Desidero ringraziare il senatore Cinzia Pellegrino per avermi invitato ad esporre una breve relazione in seno a questo importante incontro.
Ho avuto la fortuna di nascere e crescere in un periodo storico che ha inciso nel profondo sulle dinamiche sociali ed economiche delle aggregazioni umane che si possono definire come le “società dominati sull’intero genere umano”.
Gli stravolgimenti sono stati indotti dall’innovazione tecnologica che ha avuto negli ultimi trent’anni un’impressionante crescita che definirei “travolgente”.
Dopo settant’anni dalla definizione delle prime teorie sull’I.A. riconducibili ad un periodo, gli anni cinquanta, di grande fermento scientifico sullo studio del calcolatore e sul suo utilizzo per sistemi intelligenti, limitati, all’epoca, dalle capacità “computazionali”, dalla “trasmissione”, dall’“archiviazione” e dalla carenza di “dati”, abbiamo raggiunto un notevole sviluppo degli hardware che permetto di guardare al futuro con rinnovata speranza supportati e sostenuti dalle dirompenti innovazioni tecnologiche che possono all’inizio “sconcertare ed intimorire”, ma che dobbiamo sfruttare per generare benessere per l’intero genere umano.
Oggi i nostri dispositivi mobili sono dotati di un potenziale tecnologico inimmaginabile solo pochi decenni fa che permette a chiunque di poter elaborare e condividere informazioni ed esperienze con chiunque in qualsiasi luogo si trovi, purché quest’ultimo sia dotato di una connessione.
L’I.A., in continua e rapida evoluzione, è solo uno dei tasselli che compongono i potenti mezzi tecnologici (hardware e software) in nostro possesso, da tempo soggetti a sviluppi esponenziali.
Tra le possibilità offerte dalla tecnologia odierna un ruolo da protagonista è riservato alle infinite applicazioni delle informazioni possedute da un oggetto fisico che possono essere concentrate in un’unica rappresentazione digitale che vive nel mondo virtuale e simula tutti i comportamenti dell’oggetto fisico nel mondo reale.
Il Digital Twin:
- migliora la fase di progettazione attraverso la simulazione di specifici utilizzi per un oggetto, un’apparecchiatura o un manufatto;
- migliora la pianificazione e la gestione di un processo produttivo o di un ambito territoriale;
- simula, anche attraverso esperienze immersive, scenari di previsione di sistemi complessi (eventi meteoclimatici, governo del territorio, sviluppo delle aree urbane, gestione degli edifici, monitoraggio per la prevenzione sanitaria di singoli individui e dell’intera collettività, simulazione di operazioni e processi in ambienti specifici per la formazione di chirurghi, ingegneri, architetti ed alte professionalità in ogni settore).
Le informazioni provenienti in tempo reale dal mondo fisico, monitorate attraverso sensori terrestri o satelliti, possono generare un’efficace interazione bidirezionale tra l’oggetto digitale e l’oggetto reale allo scopo di definire scenari di previsione più accurati sul comportamento di un prodotto, prevenire guasti in apparecchiature, ottimizzare procedure in sistemi complessi o mitigare catastrofi naturali.
Il Digital Twin è quindi una replica virtuale di risorse fisiche, effettive e potenziali, appartenenti a oggetti, apparecchiature, dispositivi, processi, luoghi, infrastrutture e sistemi complessi.
I gemelli digitali incorporano al proprio interno:
- Big Data;
- Intelligenza Artificiale (I.A.);
- Machine Learning (apprendimento automatico);
- Internet of Things – I.o.T. (internet delle cose).
Attualmente i Digital Twin sono alla base dei processi produttivi nell’industria 4.0.
In un prossimo futuro lo saranno per la gestione di ambienti complessi.
Secondo gli analisti delle società di ricerca ed analisi delle dinamiche macro economiche e produttive, il mercato mondiale dei Digita Twin, valutato in circa 8 miliardi di dollari (2022), è destinato a crescere a un tasso medio annuo composito stimato del 25% nel periodo che va dal 2023 al 2032, al termine del quale si stima si potrà raggiungere un fatturato globale di 74,5 miliardi di dollari.
Il concetto di Digital Twin (gemello digitale) fu usato per la prima volta nel 2001 da Michael Grieves, oggi Chief Scientist for Advanced Manufacturing presso il Florida Institute of Technology, che durante un corso di Product Lifecycle Management (P.L.M. – gestione del ciclo di vita del prodotto) presso l’Università del Michigan descriveva il gemello digitale come l’equivalente virtuale di un prodotto fisico.
Nel suo approccio al P.L.M., Grieves evidenziava un Mirrored Spaces Model riferito a una rappresentazione estremamente dinamica del gemello digitale:
la dimensione reale e la dimensione virtuale sono collegate durante l’intero ciclo di vita del sistema riprodotto, attraversando tutte le fasi riferite alla creazione, alla produzione/fabbricazione, al funzionamento/operatività di supporto ed allo smaltimento/dismissione.
Le condizioni necessarie alla realizzazione di un gemello digitale gestito dall’I.A. sono:
- Prodotti fisici nello spazio reale;
- Prodotti virtuali nello spazio virtuale;
- Sistemi di collegamento dei flussi di dati e informazioni che uniscono lo spazio fisico a quello virtuale ed ai propri sottospazi.
Nel corso degli ultimi 30 anni i team di ingegneria di prodotto hanno utilizzato rendering 3D e simulazione di processo per convalidare la fattibilità di un bene.
Un modello 3D permette di riunire l’intero sistema in uno spazio virtuale in modo tale che conflitti e criticità vengano individuati in modo più economico e rapido.
I vantaggi sono molteplici e consentono di accedere facilmente ai dati di molte fonti diverse, aggregarli e visualizzarli attraverso un unico cruscotto centralizzato, sincronizzato e condiviso, potendo implementare costantemente ed in tempo reale le informazioni.
Grazie ai Digital Twin è possibile testare come si comporteranno i sistemi ed i prodotti che si vogliono gestire o realizzare in un’ampia varietà di ambienti, usando lo spazio virtuale e la simulazione.
Tutto ciò è il frutto della sinergia tra diverse tecnologie afferenti ad un unico database che non è altro che un contenitore di tutte le informazioni riguardanti la progettazione dell’impianto o del prodotto, di tutti i dati derivanti dall’ambiente oggetto di monitoraggio acquisiti in tempo reale derivanti dal processo produttivo, dall’utilizzo di un bene o da sistemi complessi quali ad esempio un territorio e dai software di gestione e simulazione.
I Digital Twin quindi, rappresentano, alla luce della repentina accelerazione indotta dallo sviluppo tecnologico, una radicale innovazione rispetto ai vecchi modelli bidimensionali o alla realizzazione di costosi modelli fisici.
Un Digital Twin contiene tutte le informazioni dell’oggetto fisico attraverso la rappresentazione delle proprie caratteristiche:
- Meccaniche;
- Geometriche;
Entrambe derivano dall’utilizzo dell’oggetto, da specifiche simulazioni digitali e dal monitoraggio costante di sistemi complessi attraverso software di gestione e simulazione.
Grazie alle informazioni contenute nei Big Data legate a modelli digitali, gestiti con l’I.A. ed il Machine Learning è possibile sviluppare:
- attività sperimentale per l’ideazione di un prodotto, che permette di risparmiare sulla creazione di un costoso prototipo fisico;
- attività sperimentali di un servizio;
- attività predittive, nel caso del governo di sistemi complessi;
- attività predittive, nel caso di processi evoluti.
L’associazione tra realtà fisica e realtà virtuale, attraverso il rilevamento ed il monitoraggio permette di ragionare in modalità “predittiva”, affrontando i problemi e le criticità prima ancora che queste si verifichino.
Oltre a prevenire anomalie, tempi di inattività e inefficienze, utilizzando simulazioni appropriate è possibile sviluppare nuove opportunità, pianificando nuovi processi atti a ottimizzare gli interventi per la realizzazione di opere pubbliche o per la gestione delle risorse naturali minimizzando gli impatti ambientali.
Le tecnologie digitali aiutano e supportano le scelte delle aziende e delle Amministrazioni Pubbliche al fine di migliorare i prodotti ed i servizi elargiti al cliente e, più in generale, migliorare la vita dei cittadini.
Acquisendo le conoscenze riferite alle esigenze derivanti dalle informazioni raccolte dagli utenti finali (clienti e/o cittadini) o dai tecnici attraverso i gemelli digitali, gestiti dall’I.A., si possono apportare miglioramenti ai beni prodotti, ai servizi elargiti, posso garantire la realizzazione di impianti ed edifici preventivamente testati e costantemente monitorati in tutto l’arco della loro vita e possono supportare la redazione di piani e programmi per lo sviluppo urbano, la tutela dell’ambiente, la salvaguardia delle risorse naturali e la gestione del territorio.
I gemelli digitali donano continuità al processo di ideazione, progettazione, prototipizzazione, produzione e gestione dell’oggetto o di un’apparecchiatura, di uno o più servizi, di un programma di investimenti per la realizzazione e la successiva gestione di infrastrutture inserite nel sistema ambientale.
Le nuove tecnologie sono già utilizzate da alcune virtuose Amministrazioni, a supporto delle scelte per il governo del territorio in riferimento alle attività legate alla pianificazione, programmazione, progettazione, realizzazione e dismissione di infrastrutture a servizio delle attività produttive e civili che incidono sull’ambiente, per la gestione delle risorse naturali o per la mitigazione degli eventi calamitosi.
Il concetto di sviluppo della continuità digitale tra una “progettazione concettuale parametrica” ed una “progettazione costruttiva” consente di capire come si comportano i materiali di un oggetto o i vari elementi di un sistema complesso di cui è costituito, ad esempio un territorio, definendo di conseguenza modelli predittivi ed esperienze immersive finalizzati a migliorare l’efficienza di un prodotto o il governo di un sistema.
L’approccio “generativo” tridimensionale consente di realizzare il gemello digitale, a cui sono legate tutte le informazioni riguardanti un progetto, un sistema complesso o un qualsiasi elemento dello stesso.
Gli elementi che possono quindi essere oggetto delle repliche digitali sono:
- un prodotto o un suo componente;
- un quartiere, una città o un sistema ambientale o territoriale;
- un’opera edile o un suo elemento;
- un organo umano o una sua porzione cellulare;
- una pianta o un suo dettaglio molecolare.
I Big Data, contenuti nel Digital Twin (informazioni alfanumeriche legate a geometrie bidimensionali o tridimensionali), gestiti sinergicamente dall’I.A., dalla I.o.T. e dal Machine Learning, forniscono tutte le informazioni in tempo reale di ciò che sta accadendo alle risorse fisiche del sistema riprodotto.
I Digital Twin forniscono una visione in tempo reale di ciò che sta accadendo alle risorse fisiche.
Gli ambiti di applicazione sono innumerevoli:
- Infrastrutture;
- Gestione dei beni culturali;
- Sostenibilità edilizia;
- Prevenzione dalle calamità naturali;
- Tutela, salvaguardia e gestione delle risorse naturali, dell’ambiente e delle biodiversità;
- Consumo di suolo;
- Impianti di raffinazione e trasporto di Oil & Gas;
- Sport;
- Benessere e tutela della salute dei cittadini;
- Energia;
- Sviluppo di un quartiere, riqualificazione di una città o di una sua porzione;
- Governo del territorio;
- Mitigazione degli impatti ambientali delle attività antropiche;
- Gestione del trasporto delle merci e delle persone, pubblico e privato;
- Logistica;
- Sicurezza delle aree urbane;
- Servizi alle persone.
I benefici indotti dalla realizzazione dei gemelli digitali che replicano ciò che avviene nella realtà riducono drasticamente i problemi di manutenzione di opere pubbliche, di edifici e manufatti o di attrezzature elettriche e meccaniche.
Inoltre, possono mitigare, attraverso la definizione di scenari predittivi, gli impatti ambientali delle attività antropiche sul territorio, garantendo produzioni sempre più sostenibili.
Per quanto riguarda gli impatti sull’ambiente i Digital Twin sono lo strumento per individuare e suggerire ai decisori politici ed alle figure apicali della P.A. le azioni strutturali e non strutturali, attraverso la definizione di scenari predittivi, derivanti dal monitoraggio ambientale, finalizzate a ridurre sensibilmente gli impatti derivanti dalle emissioni di sostanze tossiche nell’acqua, nel suolo e nell’aria, minimizzare gli sprechi e ottimizzare la gestione, a tutela dell’ambiente e della salute umana, dei rifiuti urbani ed industriali, mitigare i danni prodotti ai sistemi naturali ed alle biodiversità dalle attività antropiche in generale ed eliminare l’esposizione al rischio dei beni e delle persone in aree vulnerabili derivanti dalle calamità naturali (rischio idrogeologico, mareggiate, etc.).
A quanto detto si aggiunge anche la realizzazione di servizi sempre più efficienti per il controllo del territorio e la sicurezza dei cittadini.
I Digital Twin governati dall’I.A. rivestiranno un’importanza sempre più evidente e strategica nella gestione delle risorse naturali e nel governo del territorio.
Si evidenzia, nel presente documento di sintesi, la strategica importanza dell’acquisizione dei dati e della loro efficace organizzazione, senza le quali le nuove tecnologie non possono sprigionare tutte le proprie straordinarie potenzialità.
L’acquisizione delle informazioni avviene attraverso il monitoraggio permanente delle informazioni derivanti dal mondo reale e si compone di due essenziali elementi che possono e devono interagire:
- Monitoraggio Terrestre – attraverso sensori;
- Monitoraggio Spaziale – attraverso satelliti (progetto U.E. Copernicus).
Con le informazioni derivanti dalla realtà acquisite in tempo reale ed implementate nel gemello digitale, archiviate nel tempo in quantità sempre maggiore, attraverso l’applicazione di processi algoritmici di I.A., di “associazione, aggregazione ed elaborazione”, si potranno produrre scenari predittivi sempre più precisi che permetteranno di testare nello spazio digitale l’attuazione di piani, di programmi e di interventi, materiali ed immateriali, finalizzati a mitigare gli impatti delle attività antropiche sull’ambiente, prevenire le calamità naturali e definire procedure per ottimizzare la gestione delle risorse.
Ad esempio l’Autorità di Bacino Distrettuale dell’Appennino Centrale, presso la quale lavoro, ha da circa un anno e mezzo in cantiere la realizzazione del Digital Twin, gestito dall’I.A. ed alimentato, in tempo reale, dalle informazioni derivanti dal monitoraggio del territorio attraverso i dati forniti da sensori e da satelliti, su tutta l’Italia centrale (42.275 kmq), finalizzato alla gestione di tutte le informazioni derivanti dall’ambiente reale e che interconnessi potranno riprodurre modelli e scenari predittivi per la salvaguardia del territorio e gestione delle risorse naturali:
- Gestione della risorsa suolo;
- Rischio idrogeologico;
- Gestione delle risorse idriche.
Le criticità riscontrate che attualmente in Italia limitano il rapido sviluppo dei Digital Twin gestiti da I.A. per la gestione di sistemi complessi e nel governo del territorio si possono individuare nella:
- Scarsità dei dati a disposizione;
- Frammentazione dei dati a disposizione;
- Approvvigionamento dei dati;
- Disorganizzazione dei dati;
- Duplicazione dei dati e delle informazioni in possesso delle varie Amministrazioni Pubbliche;
- Disomogeneità della struttura dei dati condivisi tra le Amministrazioni Pubbliche;
- Assenza di protocolli di acquisizione e condivisione dei dati in tempo reale tra le Amministrazioni Pubbliche;
- Infrastrutture digitali;
- Competenze specifiche ad alto valore tecnico;
- Quantità sempre crescenti di capacità computazionale;
- Quantità sempre crescenti di spazi digitali;
- Quantità sempre crescenti di energia;
- Visione nelle scelte politiche.
I Big Data sottesi ai modelli digitali bidimensionali o tridimensionali che replicano sistemi complessi sono il cardine su cui I.A. opera, in mancanza dei quali non può manifestare tutte le proprie potenzialità.
In seno alle nuove tecnologie, essendo un prodotto dell’uomo, non vi sono nient’altro che individui ed è ad essi che deve essere sempre ricondotta ogni azione finalizzata al raggiungimento degli obiettivi che devono essere inquadrati e radicati nel generare società sempre più capaci di produrre e distribuire benessere e prosperità.
Appare evidente a conclusione del presente documento che il processo innovatore introdotto dalle nuove tecnologie che liberano tutto il genere umano dalla schiavitù del lavoro, sono il mezzo e non il fine e devono essere governate attraverso stringenti norme legate alla transizione digitale di tutte le Pubbliche Amministrazioni e del sistema produttivo nazionale le cui azioni devono incardinarsi nell’acquisizione degli strumenti software e hardware, nella realizzazione di infrastrutture di trasmissione ed archiviazione dei dati e nella riqualificazione del personale attraverso la formazione perenne finalizzata alla gestione dei processi antropici che sono a valle delle scelte politiche.
A quanto detto occorre inoltre aggiungere che le nuove tecnologie non solo devono essere regolamentate, ma devo essere sviluppate in seno alla nazione al fine di detenerne la proprietà onde evitare interazioni, o addirittura, acquisizione di informazioni strategiche per la nostra nazione da parte di potenze straniere, attraverso le quali queste ultime posso pianificare, definire ed intraprendere azioni contro l’interesse dello Stato italiano e mettere a repentaglio la sicurezza dei cittadini.
Roma, 19 aprile 2024
Antonino Sciortino
