Percer les secrets des matériaux naturels | Actualités du MIT

Ayant grandi à Milan, Benedetto Marelli aimait comprendre comment les choses fonctionnaient. Il réparait les appareils cassés simplement pour avoir la possibilité de les démonter et de les remonter. De plus, dès son plus jeune âge, il avait un fort désir d’avoir un impact positif sur le monde. Inscrit à l’Université Polytechnique de Milan, il choisit d’étudier l’ingénierie.

« L’ingénierie semblait être la solution idéale pour assouvir mes passions, à la croisée de la découverte du fonctionnement du monde, de la compréhension des règles de la nature et de l’exploitation de ces connaissances pour créer quelque chose de nouveau qui pourrait avoir un impact positif sur notre société », déclare Marelli, Paul M du MIT. Cook Career Development Professeur agrégé de génie civil et environnemental.

Marelli a décidé de se concentrer sur le génie biomédical, qui, à l’époque, était ce qui se rapprochait le plus du génie biologique. « J’ai aimé l’idée de poursuivre des études qui m’ont permis d’acquérir une formation d’ingénieur », afin d’améliorer la santé humaine et l’agriculture, dit-il.

Marelli a ensuite obtenu un doctorat en science et génie des matériaux à l’Université McGill, puis a travaillé au Silklab sur les biomatériaux de l’Université Tufts en tant que postdoctorant. Après son postdoctorat, Marelli a été attiré par le Département civil et environnemental du MIT en grande partie grâce au travail de Markus Buehler, professeur d’ingénierie McAfee au MIT, qui étudie comment concevoir de nouveaux matériaux en comprenant l’architecture des matériaux naturels.

«Cela correspondait à ma formation et à mon idée d’utiliser les éléments constitutifs de la nature pour construire une société plus durable», déclare Marelli. « Ce fut un grand pas en avant pour moi de passer du génie biomédical au génie civil et environnemental. Cela signifiait changer complètement ma communauté, comprendre ce que je pouvais enseigner et comment encadrer les étudiants dans une nouvelle branche d’ingénierie. Comme Markus travaille avec la soie pour  » J’ai étudié comment concevoir de meilleurs matériaux, cela m’a fait voir un lien clair entre ce que je faisais et ce que je pourrais faire. Je le considère comme l’un de mes mentors ici au MIT et j’ai eu la chance de finir par collaborer avec lui. « 

Les recherches de Marelli visent à atténuer plusieurs problèmes mondiaux urgents, dit-il.

« Augmenter la production alimentaire pour assurer la sécurité alimentaire d’une population toujours croissante, restaurer les sols, réduire l’impact environnemental des engrais et lutter contre les facteurs de stress liés au changement climatique sont des défis sociétaux qui nécessitent le développement de technologies rapidement évolutives et déployables », dit-il.

Marelli et ses collègues chercheurs ont développé des revêtements dérivés de la soie naturelle qui prolongent la durée de conservation des aliments, fournissent des biofertilisants aux graines plantées dans des sols salés et improductifs et permettent aux graines d’établir des plantes plus saines et d’augmenter le rendement des cultures dans les terres frappées par la sécheresse. Les technologies ont donné de bons résultats lors des tests sur le terrain menés au Maroc en collaboration avec l’Université Polytechnique Mohammed VI de Ben Guerir, selon Marelli, et offrent un grand potentiel.

«Je crois qu’avec cette technologie, ainsi que les efforts communs partagés par les chercheurs du MIT participant au Grand Défi climatique pour révolutionner l’agriculture, nous avons une réelle opportunité d’avoir un impact positif sur la santé planétaire et de trouver de nouvelles solutions qui fonctionnent à la fois dans les milieux ruraux et hautement développés. des champs agricoles modernisés », explique Marelli, récemment titularisé.

En tant que chercheur et entrepreneur avec environ 20 brevets à son actif et des récompenses, dont un prix CAREER de la National Science Foundation, le prix présidentiel de début de carrière pour les scientifiques et les ingénieurs et le prix de mentorat Ole Madsen, Marelli affirme qu’en général, ses connaissances sur les protéines structurelles – et comment utiliser cette compréhension pour fabriquer des matériaux avancés à plusieurs échelles – font partie de ses réalisations les plus fières.

Plus précisément, Marelli cite l’une de ses découvertes impliquant une fraise. Après avoir trempé la baie dans une suspension de soie comestible, inodore et insipide, dans le cadre d’un concours de cuisine organisé dans son laboratoire postdoctoral, il l’a accidentellement laissée sur son banc, pour découvrir environ une semaine plus tard qu’elle était bien conservée.

« L’enrobage de la fraise pour augmenter sa durée de conservation est difficile à battre lorsqu’il s’agit d’inspirer aux gens que les polymères naturels peuvent servir de matériaux techniques pouvant avoir un impact positif sur notre société » en réduisant le gaspillage alimentaire et le besoin d’expédition réfrigérée à forte consommation d’énergie, dit Marelli.

Lorsque Marelli a remporté le BioInnovation Institute et le Science Prize for Innovation en 2022, il a déclaré au journal Science qu’il pense que les étudiants devraient être encouragés à choisir une voie entrepreneuriale. Il a reconnu la rapidité de la courbe d’apprentissage du métier d’entrepreneur, mais a également souligné comment l’impact de la recherche peut être augmenté de manière exponentielle.

Il a développé cette idée plus récemment.

« Je crois qu’un nombre croissant d’universitaires et d’étudiants diplômés devraient essayer de se « salir » les mains en faisant des efforts entrepreneuriaux. Nous vivons à une époque où les universitaires sont appelés à avoir un impact tangible sur notre société, et traduire ce que nous étudions dans nos laboratoires est clairement un bon moyen d’employer nos étudiants et de renforcer l’effort mondial visant à développer de nouvelles technologies susceptibles de rendre notre société plus durable et équitable », déclare Marelli.

Faisant référence à une entreprise dérivée, Mori, née de la découverte de la fraise enrobée et qui développe des produits à base de soie pour conserver une large gamme d’aliments périssables, Marelli dit qu’il trouve très satisfaisant de savoir que Mori propose sur le marché un produit qui est le résultat de ses efforts de recherche – et que 80 personnes travaillent pour traduire la découverte du « laboratoire à l’assiette ».

« Savoir que la technologie peut faire avancer les choses dans des crises telles que le gaspillage alimentaire et l’impact environnemental lié à l’alimentation est la plus grande récompense de toutes », dit-il.

Marelli dit qu’il dit aux étudiants qui recherchent des solutions à des problèmes extrêmement complexes de trouver une solution, « aussi folle qu’elle puisse être », puis de faire une revue approfondie de la littérature pour voir ce que d’autres chercheurs ont fait et s’il y a « une quelconque indication que pointe vers le développement de leur solution.

« Une fois que nous comprenons la faisabilité, je travaille généralement avec eux pour la simplifier autant que possible, puis pour décomposer le problème en petites parties pouvant être résolues en série et/ou en parallèle », explique Marelli.

Ce processus de découverte est en cours. Lorsqu’on lui demande laquelle de ses technologies aura le plus grand impact sur le monde, Marelli répond : « J’aimerais penser que ce sont celles qui doivent encore être découvertes. »