Oltre la smart city: arriva il digital twin targato CNR

Nata forse dal desiderio di stare in gruppo, le città rappresentano una delle più grandi invenzioni dell’uomo. Man mano che ne abbiamo realizzate, ci siamo accorti che sono anche un enorme acceleratore di idee, oggi indispensabile per l’evoluzione umana. Ne abbiamo approfittato in modo entusiastico, fingendo di non vederne i lati negativi, fino a quando non sono risultati evidenti e “di impiccio” lungo un percorso di innovazione globale che non deve lasciare indietro nessuno.

Le città, oggi così densamente popolate, sono infatti anche un luogo di emarginazione ed esclusione, regni di disuguaglianze e scenografie di vite di pessima qualità. Sono motori inquinanti, con tanti lati oscuri che è diventato impossibile ignorare.

Si va tutti a vivere in provincia? No: prima di organizzare un trasloco di massa vale la pena di chiedere aiuto alle scienze e alla tecnologia. In particolare, alla meccanica dei fluidi, all’urbanistica, ai sensori, agli algoritmi e all’intelligenza artificiale.

Si apre l’era dell’urban intelligence

Quelli appena citati sono i principali elementi costituenti il gemello digitale che il CNR, in collaborazione con TIM, sta proponendo di costruire alle città metropolitane. L’idea, nata nel 2018, consiste nello studiare queste realtà complesse come sistemi di sistemi, identificando i principali e scoprendo come interagiscono e si influenzano tra loro. Tutto partendo da una base di dati registrati da dei sensori, e non teorica, quindi in grado di restituire dei modelli perfettamente fedeli alla realtà. L’unico modo per far evolvere il digital twin assieme al sistema fisico.

“Quello che non si riesce a imparare dalle equazioni, lo si impara dai dati, ottenendo dei simulatori di sistemi che permettono di farli evolvere in una specifica direzione, nel futuro, per comprendere la validità di alcune scelte, senza ‘disturbare’ il sistema fisico. Grazie all’acquisizione costante dei dati, posso anche ‘raddrizzare’ i modelli, in modo che restino realistici. Allo stesso tempo, il gemello digitale permette di identificare le interazioni tra sistemi e di riprodurle, intuendo le ‘leggi’ che governano una città, leggi che oggi sulla carta non esistono” spiega Emilio Fortunato Campana, direttore del Dipartimento Ingegneria, ICT e tecnologie per l’Energia e i Trasporti del CNR.

Siamo molto oltre il concetto di smart city, in cui ci si occupa di un sistema volta. Con l’urban intelligence dei digital twin si riesce a capire come cosa accade in tutti i sistemi cittadini nel momento in cui intervengo anche solo su uno. Ciò significa ipotizzare di cambiare un semaforo, per esempio, e capire non solo come ciò impatta sul traffico, ma anche sul sistema del commercio, su quello ambientale, della sicurezza, dell’abitabilità e così via. “Si tratta di un potente sistema di supporto decisionale intelligente nelle mani delle amministrazioni che devono fare scelte sempre più complesse” aggiunge Campana. “Messo a disposizione anche dei cittadini, in versione semplificata, può diventare un utile strumento di partecipazione, atto a costruire un rapporto fiducia tra chi le decisioni le prende e chi invece le subisce”

La sfida delle interazioni, tra sistemi e tra mindset

Grazie al digital twin si possono scoprire conseguenze anche controintuitive di decisioni prese sottogamba. Tutto dipende dalla fedeltà con cui si riescono a riprodurre le interazioni tra i diversi sistemi. È questa la vera sfida tecnologica del progetto, una sfida che si gioca con variabili locali e variabili di scambio, una sfida di “ottimizzazione interdisciplinare” che richiede di individuare l’operatore matematico corretto, partendo dai dati raccolti sul campo.

“Un operatore di contrazione indica che si può arrivare alla convergenza, ciò significa poter operare in modo ricorsivo fino a trovare un punto di equilibrio multidisciplinare, quindi un modo di descrivere matematicamente l’interazione tra due sistemi e simularla. Il gemello virtuale si basa proprio su questo principio, realizzarne uno rappresenta un progetto complesso la cui realizzazione impegna una decina di anni” spiega Campana.

Questa stima temporale innesca la seconda e più temuta sfida, quella del convincere le persone della validità del progetto. Quella del farne comprendere l’utilità e il fatto che valga la pena di avviarlo, anche se lungo e pienamente operativo solo in tempi che superano il “limite di vita” di una giunta comunale.

La mancanza di lungimiranza di alcune amministrazioni pubbliche resta l’ostacolo più temibile e temuto dai gemelli digitali che nascono per facilitarne i compiti. Anche questa logica, rilevata sul campo, suona controintuitiva.

CNR e TIM partono da Catania, paga l’Europa

Questa impresa da due lustri è in grado di regalare benefici e soddisfazioni anche durante il percorso. Come ogni impresa, appare complessa e quasi impossibile se vista nella sua interezza, ma affrontabile se divisa in tante piccole grandi tappe.

“Si deve adottare un approccio scalabile, partendo da un paio di sistemi, su un solo quartiere, considerando un paio di interazioni principali. Si ottengono così dei piccoli gemelli digitali, già utili per alcuni aspetti e che possono essere ampliati nel tempo, passo dopo passo. Questo è un progetto che può crescere in modo equilibrato, man mano che aumenta la conoscenza di come va costruito” spiega Campana.

Prima di avviarlo, va valutato anche dal punto di vista della sicurezza e della privacy dei cittadini. Due temi importanti, soprattutto per l’Unione Europea e per l’Italia che ne fa parte.

Alla voce “sicurezza”, non c’è molto da aggiungere a quanto già si mette in atto oggi, ben consapevoli di essere tutti potenziali vittime. “L’unico modo per sentirsi realmente protetti – ammette Campana – sarebbe non essere connessi alla rete. In questa fase non lo siamo, ma il progetto richiede di diventarlo, è inevitabile e intrinseco nella sua natura”.

La risposta all’esigenza di privacy, c’è ed è la partnership tra il CNR e TIM. Il primo, infatti, fa da ente garante, essendo statale, super partes e affatto interessato a sfruttare i dati dei cittadini per fini commerciali. TIM non potrebbe giocare questo ruolo, ne è consapevole, e facendo questo accordo riesce comunque a portare avanti questo progetto pionieristico “ripagando” il CNR con i suoi dati di traffico. Non quelli dei singoli individui, ma con enormi quantità di dati che permettono di analizzare presenze e spostamenti all’interno di diverse aree in modo capillare. Tutte informazioni preziose per identificare le dinamiche sociali che animano una città: dove vanno le persone, a che ora, in che modo, nel quotidiano come anche in occasione di una partita di calcio, di un concerto o di una fiera. Oppure di un “borbottio” vulcanico, visto che il primo gemello digitale in fase di realizzazione è quello di Catania.

“Stiamo lavorando sul sistema del traffico e su quello ambientale, cercando di velocizzare i processi e studiare le loro principali interazioni. In futuro allargheremo ad altri sistemi e altre zone, sempre basandoci su dati raccolti da sensori” racconta Campana, precisando che il progetto è stato finanziato con fondi europei, attraverso l’Agenzia per la Coesione territoriale.

Un’operazione virtuosa e lungimirante, e anche replicabile in ogni città, metropolitana e non. E si potrebbero fare anche delle ottimizzazioni perché, spiega Campana, “oltre ad una parte variabile, costituita dai sistemi e dalle loro relazioni, che dipendono dalle singole realtà, il progetto ha anche una parte fissa, quella rappresentata da tutta la formulazione matematica, dall’impalcatura teorica e dal modo con cui si costruiscono simulatori”. Questa è uguale per tutti e, fatta per Catania, resta già pronta per la prossima città che sceglierà di avere un gemello digitale al suo fianco.