed this part of the work very well.
Among the milestones, I can mention the design and preparation of different test setups, the development and validation of the automatic software, and the exploration of various effective parameters in measuring water harvesting efficiency. These milestones have been almost entirely achieved.
Looking ahead, what are your aspirations for the future of the WaterHaB project? How do you envision your research contributing to global water sustainability, especially in less developed areas?
After completing the WaterHaB project, my goal is to establish industrial partnerships by collaborating with research councils and parks. Our initiative focuses on advancing innovative water harvesters to supply fresh water in semi-arid regions, including southern Europe, Africa, the Middle East, and Iran. We plan to disseminate our findings through UNIMIB and present them at European Union exhibitions, such as Water Innovation Europe. Additionally, this project provides an opportunity to raise awareness among the public about water scarcity and the importance of water harvesting technologies. We aim to engage with museums like the Leonardo da Vinci Museum of Science and Technology in Milan, Italy, the water museum in Sa'dabad Complex in Tehran, Iran, and the water museum in Yazd, Iran to draw the attention of families, especially school students, about the issue and promote solutions.
