Il vetro fa parte della società da migliaia di anni, quindi è facile che questo materiale diventi invisibile e trascurato, ma uno scienziato dei materiali della Penn State ha elaborato un piano per mappare il genoma del vetro e far progredire il futuro del vetro.

Lo sforzo fa parte della Materials Genome Initiative, che sta cercando di raddoppiare la velocità di sviluppo di nuovi materiali.

Giovanni Mauro, professore di scienza e ingegneria dei materiali alla Penn State, sta costruendo una serie di strumenti di modellazione predittiva che combinano le conoscenze della fisica e della chimica del vetro, mappare i mattoni e le proprietà del vetro, proprio come gli sforzi per comprendere il genoma umano. Il suo team sta già costruendo una solida base per comprendere la composizione del vetro, struttura e rapporti patrimoniali nei sistemi di rilevanza industriale. Riporta i suoi risultati in un recente numero di Opinione attuale nella scienza dello stato solido e dei materiali .

"L'idea di decodificare il genoma di vetro è che abbracciamo tutti questi diversi approcci di modellazione, dalla fisica di base attraverso la modellazione empirica e l'apprendimento automatico, " ha detto Mauro. "Combinando tutti questi strumenti insieme, possiamo ottenere i migliori modelli per tutte le proprietà del vetro a cui teniamo. Quindi possiamo usare questa nuova conoscenza per migliorare le composizioni attuali, così come entrare in nuovi spazi compositivi."

Un'area che Mauro vuole rafforzare è la collaborazione tra le comunità della chimica del vetro e della fisica del vetro. Ha fatto carriera combinando queste due aree e ha affermato che l'interazione tra chimica e fisica sarà la chiave per comprendere meglio il vetro.

Il concetto di modelli di apprendimento basati su macchine per far progredire la ricerca sui materiali, dove i computer avanzati analizzano variabili e combinazioni apparentemente infinite per cercare nuove proprietà e usi, esiste da molti anni. Ma recentemente è diventato una forza trainante grazie alla potenza di calcolo in continua espansione.

Mauro ha affermato che gli inventori tradizionalmente cercano di adattare il vetro per soddisfare proprietà specifiche. Per esempio, Gorilla Glass di Corning, che Mauro ha aiutato a progettare, ha aggiunto forza a un sottile strato di vetro trasparente. Però, l'approccio genomico consentirà agli inventori di pensare in modo diverso perché evidenzierà la miriade di potenziali proprietà disponibili attraverso le formulazioni del vetro. Le composizioni di vetro possono quindi essere ingegnerizzate in materiali unici per soddisfare le rigorose richieste di applicazioni future.

"È molto diverso dal cercare di progettare un vetro che necessita solo di un insieme specifico di proprietà, perché spesso queste proprietà di destinazione cambieranno, " ha detto Mauro. "Con l'approccio del genoma, non importa come cambia il target, sei in grado di trovare qualcosa per soddisfare tali requisiti."

Spuntando un elenco di aree in cui il vetro è ancora all'avanguardia:generazione e stoccaggio di energia, edifici più efficienti, componenti biomedici, consegna e comunicazione di farmaci nanomedici, e tecnologia di visualizzazione delle informazioni:è facile capire l'importanza di comprendere tutte le potenziali proprietà del vetro.

"Alcune persone pensano che il vetro sia un materiale antiquato perché è stato usato per migliaia di anni, " disse Mauro. "Per esempio, diamo per scontate le finestre di vetro, eppure c'è molta chimica avanzata, fisica e tecnologia ingegneristica che entra nella produzione di vetri per finestre comuni. Se vogliamo sviluppare la prossima generazione di prodotti in vetro, dobbiamo sviluppare una comprensione davvero profonda del vetro."