Progetto Nemesis: equazioni complesse per problemi reali

Quasi otto milioni di euro dall’Europa per sei anni di ricerca: finanzieranno il lavoro di un team internazionale per sviluppare nuovi algoritmi capaci di risolvere equazioni complesse e applicarle a problemi reali. Anche ambientali.

Cosa significa? Significa che oggi la potenza dei supercomputer è, sì, in costante crescita (li usiamo per eseguire analisi, previsioni e simulazioni sempre più complesse), ma anche i problemi da affrontare diventano via via più difficili. Tanto da scontrarsi spesso con barriere legate ai costi computazionali, che si sommano, peraltro, all’impegno energetico necessario per alimentare le macchine durante processi così importanti.

Ecco, il progetto (si chiama Nemesis, ne fanno parte anche scienziati del Politecnico di Milano e dell’università di Milano-Bicocca) servirà proprio a questo: costruire una nuova generazione di metodi numerici di calcolo per i supercomputer. Grazie alla matematica. E alla sua capacità di descrivere il mondo che ci circonda.

Un esempio. In Europa si lavora a strategie per immagazzinare CO2 nel sottosuolo? Grazie a questo percorso di ricerca, un nuovo metodo numerico potrà essere in grado di simulare i rischi sismici e ambientali legati alle operazioni di stoccaggio: indicherà, per esempio, i possibili danni indotti da movimenti tellurici, oppure infiltrazioni di sostanze inquinanti di un territorio sottoposto a questo processo. 

Decidere di svolgere questo compito con metodi computazionali è molto sfidante. “La terra è complicata”, spiega Paola Antonietti, responsabile del Laboratorio di modellistica e calcolo scientifico, del dipartimento di matematica al Politecnico di Milano, “Centinaia di fratture da descrivere correttamente, materiali e domìni geometrici diversi: tutte configurazioni che devono essere ‘date in pasto’ al modello matematico in maniera estremamente accurata”.

Dare in pasto un sistema fisico – per usare le parole della professoressa – a un computer, passa anche attraverso la costruzione di una tassellazione dello spazio. Semplificando: è come dividere e descrivere lo spazio in piccole piastrelle. “I metodi attuali utilizzano di solito ‘piastrelle’ a forma di triangoli, tetraedri, o esaedri” continua Paola Antonietti, “la nostra idea è usare invece tasselli di forma arbitraria”. Più flessibilità abbiamo, insomma, più il mosaico è accurato nel descrivere la complessità geometrica del suolo.

Lo stesso processo sarà applicato anche in ambito industria 4.0, e potrà riguardare i sistemi di estrazione dell’alluminio tramite fusione: i modelli matematici saranno in grado di simulare fasi di produzione del metallo dalla bauxite con l’obiettivo di ridurre l’impatto ambientale.

“L’idea ci è sembrata rivoluzionaria” conclude Antonietti (con lei nel team anche Lourenco Beirao da Veiga dell’università di Milano-Bicocca, Daniele Di Pietro dell’università di Montpellier e Jérôme Droniou del Cnrs), “e potrà dimostrare che si possono abbattere le barriere attuali per arrivare a simulazioni più accurate, efficaci ed efficienti. E anche più sostenibili”.