Mentre descrive il suo lavoro di ricerca, le sue mani non stanno mai ferme. Come un prestigiatore che estrae dal cappello qualche sorpresa sempre nuova, Diego Misseroni tira fuori da armadi e cassetti oggetti curiosi costruiti per rappresentare teorie della meccanica delle strutture e dei materiali. D’altra parte racconta che, fin da ragazzino, è stato appassionato di costruzioni e ingranaggi. Complice anche la falegnameria di famiglia, che era come una stanza dei giochi. Il legame con la comunità di origine resta vivo, nonostante periodi di studio e ricerca all’estero e riconoscimenti internazionali per lo sviluppo dei metamateriali. Professore associato di Scienza delle costruzioni, di recente chiamato nel ruolo di professore ordinario di Costruzioni e strutture aerospaziali, al Dipartimento di Ingegneria civile ambientale e meccanica dell’Università di Trento Diego Misseroni ha ottenuto lo Erc con S-Foam (Self-Foldable Origami-Architected Metamaterials). Nel progetto, iniziato nel 2024 e che si concluderà a fine 2028, utilizza la tecnica degli origami (l’arte di piegare la carta) e dei kirigami (l’arte di tagliare la carta) per progettare materiali dalle proprietà meccaniche estreme e adattabili all’ambiente circostante.
Professor Misseroni, come nasce la sua intuizione di applicare l’arte all’ingegneria?
«A innescare in me la scintilla è stato osservare come le linee di piegatura della carta riuscissero a determinare forme molto diverse, più estese o più contratte. Questo concetto si rivela cruciale nel modellare in modo significativo le proprietà meccaniche di un materiale. D’altra parte, non è un mistero che nell’arte dell’origami siano coinvolte in profondità la matematica e la geometria. Di conseguenza, ho pensato di ingegnerizzare l’arte della piega per creare dei materiali dalle proprietà estreme».
Cosa significa ingegnerizzare la piega?
«Significa progettare la microstruttura del materiale affinché favorisca la formazione di una linea di piega in posizioni specifiche. Questo implica incorporare dell'intelligenza nel metamateriale. Le sue proprietà fisiche, come la rigidezza o la resistenza, saranno ottimizzate in base agli stimoli esterni a cui il materiale sarà sottoposto come, ad esempio, possono essere variazioni di temperatura e onde sismiche».
E come si riesce a fare questa magia?
«La “magia” è agire a livello di microstruttura. Incorporare le linee di piegatura nel materiale fin dalla progettazione in modo risultino integrate (embedded). Tuttavia, l'audace obiettivo che mi sono posto con il mio progetto Erc è andare oltre il paradigma di dover inserire le linee di piegatura fin dalla fase iniziale. In questo modo rendiamo il materiale capace di rispondere in modo autonomo all’ambiente circostante sfruttando solamente la meccanica, la sua microstruttura, senza la necessità di ricorrere all’elettronica. A seconda delle proprietà che intendo conferire ai materiali architettati (Architected Metamaterials) e alle funzioni che dovranno svolgere, distribuirò al loro interno difetti programmati (defects by design) per localizzare la deformazione e innescare la formazione delle linee di piegatura in punti diversi in risposta a specifiche azioni esterne».
Quali sono le applicazioni potenziali alle quali guarda il suo progetto?
«Nel mio progetto guardo soprattutto a bracci robotici e manipolatori capaci di afferrare oggetti senza danneggiarli. Altre applicazioni sono previste per i materiali e le strutture aerospaziali. Poi c’è tutto l’ambito dei dispositivi indossabili che devono adattarsi ai movimenti umani e dei dispositivi medici per la chirurgia o il monitoraggio sanitario di specifiche patologie. Una frontiera in rapida evoluzione è infine quella di microstrumenti per trasportare i farmaci all’interno del corpo (e qui mostra un oggetto nero e giallo ripiegato). Arrivato all’interno dell’organismo, questo si aprirà a fisarmonica e, muovendosi come un lombrico, giungerà al punto dove dovrà rilasciare la sostanza farmacologica».
Perché vincere un finanziamento Erc è così importante?
«Ottenerlo permette di avere indipendenza, di costruirti il tuo gruppo di ricerca e di inseguire dei sogni come quello di fare ricerca in ambiti nei quali sarebbe altrimenti impossibile. Per me che amo soprattutto l’attività sperimentale, di laboratorio, ottenere questo grant si traduce in un'opportunità straordinaria per trasformare i sogni di ricerca in realtà».
A che punto è la ricerca sui metamateriali ispirati dall’origami nel mondo?
«È un ambito di ricerca piuttosto avanzato negli Stati Uniti, mentre in Europa siamo davvero pochissimi gruppi a occuparcene».
Come è nata la sua passione per il mondo della ricerca?
«Fin da piccolo sono stato appassionato di modellismo, di attività artigianali e di ingegneria meccanica. Curioso di capire il funzionamento degli ingranaggi. Soddisfatto di costruire qualcosa con le mie mani. Una passione che è nata con mio papà, in falegnameria. Sono cresciuto con l’idea di diventare un progettista di grandi opere. E, terminate le superiori, mi sono iscritto al corso di laurea in Ingegneria civile. Quello che ha cambiato la mia visione e fatto appassionare alla ricerca è stato seguire le lezioni di Scienza delle costruzioni del professor Bigoni. La sua capacità di coinvolgerci e il fatto che portasse dei modellini a lezione per dimostrarci la tangibilità delle formule teoriche, ha suscitato in me un interesse profondo. Vedere le strutture rispondere e deformarsi in risposta ai carichi applicati ha innescato in me questa passione profonda per la ricerca. Dopo la laurea ho quindi proseguito gli studi con il dottorato in Engineering of Civil and Mechanical Structural Systems, sempre all’Università di Trento. Poi ho svolto dei periodi di ricerca all’Università di Liverpool, al Georgia Tech di Atlanta e infine alla Princeton University».
Nonostante le esperienze all’estero, le relazioni con gruppi di ricerca di altri paesi e continenti, numerosi e importanti riconoscimenti internazionali, ha sempre mantenuto i contatti con la sua comunità di origine. Quanto conta per lei questo legame?
«Per me è un legame molto forte, profondo. Sono nato e cresciuto in Trentino, in Val di Sole. È qui che la mia famiglia mi ha insegnato l’umiltà, la voglia di lavorare, l’onestà, il rispetto degli altri. Terzolas, il mio paese di origine, è un luogo dove ci si conosce tutti, creando un senso di comunità unico. È qui che vivo e spero di continuare a viverci anche in futuro. Mi fa sentire accolto tra persone di famiglia, sempre pronte a offrire il loro sostegno e la loro vicinanza. È un sentimento di cui vado fiero e che mi rende grato di appartenere a questa comunità».
The magic of folds
Diego Misseroni: a passion for research, from carpentry to new metamaterials
As he describes his research work, his hands don't stop moving. Like a magician pulling rabbits out of his hat, Diego Misseroni takes curious items out of drawers and cupboards, items he built to represent theories of the mechanics of structures and materials. It's understandable, he has been passionate about construction and mechanics since he was a child and the family's carpentry shop was his playground. The time he spent abroad for study and research and the international awards he received for developing metamaterials did not keep him away from his community. He is Associate Professor of Solids and Structural Mechanics, has been recently appointed Full Professor of Construction and Aerospace Structures at the Department of Civil, Environmental and Mechanical Engineering of the University of Trento, and has obtained an ERC grant with the project S-Foam, Self-Foldable Origami-Architected Metamaterials. The project, which began in 2024 and will end at the end of 2028, uses the technique of origami (the art of folding paper) and kirigami (the art of cutting paper) to design materials with extreme mechanical properties that can adapt to the environment.
Professor Misseroni, how did your idea to bring art to engineering come about?
«I observed how the folding lines of the paper created very different, more extensive or more contracted shapes. That lit the spark for me. These aspects are crucial to significantly shape the mechanical properties of a material. Besides, it is no mystery that mathematics and geometry are deeply involved in the art of origami. As a result, I thought about engineering the art of folding to create materials with extreme properties».
What do you mean by engineering the fold?
«It means designing the microstructure of the material so that it enables the formation of a fold line in a specific location. This implies incorporating intelligence into the metamaterial. The physical properties of materials, such as stiffness or strength, can be optimized based on the external stimuli they respond to, such as temperature variations and seismic waves, for example».
How can you do this magic?
«The 'magic', so to speak, is to operate at the microstructure level. The folding lines must be incorporated into the material from the design stage so that they are embedded in it. However, I gave myself an even more ambitious goal for my ERC project, that is to go beyond the paradigm of having to embed the folding lines from the beginning. In this way, we make the material capable of responding autonomously to the surrounding environment, only by using its mechanics, its microstructure, without the need to resort to electronics. Depending on the properties that I want to give to the architected materials and the functions that they will have to perform, I will provide them with defects by design to identify the deformation and stimulate the formation of the folding lines in different points in response to specific external stimuli».
What are the potential applications of your project?
«I look above all at developing robotic arms and manipulators capable of handling objects without damaging them. Aerospace materials and structures have other applications. Another possible area is that of wearable devices, that must adapt to human movements, and medical devices, which are used in surgery or for the health monitoring of patients with certain diseases. Finally, a sector that is rapidly evolving is that of micro-technologies for drug delivery," he says, pointing to a folded black and yellow object. "Once inside the body, this device will open like an accordion and, with a worm-like movement, crawl the point where the drug has to be released».
Why being awarded an ERC grant is so important?
«This grant gives researchers the opportunity to work on their projects, create their own research team and pursue their dreams, such as doing research in areas where it would otherwise be impossible. I like experimenting and laboratory work therefore, for me, this grant is an extraordinary opportunity to make my dream research project a reality».
Where are we with research into origami-inspired metamaterials, in the world?
«Research is rapidly advancing in the USA, while in Europe we are not many in this area».
Would you like to tell us about your passion for research?
«I have been passionate about model making, craftsmanship and mechanical engineering since I was a child. I have always been curious about gears and mechanisms. I like building things with my own hands. This passion started with my father, in the carpentry shop. I grew up with the idea of becoming a designer of great works. After finishing high school, I enrolled in the Civil Engineering degree program. The lectures of Professor Bigoni in Solids and Structural Mechanics changed my perspective about research. His ability to involve us and the models he brought to class to illustrate theoretical principles sparked a deep interest in me. Seeing structures respond and deform in response to applied loads made me eager to learn and do research. After graduating, I continued my studies with a PhD in Engineering of Civil and Mechanical Structural Systems, also at the University of Trento. I spent some research periods at the University of Liverpool, Georgia Tech in Atlanta and finally at Princeton University».
Despite these international experiences, his relationships with research groups in other countries and continents, and the important international awards he has received, he also remained in contact with his home. How important is your community for you?
«I am very close to my community. I was born and raised in Trentino, in Val di Sole. This is where my family taught me humility, hard work, honesty, and respect for others. Terzolas, my hometown, is a place where everyone knows each other, there is a strong sense of community. This is where I live and where I want to stay. I feel at home, my family is there, we support each other. I am proud of my origins, this is where I belong».