Dai rottami ai razzi grazie a machine learning e stampa 3D on-demand

La Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), agenzia governativa del Dipartimento della difesa degli Stati Uniti d’America incaricata dello sviluppo di nuove tecnologie per uso militare, sta utilizzando sempre di più la produzione additiva. Il 4 giugno, il Worcester Polytechnic Institute (WPI) ha annunciato un finanziamento di 6,3 milioni di dollari da DARPA per sviluppare un framework che consenta di trasformare rottami di metallo in materiale stampabile in 3D. L’obiettivo del progetto, intitolato “Rubble to Rockets” (Dai Rottami ai Razzi), è rendere possibile la produzione di componenti critici ovunque, anche in ambienti con scarse risorse come campi di battaglia o operazioni di ricerca e soccorso.

Un fattore chiave di “Rubble to Rockets” sarà l’uso del machine learning. Il team del WPI utilizzerà l’intelligenza artificiale per identificare materiali come rottami metallici e leghe miste, al fine di comprenderne le reazioni e i legami tra materiali prima che vengano fusi e mescolati. La stampa 3D richiede una comprensione precisa dei materiali e, in genere, il processo necessita di materiali accuratamente controllati e test ripetuti. Tuttavia, ciò non è sempre possibile sul campo o in situazioni di emergenza.

I ricercatori utilizzeranno un’IA sviluppata da uno studente di dottorato del WPI per prevedere come si comporterà un materiale in base alle varie composizioni. Questo semplificherà il processo di caratterizzazione dei materiali, consentendo una produzione più rapida senza compromettere la resistenza o la durabilità.

“Questo lavoro è cruciale, poiché ci consente di costruire componenti di alta qualità a partire da materiali di origine sconosciuta con una nuova fiducia,” ha dichiarato la professoressa associata Danielle Cote, docente di Ingegneria Meccanica e dei Materiali e principale ricercatrice del progetto. “Il nostro obiettivo non è solo creare una singola soluzione, ma sviluppare un framework che guidi le innovazioni future. Migliorando le nostre previsioni e la comprensione delle prestazioni dei materiali, possiamo aprire la strada a nuovi progressi nella manifattura additiva da fonti diverse e imprevedibili.”

Da Rottami a Razzi… e Oltre!

Per testare il loro framework Rubble to Rockets, il team del WPI progetterà un razzo dimostrativo per valutare l’integrità strutturale dei metalli misti. Tuttavia, le potenziali applicazioni vanno ben oltre questo test iniziale. Settori come l’energia e i trasporti potrebbero utilizzare la tecnologia in una vasta gamma di ambienti, inclusi sottomarini, portaerei e zone colpite da disastri, dove materiali affidabili sono fondamentali ma le tradizionali catene di approvvigionamento sono difficili da mantenere. Il progetto del WPI mira a fornire una soluzione sostenibile affrontando sfide chiave: prestazioni dei materiali, dimensioni delle attrezzature e accuratezza dei modelli predittivi. Questo approccio supporta sia le esigenze di risposta d’emergenza sia le richieste di produzione a lungo termine.

Oltre alla professoressa Cote, parteciperà al progetto anche il professore assistente di ricerca Kyle Tsaknopoulos, insieme a diversi studenti di dottorato, magistrale e triennale. Il team del WPI collaborerà inoltre con diversi subappaltatori per completare il progetto, tra cui due aziende guidate dal WPI, Siemens e due imprese californiane. Una di queste, la Nightshade Corporation, convertirà i rottami in polvere. L’altra, Citrine Informatics, si occuperà di intelligenza artificiale e apprendimento automatico. Anche VALIS, una delle aziende guidate dal WPI, si occuperà del riciclo.

“VALIS è stata fondata con la missione di fornire tecnologie abilitanti per massimizzare il recupero di materiali preziosi per le generazioni future,” ha affermato Emily Molstad, cofondatrice e CEO di VALIS Insights, subappaltatore del progetto. “Vediamo il settore del riciclo diventare sempre più integrato verticalmente, poiché i produttori di materie prime e le aziende manifatturiere cercano di garantire una fornitura affidabile di materiali di scarto e aumentare il contenuto riciclato per ridurre i costi. La tecnologia sviluppata attraverso questo programma sbloccherà nuovi livelli di capacità di riciclo non solo in luoghi remoti e con risorse limitate, ma lungo l’intera catena del valore del riciclo, con il potenziale di rafforzare le capacità manifatturiere nazionali.”

Il completamento del progetto è previsto per novembre 2027, quindi nel frattempo, continueremo a seguire gli aggiornamenti.

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*Foto di copertina: studenti ricercatori del WPI nel laboratorio di produzione avanzata. Crediti: WPI