Il progetto NEMESIS (NEw GEneration MEthods for Numerical SImulationS), finanziato dal Consiglio Europeo della Ricerca (ERC) con un Grant di 7,8 milioni di euro, si propone di sviluppare nuovi metodi matematici numerici per affrontare le sfide della sostenibilità ambientale, come lo stoccaggio della CO2 nel sottosuolo e l'estrazione di alluminio da bauxite. Con l'utilizzo di metodi politopali, con i quali è possibile descrivere e analizzare problemi molto complessi, il team di ricercatori si impegna a trovare soluzioni innovative e pratiche per problemi reali di ingegneria e scienze applicate.
Abbiamo chiesto a Lourenco Beirao da Veiga, professore di analisi numerica al Dipartimento di Matematica e Applicazioni dell’Università degli Studi di Milano-Bicocca di tradurci la complessità di questo ambizioso progetto internazionale per comprenderne le applicazioni sul fronte della sostenibilità.
Qual è l'obiettivo principale del progetto NEMESIS?
L’obiettivo principale del progetto è di sviluppare una metodologia numerica di nuova generazione che possa affrontare anche problemi di elevata complessità. Un modello matematico permette infatti di descrivere un determinato fenomeno di interesse (dallo studio strutturale di un ponte alla meteorologia, per esempio) con formule ed equazioni. Queste però non possono essere risolte “carta e penna”, ma necessitano di metodologie numeriche/computazionali, che lavorano partendo da basi teoriche e utilizzano i moderni calcolatori elettronici. Molti problemi che nascono dalle applicazioni moderne sono ancora difficili da trattare, e la possibilità di costruire nuove metodologie più efficienti, robuste e affidabili sarebbe di grande impatto.
Potrebbe spiegarci brevemente come funzionano i modelli politopali e quali vantaggi offrono rispetto agli approcci tradizionali nella simulazione dei fenomeni fisici complessi?
La metodologia proposta da NEMESIS ha radici in diversi ambiti di ricerca, in cui il team di ricerca europeo composto da Lourenco Beirao da Veiga di Milano-Bicocca, Paola Antonietti del Politecnico di Milano, Daniele di Pietro e Jerome Droniou di University Montpellier, sono stati tra gli attori principali in questi anni.
Essa si basa su due colonne principali, i metodi politopali e i diagrammi esatti. I metodi politopali consentono di suddividere il problema in forme geometriche più complesse, migliorando così l'approssimazione dei dati e del dominio, rendendo i calcoli più efficienti ed efficaci. Inoltre, la metodologia include l'uso di diagrammi esatti, che permettono di simulare fenomeni garantendo la conservazione di importanti proprietà, come il flusso totale di petrolio in geologia o le leggi dell'elettromagnetismo. Un'altra caratteristica chiave è l'attenzione all'efficienza dei calcoli, che viene ottenuta attraverso l'uso di metodi avanzati, comprese le reti neurali, per la risoluzione computazionale.
Quali sono le applicazioni pratiche dei metodi sviluppati da NEMESIS e come potrebbero influenzare la sostenibilità ambientale e l'efficienza dei processi industriali?
Il nostro è un progetto matematico, e in quanto tale parte dai metodi e arriva alle applicazioni in fase finale. Per noi la particolare applicazione non è fine a sé stessa, come potrebbe essere in un progetto ingegneristico, ma una palestra con cui ci misuriamo, in cui cerchiamo una “dimostrazione” di cosa la metodologia possa fare. Detto questo, le applicazioni su cui porteremo maggior enfasi saranno in geofisica e in magnetoidrodinamica. Il primo caso include, ad esempio, problematiche legate allo stoccaggio della CO2 sia in relazione a problemi di inquinamento ma anche di possibili fenomeni sismici. Il secondo caso include, ad esempio, problemi che coinvolgono determinati metalli liquidi, come l’estrazione dell’alluminio dalla bauxite (processi industriali avanzati).
Quali sono le prospettive future del progetto NEMESIS e quali sfide vi aspettate per trasformare la ricerca in soluzioni pratiche e commerciali?
Idealmente la ricerca in matematica (anche applicata) non tende direttamente le mani alle soluzioni pratiche/commerciali. Generalmente, si genera una metodologia e si cerca di convincere della sua utilità intermediari come, ad esempio, ingegneri e geologi. Il passaggio finale a livello commerciale, quando un'idea è sufficientemente buona da vincere le abitudini (si pensi, per esempio, a una azienda che deve cambiare i codici che usa da anni), avviene tipicamente tramite questi intermediari e ha tempistiche relativamente lunghe. Nel range temporale (6 anni) del progetto NEMESIS sarà questo il canale principale seguito.
L'ERC europeo offre un'opportunità unica per esplorare spin-off e proposte progettuali più incisive e orientate all'applicazione pratica per trasformare i nostri risultati di ricerca in soluzioni concrete per le aziende e le industrie per esempio nel settore dell’energia dell’industria 4.0. Se i nostri progressi dimostreranno di avere un potenziale significativo, questo diventerà il nostro passo successivo: portare avanti idee innovative e trasformarle in realtà tangibili che possano avere un impatto concreto sulla società e sull'economia, verso un futuro più sostenibile.
