Steven H. McKnight Division Director  June 20, 2011 

Directorate for Engineering 

Emerging Fron0ers in Research & Innova0on 

(EFRI) 

Electrical, Communica0ons 

and Cyber Systems (ECCS) 

Engineering Educa0on and 

Centers (EEC) 

Industrial Innova0on and Partnerships 

(IIP) 

Office of the Assistant Director 

Deputy Assistant Director 

Program Director for Diversity & Outreach 

Senior Advisor Nanotechnology 

Chemical,  Bioengineering, Environmental, and Transport 

Systems (CBET) 

Civil,  Mechanical, and Manufacturing Innova0on (CMMI) 

$29M 

$132M  $192M  $160M  $96M  $156M 

Theresa Maldanado 

Sohi Rastegar  Mihail Roco 

Kesh Narayanan Robert Trew John McGrath Steve McKnight 

Tom Peterson, Kesh Narayanan, Omnia El‐Hakim 

CMMI Organiza0on Division Director Steven McKnight Deputy Director George Hazelrigg 

Manufacturing  Enterprise Systems Russell Barton 

Nano Manufacturing Haris Doumanidis 

Material Processing and Manufacturing 

Mary Toney 

Control Systems Vacant – 

Ac0ng: Eduardo Misawa 

Dynamical Systems Eduardo Misawa 

Engineering Design  and Innova0on 

Chris0na Bloebaum 

Opera0ons Research Michael Fu 

Service Enterprise Systems 

 Russell Barton 

Sensors and  Sensing Systems Shih Chi Liu 

Mechanics and  Engineering Materials 

Resilient and Sustainable Infrastructures 

Advanced  Manufacturing 

Systems Engineering and Design 

Geomechanics and  Geotechnical Systems 

Rick Frageszy 

Materials and Surface  Engineering Clark Cooper 

Mechanics of Materials Glaucio Paulino 

Nano/Bio Mechanics Dennis Carter 

Structural Materials and Mechanics Grace Hsuan 

Civil Infrastructure Systems 

Kostas Trian0s 

NEES Joy Pauschke 

Geotechnical  Engineering Rick Frageszy 

Hazard Mi0ga0on and Structural Engineering 

M.P. Singh 

Infrastructure Mgmt. and Extreme Events Dennis Wenger 

Manufacturing and  Construc0on Machines 

and Equipment George Hazelrigg 

Interdisciplinary and Cross‐Divisional Ac0vi0es 

Bruce Kramer 

Program Support Mgt. Becy Person 

4 

CMMI Research Clusters Advanced Manufacturing 

•  Research leading to transforma0ve advances in manufacturing and building technologies, with emphases on efficiency, economy, and sustainability 

•  Suppor0ng programs – Manufacturing and Construc0on  Equipment 

– Manufacturing Enterprise Systems – Materials Processing and Engineering –  Nanomanufacturing 

5

CMMI Research Clusters Mechanics and Engineering Materials 

•  Research aimed at advances in the transforma0on and use of engineering materials efficiently, economically, and sustainably 

•  Suppor0ng programs –  Geomechanics and Geomaterials – Materials and Surface Engineering – Mechanics of Materials –  Nano/Bio Mechanics –  Structural Materials and Mechanics 

PI:

And

rew

Nor

ris (R

utge

rs)

PI: Chiara Daraio Cal Tech

•  Research on the decision‐making aspects of engineering, including design, control, and op0miza0on 

•  Suppor0ng programs –  Control Systems –  Dynamical Systems –  Engineering Design and  

Innova0on –  Opera0ons Research –  Sensors and Sensing Systems –  Service Enterprise Systems 

CMMI Research Clusters Systems Engineering and Design 

EDI/GOALI:  New Visualiza5on Technologies Allow  for Faster Virtual Prototyping 

Manocha, UNC 

SSS/EFRI: Learning from Plants (Wang, Mayer, Nielson (Michigan) Bakis, Rahn (PSU))   

Twisting Motion

Bending Motion

Multiple FMC cells

O.R. ‐ Methods for op5mized ambulance deployment 

Henderson, Cornell 

The CMMI Research Community 

Aerospace Engineering 

3.0% 

Architecture 0.8%  Bio/Biomedical 

Engineering 1.3% 

Biology 0.5% Chemical Engineering 

3.6% Chemistry 

1.0% 

Civil Engineering 21.3% 

Computer Science 1.6% 

Electrical Engineering 

5.1% Environmental Engineering 

0.8% Geosciences 

0.3% 

Industrial Engineering 

11.4% Management 

1.1% 

MatSci  7.6% 

Mathema5cs 1.3% 

Mechanical Engineering 

33.5% 

Other Engineering 0.4% 

Other Sciences 1.0% 

Physics 3.2% 

Social Sciences 1.2% 

CMMI Research Community 

12.09% 

5.70% 

13.01% 

19.88% 

20.29% 

16.22% 

15.38% 

20.41% 

20.74% 

16.51% 

24.24% 

11.54% 

14.53% 

12.50% 

12.83% 

26.98% 

19.23% 

9.20% 

10.14% 

22.31% 

0.00% 

5.00% 

10.00% 

15.00% 

20.00% 

25.00% 

30.00% 

0 

50 

100 

150 

200 

250 

300 

350 CMMI Program Success Rates 

Proposal has been awarded 

Decline, DDConcurred 

Success Rate 

Num

ber o

f Sub

mis

sion

s P

ercentage Awarded

0.00% 

10.00% 

20.00% 

30.00% 

40.00% 

50.00% 

60.00% 

70.00% 

80.00% 

90.00% 

100.00% 

0  10  20  30  40  50 

Success Ra

te 

Number of Submissions 

Success Rate of Schools Versus Number of Submissions  FY 2008‐2010 

Materials Research in ENG and DMR  

•  CMMI conducted a preliminary analysis to see how much overlap occurs between programs 

•  Data show complementary communiKes –  274 PIs from 99 universiKes submiNed materials research 

proposals to both ENG (CMMI in this case) and DMR –  On average, PIs submit to at least 2 disKnct programs (which 

may or may not be in the same directorate) 

•  ENG/DMR are working on collaboraKve processes for review & funding of proposals and to unify communicaKon with materials research community 

CMMI Materials Research Awards 

DMR Materials Research Awards 

A few thoughts on  emerging themes in CMMI 

•  CIF21 ‐ Simula0on‐based  engineering and science 

•  Advanced Manufacturing – Materials Design through  Fabrica0on… 

•  Complex system design – underlying theories of design 

•  Resilient and Sustainable  Infrastructure ‐ Systems 

DCL: Physical and Engineering Sciences in Oncology (PESO) w/ NCI

NNI Signature Ini5a5ves President’s FY2011 Budget Supplement 

•  Nanoelectronics for 2020  and Beyond 

•  Sustainable Nanomanufacturing 

•  Nanotechnology for Solar Energy Collec0on and Conversion 

http://www.nano.gov/html/research/signature_initiatives.html

Objec5ve:  Use origami to enable self‐assembling, mulKfuncKonal, compliant structures (AdapKve Morphing Systems) through the integraKon of acKve materials, design theory & compliant mechanisms, mathemaKcs, and arKsKc inspiraKon. 

New EFRI Topic:  ODISSEI Origami Design for Integra5on of Self‐ assembling Systems for Engineering Innova5on    

Expected Transformative Impact: •  Fosters advances in fundamental understanding of folding and unfolding

mechanisms in active materials, design theory, and mathematics •  Underpins design of foldable products at all scales and across scales •  Promotes new collaborations between different communities •  Enables novel engineered adaptive morphing systems for breadth of national

priorities, including energy, complex design, and manufacturing

Ac5ve Materials 

Design Theory 

Origami 

Mathema5cal Rigor  + 

Ar5s5c Inspira5on 

Adap5ve Morphing System (AMS) 

Ques5ons? 

‐1 

0 

1 

2 

3 

4 

5 

6 

7 

8 

9 

0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21 

Total N

umbe

r of Sum

bieed

 Program

s 

Total Number of Submissions 

Frequency of Submissions by Materials PIs (More than 1 Program/1 Submission) 

Materials Engineering Degrees  

(NSF SRS Data)

All Engineering Degrees 

(NSF SRS Data)

NNI Signature Ini5a5ves President’s Budget Supplement 

•  Nanoelectronics for 2020  and Beyond 

•  Sustainable Nanomanufacturing 

•  Nanotechnology for Solar Energy Collec0on and Conversion 

http://www.nano.gov/html/research/signature_initiatives.html

Sustainable Nanomanufacturing •  Research Thrusts  

– Design of scalable and sustainable nanomaterials, components, devices, and processes    •  Scalable/sustainable processes and methods for  “materials of known benefit” 

•  Interac0ons of materials, components, devices with manufacturing process design  

– Nanomanufacturing measurement technologies •  High‐throughput measurements of material composi0on and behavior 

•  Process‐control, QC, system level tools