Filippo MASI, Doctor in Mechanics: PhD and problem solving

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English version

Hi Filippo, thank you for having accepted this interview. Can you tell us about your academic background and the motivations that brought you here?

Hi, thank you for this invitation. I have obtained my Bachelor degree in Mechanical Engineering in 2015, at the Università degli Studi di Firenze, Florence, Italy. Back at that time (and actually even before starting my university studies), I was really excited about academia and my dream job was to become a research scientist. So, I decided to continue with a Master degree (still in Florence, and still in engineering). At the end of the first year, in 2016, I had the possibility to leave Florence for some months for an internship in France, at the École Nationale des Ponts et Chaussées. There, I had my very first contact with research and I joined the team working on the CNRS project Cathédrales durables. Under the guidance of two great scientists (Prof. Paolo Vannucci and Prof. Ioannis Stefanou), I participated in studies dealing with the preservation of Gothic Cathedrals subjected to explosions and it was during that internship that I completely felt in love with scientific research. What attracted me (and still attracts me) the most was what Karl Popper defines as the scientific theory and problem solving:

“The natural as well as the social sciences always start from problems, from the fact that something inspires amazement in us […]. To solve these problems, the sciences use […] the method of trial and error. To be more precise, it is the method of trying out solutions to our problem and then discarding the false ones as erroneous. This method assumes that we work with a large number of experimental solutions. One solution after another is put to the test and eliminated.”

(Popper, K., 2013. All life is problem solving. Routledge.)

In late 2017, with a Master degree on hand, I started my doctorate, in collaboration with the civil engineering enterprise Ingérop, Navier laboratory (École des Ponts ParisTech), and GeM laboratory (École Centrale de Nantes). The three years that followed were full of problem solving, scientific challenges and ultimately convinced me to follow the research path as a professional career.

Today, I’m post-doctoral researcher at Centrale Nantes and I have enriched my academic experience with Master and PhD students supervising, teaching, and public engagement activities in science. My PhD and current work have received recognition from several multidisciplinary scientific panels. I was recipient of the best PhD thesis award by the Computational Structural Mechanics Association (2020), the best PhD thesis award by Centrale Innovation (2021) for technological and conceptual breakthroughs in the industry, and the Early Career Researcher award by EUROMECH (European Mechanics Society), on the occasion of the 18th European Mechanics of Materials Conference (2022). I also had the chance to represent France in the international ECCOMAS 2020 PhD award and I was finalist for the international RJ Melosh medal competition (2021), organized by Duke University, and the I Vardoulakis prize (2021), organized by ALERT geomaterials.

This is very interesting. What would like to say to young students who are wondering if doing a PhD is a good choice?

From my point of view, I decided to invest myself in a PhD to continue with an academic career. Yet, I’m fully convinced that doctoral studies are not exclusively made for all those who are willing to do research in their life. A PhD is not something that only contributes to fill some lines in a CV. I rather believe that the experience that we acquire during the three years of a PhD (or four, of five, or more, depending on the country) is terribly enriching independently of what we would like to do after. Indeed, in a PhD, we are asked, as students, to answer to a (or many) scientific question(s): that is, we have a problem and we need to solve it. Sometimes, at the end of the PhD, we may surprise ourselves in proving that the initial question (or problem), the one we were supposed to answer (or solve), was not well formulated. Indeed, the role of a PhD student is to produce new scientific knowledge and this may pass from falsifying existing theories (or ideas), following the Popperian trial-and-error approach.

And I think that this is the reason why I would recommend someone to do a PhD. A PhD is not only a degree but it is rather the perfect gym that trains you to solve (all) problems, and, citing Karl Popper:

“All life is problem solving.”

So, what are the problems you are solving? Can you explain us what you are currently working on?

I work on two major research axes. The first one deals with the investigation of the response of masonry structures to impact loads, such as explosions. The objective is to understand the behavior of such assets and find appropriate ways to preserve our cultural heritage against extreme events. Two years ago, I joined the team of the Connect Talent BLAST project (“Blast LoAds on Structures”, PI Ioannis Stefanou) and now we are designing a reduced-scale experimental platform, unique in the world, to study the effect of explosions on structures.

The second research axis deals instead with the modeling and understanding of the behavior of complex materials, such as meta-materials and geo-materials. In particular, I co-developed an approach, named TANN, based on Artificial Intelligence, that allows to discover the behavior of materials, by imposing physical constraints, and to perform large scale simulations of intricate systems in a virtual environment, that fits in a laptop. In collaboration with a great interdisciplinary research team at Centrale Nantes, we are currently employing this approach, developed within the ERC (European Research Council) project CoQuake (“Controlling Earthquakes”, PI Ioannis Stefanou), to address the possibility of controlling of earthquakes and reduce the seismic risk.

Version française

Bonjour Filippo, merci d'avoir accepté cette interview. Peux-tu nous parler de ton parcours académique et des motivations qui t’ont amené ici ?

Bonjour, merci pour cette invitation.

J'ai obtenu mon baccalauréat en génie mécanique en 2015, à l'Università degli Studi di Firenze, Florence, Italie. À cette époque (et même avant de commencer mes études universitaires), j'étais vraiment passionné par les sciences et mon travail de rêve était de devenir chercheur. J'ai donc décidé de continuer avec un Master (toujours à Florence, et toujours en génie). A la fin de la première année, en 2016, j'ai eu la possibilité de quitter Florence quelques mois pour un stage en France, à l'École Nationale des Ponts et Chaussées. Là, j'ai eu mon tout premier contact avec la recherche et j'ai intégré l'équipe travaillant sur le projet CNRS « Cathédrales durables ». Sous la direction de deux grands scientifiques (Prof. P Vannucci et Prof. I Stefanou), j'ai participé à des études sur la préservation des Cathédrales Gothiques soumises à des explosions et c'est au cours de ce stage que je me suis complètement épris de la recherche scientifique. Ce qui m'a le plus attiré (et m'attire toujours) était ce que Karl Popper définit comme la théorie scientifique et la résolution de problèmes :

«The natural as well as the social sciences always start from problems, from the fact that something inspires amazement in us […]. To solve these problems, the sciences use […] the method of trial and error. To be more precise, it is the method of trying out solutions to our problem and then discarding the false ones as erroneous. This method assumes that we work with a large number of experimental solutions. One solution after another is put to the test and eliminated. »

(Popper, K., 2013. All life is problem solving. Routledge.)

Fin 2017, avec mon diplôme de Master dans la poche, j'ai commencé un doctorat, en collaboration avec l'entreprise de génie civil Ingérop, le laboratoire Navier (École des Ponts ParisTech), et le laboratoire GeM (École Centrale de Nantes). Les trois années qui ont suivi ont été pleines de résolution de problèmes, de défis scientifiques et m'ont finalement convaincu de suivre le chemin de la recherche scientifique comme carrière professionnelle.

Actuellement, je suis chercheur post-doctoral à Centrale Nantes et j'ai enrichi mon expérience académique avec l’encadrement d’étudiants, l’enseignement et par des activités d’engagement du public pour les sciences. Mon doctorat et mes travaux actuels ont été reconnus par plusieurs comités scientifiques multidisciplinaires. J'ai été lauréat du prix de la meilleure thèse de doctorat par la Computational Structural Mechanics Association (2020), du prix de la meilleure thèse de doctorat par Centrale Innovation (2021) apportant des avancées technologiques et conceptuelles dans l'industrie et du prix Early Career Researcher par EUROMECH (European Mechanics Société), à l'occasion de la 18ème Conférence Européenne de Mécanique des Matériaux (2022). J'ai également eu la chance de représenter la France au prix international de doctorat ECCOMAS 2020 et j'ai été finaliste du prix international RJ Melosh medal competition (2021), organisé par Duke University, et du prix I Vardoulakis (2021), organisé par ALERT geomaterials.

C'est très intéressant. Que voudrais-tu dire aux jeunes étudiants qui se demandent si faire un doctorat est un bon choix ?

De mon point de vue, j'ai décidé de m'investir dans un doctorat pour poursuivre une carrière universitaire. Pourtant, je suis pleinement convaincu que les études doctorales ne sont pas exclusivement faites pour ceux qui sont veulent faire de la recherche dans leur vie. Un doctorat n'est pas non plus quelque chose qui ne contribue qu'à remplir quelques lignes dans un CV.

Je crois plutôt que l'expérience que l'on acquiert pendant les trois années d'un doctorat (ou quatre, ou cinq, ou plus, selon les pays) est extrêmement enrichissante, indépendamment de ce que l'on aimerait faire après. En effet, dans une thèse, on nous demande, en tant qu'étudiants, de répondre à une (ou plusieurs) question(s) scientifique(s): c'est-à-dire, nous avons un problème et nous devons le résoudre. Parfois, en fin de thèse, on peut se surprendre à prouver que la question (ou le problème) initial, celle à laquelle on devait répondre (ou résoudre), n'était pas bien formulée. En effet, le rôle d'un doctorant est de produire de nouvelles connaissances scientifiques et cela peut passer par la falsification de théories (ou idées) existantes, suivant l’approche Popperienne de trial-and-error.

Et je pense que celle-la c'est la raison pour laquelle je conseillerai à quelqu'un de faire un doctorat. Un doctorat n'est pas seulement un diplôme mais c'est plutôt la gym parfaite pour vous entraîner à résoudre (tous) les problèmes, et, en citant Karl Popper :

«All life is problem solving.»

Alors, quels sont les problèmes que vous résolvez ? Pouvez-vous nous expliquer sur quoi vous travaillez actuellement ?

Je travaille sur deux axes de recherche. Le premier traite de l'étude de la réponse des structures en maçonnerie aux charges d'impact, telles que les explosions. L'objectif est de comprendre le comportement de ces bâtiments et de trouver des moyens appropriés pour préserver notre patrimoine bâti historique contre des événements extrêmes. Il y a deux ans, j'ai rejoint l'équipe du projet Connect Talent CEEV BLAST (« Controlling Extreme EVents : Blast LoAds on Structures », PI I Stefanou) et maintenant nous sommes en train de concevoir une plateforme expérimentale à échelle réduite, unique au monde, pour étudier l'effet des explosions sur les structures.

Le deuxième axe de recherche porte plutôt sur la modélisation et la compréhension du comportement de matériaux complexes, tels que les méta-matériaux et les géo-matériaux. En particulier, j'ai co-développé une approche, nommée TANN, basée sur l'Intelligence Artificielle, qui permet de découvrir le comportement des matériaux, en imposant des contraintes physiques, et d'effectuer des simulations à grande échelle de systèmes complexes dans un environnement virtuel, qui s'inscrit dans un portable. En collaboration avec une grande équipe de recherche interdisciplinaire de Centrale Nantes, nous utilisons actuellement cette approche, développée au sein du projet ERC (European Research Council) CoQuake (« Controlling Earthquakes », PI I Stefanou), pour aborder la possibilité de contrôler les tremblements de terre et réduire le risque sismique.