La possibilità di controllare la propagazione delle onde elastiche è diventata realtà grazie allo sviluppo delle micro-nanotecnologie, insieme alle nuove tecnologie di additive manufacturing. Queste opportunità aprono un nuovo scenario per la progettazione di materiali innovativi che mostrano comportamenti dinamici non convenzionali. Questi materiali innovativi sono noti come Metamateriali e in questo studio sono caratterizzati da forze a lungo raggio e non solo da interazioni a primi vicini. Inoltre si è studiato un modello matematico per descrivere le interazioni a lungo raggio nei sistemi meccanici e una procedura per passare da un sistema continuo alla sua controparte discreta. Per ottenere l'effetto propagativo desiderato attraverso il controllo delle forze d'interazione long-range si vuole applicare una procedura di ottimizzazione per trovare il miglior design del metamateriale. L'ottimizzazione del sistema consiste nel definire la migliore configurazione delle forze a lungo raggio che ne controllano la risposta. Il problema ottimo sarà affrontato applicando un controllore di tipo LQR-Linear Quadratic Regulator. Tuttavia, questa tecnica fornisce una soluzione di controllo attiva, in cui il sistema controllato può ricevere energia dall'esterno. Al contrario, il sistema desiderato deve fornire una risposta dovuta unicamente ad un controllo passivo, associato solo alle interazioni a lungo raggio. Per rendere passive le forze di tipo attivo ottenute con l'LQR si ricorrerà ad una procedura di fitting che assicura una corrispondenza tra le due formulazioni. Sulla base dei risultati ottimizzati verranno identificati i coefficienti delle forze fisiche considerate (ad esempio forza Lorentz, forza Coulomb). L'ottimizzazione viene eseguita per ottenere il miglior design del materiale in modo da veicolare le onde meccaniche per evitare zone sensibili o per raggiungere i punti desiderati. L'intero progetto prevede simulazioni numeriche e campagne sperimentali.
La componente innovativa del progetto è nell'idea stessa di introdurre forze a lungo raggio interne al materiale per modificarne la dinamica rispetto ad un materiale puramente elastico.
L'idea di progettare opportunamente la micro e nano struttura di un sistema prevedendo delle inclusioni magnetiche per agire sulle vibrazioni attraverso un controllo passivo è senz'altro una novità nel panorama del controllo delle vibrazioni che convenzionalmente ricorre a controlli attivi.
La possibilità di ottenere il comportamento dinamico desiderato attraverso forze magnetostatiche o elettrostatiche piuttosto che attraverso connessioni fisiche (anche se su scala micro, Es. materiali pantografici) è un'intuizione che permetterà di semplificare la realizzazione e ridurre i costi di produzione di questo tipo di metamateriali.
Il modello matematico utilizzato per descrivere la dinamica del sistema è anch'esso non convenzionale giacché prevede delle equazioni integro-differenziali in cui la parte integrale tiene conto delle interazioni long-range e la parte differenziale di quelle a primi vicini.
Un'altra novità apportata da questo progetto è l'utilizzo di metodi di controllo ed ottimizzazione per il design di un materiale innovativo con potenziali applicazioni nel campo dell'aeronautica, dell'aerospazio, navale, automobilistico ed edile. Comunemente l'ottimizzazione del design dei materiali avviene attraverso software di ottimizzazione topologica che hanno una natura più numerica che analitico matematica ed inoltre mirano ad ottimizzare la struttura dell'elemento realizzato con un certo materiale e definito un campo di stress. In questo progetto invece si ottimizzano le proprietà intrinseche del materiale. I metodi di ottimizzazione e controllo che si prevede di utilizzare nell'ambito di questo progetto assicurano un formalismo matematico raramente utilizzato per la progettazione dei materiali il cui design è basato principalmente su test sperimentali e simulazioni numeriche.
Infine verranno eseguite delle validazioni sperimentali con un nuovo set-up per affinare i parametri dei metodi di controllo.