Materials design for transition: framing the field and practice to foster environmental sustainability

The environmental degradation associated with materials, products and related processes is exacerbated by the limited attention paid by designers and companies to their life cycle. This negligence, amplified by unsustainable and irresponsible practices, generates unnecessary waste and significant ecological damage. Moreover, the unprecedented accumulation of human-made materials, which could exceed the planet's total biomass, highlights the urgent need for a transition to responsible design practices. Contemporary materials design, a dynamic, emerging and experimental field within design, has the potential to promote this transition by encouraging responsible practices related to resources, materials, processes and their applications. However, despite its growing recognition, particularly in academic and research environments, the field remains fragmented, underutilised and often overly experimental, with limited formalisation in the industrial domain. This research explores the role of contemporary materials design in promoting environmental sustainability, addressing gaps in its definition, application and integration in product design companies. It examines contemporary materials design as a set of practices and principles to elevate a professional figure with specific roles and competencies and, simultaneously, as a set of practices and knowledge that can be integrated into broader design contexts to promote Design for Environmental Sustainability. From a pragmatic epistemology and reflective practice, this research adopts a qualitative methodology complemented by principles of post-qualitative thinking. These approaches allow for different methods of data collection, analysis and getting reflection outside the strictly structured margins of investigation, favouring the critical exploration of complex phenomena. Through a multi-method approach, including literature reviews, case studies, surveys, semi-structured interviews, participatory observations and iterative workshops, diverse empirical data were collected and analysed. This flexible and iterative process allowed each research phase to inform and enrich subsequent phases, culminating in the development of a dynamic contemporary materials design framework. The findings highlight several critical aspects of contemporary materials design and its contribution to environmental sustainability. Materials designers emerged as players with a unique and evolving role that combines creativity, experiential and technical knowledge and ecological awareness. A central output of this research is the development of the Materials Design for Transition (MDfT) Framework. This framework synthesises and structures the principles, practices and competencies necessary for materials design to promote environmental sustainability. It provides a basis for understanding the roles and competencies of materials designers, as well as working methods and tools for integrating these practices into design processes. The MDfT Framework offers information and guidance to practitioners, academics and researchers. This research addresses the fragmentation that limits the formalisation and recognition of contemporary materials design by clarifying its fundamental principles and practices. The MDfT Framework serves as a cohesive structure to train future designers and support professional practice, driving a change of mindset and worldview in the field, promoting deeper ecological perspective to address environmental challenges. This approach pursues environmental sustainability and advocates for a restored and regenerative future. In summary, this PhD research provides a solid foundation for understanding and formalising contemporary materials design and its professional role in promoting environmental sustainability. The thesis provides information from researchers and practitioners who can learn from it. The MDfT framework, developed through an iterative process, provides a practical and theoretical tool to advance the field by addressing knowledge gaps. This work seeks to bridge these gaps, but also to open new pathways towards responsible design perspectives driven by resources and materials and processes that are ready to be explored.

Il deterioramento ambientale associato ai materiali, ai prodotti e ai relativi processi è aggravato dalla scarsa attenzione prestata da designer e aziende al loro ciclo di vita. Questa negligenza, amplificata da pratiche insostenibili e irresponsabili, genera sprechi evitabili e significativi danni ecologici. Inoltre, l'accumulo senza precedenti di materiali antropogenici, che potrebbe superare la biomassa totale del pianeta, evidenzia l'urgenza di una transizione verso pratiche progettuali più responsabili. Il design contemporaneo dei materiali, un ambito dinamico, emergente e sperimentale all’interno del design industriale, ha il potenziale per promuovere questa transizione incoraggiando pratiche responsabili legate alle risorse, ai materiali, ai processi e alle loro applicazioni. Tuttavia, nonostante il crescente riconoscimento, in particolare in ambito accademico e di ricerca, questo campo rimane frammentato, poco sfruttato e spesso eccessivamente sperimentale, con una scarsa formalizzazione nel contesto industriale. Questa ricerca esplora il ruolo del design contemporaneo dei materiali nella promozione della sostenibilità ambientale, affrontando le lacune nella sua definizione, applicazione e integrazione nelle aziende di design di prodotto. Esamina il design dei materiali contemporanei sia come insieme di pratiche e principi volti a valorizzare una figura professionale con ruoli e competenze specifiche, sia come corpus di saperi e pratiche integrabili in contesti progettuali più ampi per promuovere il Design per la Sostenibilità Ambientale. Partendo da un’epistemologia pragmatica e da una pratica riflessiva, la ricerca adotta una metodologia qualitativa, arricchita da principi del pensiero post-qualitativo. Questi approcci consentono modalità differenti di raccolta e analisi dei dati, nonché momenti di riflessione al di fuori dei margini rigidamente strutturati dell’indagine, favorendo l’esplorazione critica di fenomeni complessi. Attraverso un approccio multi-metodologico, che include revisioni della letteratura, studi di caso, questionari, interviste semi-strutturate, osservazioni partecipative e workshop iterativi, sono stati raccolti e analizzati dati empirici eterogenei. Questo processo flessibile e iterativo ha permesso a ogni fase della ricerca di informare e arricchire le successive, culminando nello sviluppo di un quadro dinamico per il design contemporaneo dei materiali. I risultati evidenziano diversi aspetti critici del design dei materiali contemporanei e del suo contributo alla sostenibilità ambientale. I designer dei materiali emergono come attori con un ruolo unico e in evoluzione, che combina creatività, conoscenze esperienziali e tecniche e consapevolezza ecologica. Un risultato centrale di questa ricerca è lo sviluppo del Materials Design for Transition (MDfT) Framework. Questo framework sintetizza e struttura principi, pratiche e competenze necessarie affinché il design dei materiali promuova la sostenibilità ambientale. Fornisce una base per comprendere ruoli e competenze dei designer dei materiali, nonché metodi e strumenti di lavoro per integrare tali pratiche nei processi di progettazione. Il MDfT Framework offre indicazioni e spunti utili a professionisti, accademici e ricercatori. Questa ricerca affronta la frammentazione che limita la formalizzazione e il riconoscimento del design dei materiali contemporaneo chiarendone principi e pratiche fondamentali. Il framework rappresenta una struttura coesa per formare i designer del futuro e supportare la pratica professionale, favorendo un cambiamento di mentalità e visione nel campo, e promuovendo una prospettiva ecologica più profonda per affrontare le sfide ambientali. Questo approccio non solo persegue la sostenibilità ambientale, ma sostiene anche una visione rigenerativa e di riparazione per il futuro. In sintesi, questa ricerca di dottorato fornisce una base solida per comprendere e formalizzare il design contemporaneo dei materiali e il suo ruolo professionale nella promozione della sostenibilità ambientale. La tesi offre spunti preziosi sia per i ricercatori sia per i professionisti. Il MDfT Framework, sviluppato attraverso un processo iterativo, costituisce uno strumento teorico e pratico per far progredire il campo, colmando le lacune esistenti e aprendo nuove strade verso approcci progettuali responsabili, guidati dalle risorse, dai materiali e dai processi ancora da esplorare.