La tecnologia degli edifici sostenibili come forza trainante

Con il suo focus su "Digital Fabrication and Advanced Construction Processes in Architecture", l'ETH mira a sviluppare nuovi approcci per la ricerca e la pratica edilizia. Con la sua attenzione ai processi innovativi di progettazione e costruzione e alle tecnologie edilizie sostenibili, "Digital Fabrication" porta avanti i temi strategici del Dipartimento di architettura (D-ARCH), ovvero l'urbanizzazione, il cambiamento climatico e la scarsità di risorse nell'era della società dell'informazione. Il programma integra inoltre le attività del "Future Cities Laboratory" di Singapore.

Quattro dipartimenti dell'ETH sono coinvolti: Architettura, Ingegneria elettrotecnica e dell'informazione, Ingegneria meccanica e dei processi e Ingegneria civile, ambientale e geomatica. Il progetto prevede la costruzione di un modulo abitativo fabbricato digitalmente nel laboratorio edilizio "Nest" dell'Empa e dell'Eawag. Non appena il nuovo edificio per l'insegnamento e la ricerca "Arc_Tec_Lab" sarà costruito sull'H?nggerberg, la "Digital Fabrication" avrà una posizione centrale. I ricercatori testeranno processi di produzione su larga scala nel previsto impianto di ricerca multirobotico. "L'interesse per il nostro campo di ricerca, relativamente nuovo, è cresciuto enormemente negli ultimi anni. Ma il fatto che i politici e la Confederazione Svizzera stiano ora sostenendo questo tema a livello nazionale rappresenta un'ulteriore nuova dimensione. Questo apre opportunità completamente nuove per il nostro campo di ricerca", afferma Matthias Kohler, professore di architettura e fabbricazione digitale presso il Dipartimento di architettura, che dirige il centro di ricerca.

Fondamenti molecolari della salute

Il programma "RNA e malattie" è guidato dall'Università di Berna e dall'ETH di Zurigo. Negli ultimi dieci anni la ricerca sugli acidi ribonucleici (RNA) ha assunto un'importanza sempre maggiore nella scienza biomedica. L'ETH di Zurigo la sta ora Umwelt und Geomatik in linea con le sue iniziative strategiche "Tecnologia e conoscenza per la salute" e "Medicina personalizzata".

Frédéric Allain è fuori di sé dalla gioia: il professore di origine francese del Dipartimento di biologia è co-responsabile dell'NCCR "RNA and Disease". "La Svizzera ha ora l'opportunità di affermarsi come leader internazionale nella biologia dell'RNA", afferma.

Secondo Allain, il programma consentirà di comprendere meglio le funzioni dell'RNA per la salute e i meccanismi delle malattie: "Negli ultimi anni la ricerca sull'RNA ha fatto una serie di scoperte significative. Questi progressi permettono di capire come l'RNA possa controllare la dinamica del genoma e la biologia cellulare e causare malattie genetiche".

"Mettendo in rete ricerche di punta, vogliamo far progredire le conoscenze di base sul ruolo dell'RNA nella fisiologia delle cellule e degli organismi", spiega Allain. Sono coinvolte sei cattedre dell'ETH di Zurigo. Il programma multidisciplinare sull'RNA combina conoscenze di chimica, biochimica, biofisica, biologia cellulare e fisiologia. Negli ultimi anni, l'ETH ha anche creato piattaforme tecnologiche per la microscopia e la genomica.

L'obiettivo a lungo termine è sviluppare nuove applicazioni mediche e approcci terapeutici. "Il programma RNA collegherà in modo sostenibile l'ETH con le facoltà di medicina e l'industria".

Ruolo chiave per la ricerca teorica

La ricerca all'interfaccia tra matematica e fisica teorica è attualmente un campo di ricerca molto creativo. L'area d'intervento "La matematica della fisica (SwissMAP)" mira ora ad ampliare ulteriormente la collaborazione tra matematica e fisica.

"Il fatto che siamo in grado di implementare 'SwissMAP' dimostra l'importanza della ricerca teorica per la Svizzera", afferma Giovanni Felder, professore del Dipartimento di matematica dell'ETH e co-responsabile del programma. Oltre ai gruppi di lavoro dell'ETH di Zurigo e dell'Università di Ginevra, la casa madre, sono coinvolti in SwissMAP anche fisici teorici del Cern e ricercatori dell'EPFL e delle Università di Zurigo e Berna.

Le aree di ricerca tipiche in cui la matematica e la fisica si intersecano sono la teoria della probabilità e la geometria: quando i fisici che lavorano con la teoria quantistica dei campi e la teoria delle stringhe descrivono le particelle elementari, ad esempio, sviluppano concetti geometrici che portano a nuove intuizioni in matematica.
Se descrivono la termodinamica al microscopio, possono anche essere stimolati dalla teoria delle probabilità, dice Felder. Lui stesso studia le proprietà matematiche dei modelli della meccanica statistica e della teoria quantistica dei campi. "La matematica sviluppa nuovi metodi a beneficio della fisica e, viceversa, molte idee della fisica ispirano la ricerca matematica", sottolinea Felder.

Anche l'Istituto interdisciplinare di studi teorici dell'ETH (ETH-ITS) svolge un ruolo nella rete di ricerca: "Nell'Istituto vogliamo attirare all'ETH ricercatori teorici innovativi provenienti dalla matematica, dalla fisica e dall'informatica. Vogliamo naturalmente combinare le loro conoscenze con 'SwissMAP' per fornire nuovi spunti teorici", spiega Felder, direttore dell'Istituto.

Le molecole dalla natura

Il centro di ricerca "Ingegneria dei sistemi molecolari" è gestito in parti uguali dall'Università di Basilea e dall'ETH di Zurigo. Il suo obiettivo è sviluppare la biologia dei sistemi in una nuova scienza dell'ingegneria molecolare. Le competenze di ricerca dell'Università di Basilea in chimica, fisica e biologia integrano il Dipartimento biosistemi e ingegneria (D-BSSE) dell'ETH di Zurigo, con sede a Basilea, e le sue competenze in biologia sintetica e biologia dei sistemi. Il programma non solo amplierà la collaborazione esistente tra il D-BSSE e il Dipartimento di Chimica dell'Università di Basilea, ma coinvolgerà anche aziende con sede a Basilea.

Daniel Müller, professore presso il Dipartimento biosistemi e co-responsabile del NCCR "Ingegneria dei sistemi molecolari", è molto soddisfatto del premio: "Ora abbiamo l'opportunità unica di stabilire un ramo di ricerca completamente nuovo a Basilea", spiega il professore di biofisica.

Con l'unione delle forze dell'ETH, dell'Università di Basilea e dell'industria, i promotori vogliono creare un nuovo tipo di "scienza dell'ingegneria molecolare": "Prendiamo la natura come formazione preliminare", dice Müller. In natura esistono le cosiddette fabbriche molecolari: Si tratta di molecole che a loro volta producono nuove molecole e le assemblano in fabbriche. I ricercatori vogliono comprendere questo principio per poter produrre essi stessi fabbriche molecolari. Ad esempio, per la conversione energetica o per combattere i disturbi cellulari o l'inquinamento ambientale. "Ad esempio, stiamo lavorando su 'aspirapolveri molecolari' che un giorno potrebbero essere utilizzati per rimuovere le tossine ambientali", spiega Müller. In medicina, le fabbriche molecolari artificiali potrebbero contribuire a curare il diabete o la cecità.

Attualmente, 25 gruppi di ricerca sono collegati tra loro in questo centro. Nel prossimo futuro arriveranno a essere 30. "Poiché le 'fabbriche molecolari' sono organizzate in modo molto complesso, possiamo comprenderle solo se molti gruppi uniscono le loro conoscenze. La competenza di un singolo gruppo non è sufficiente per comprenderle", spiega Müller.