LE NUOVE TECNOLOGIE AL SERVIZIO DELL’UOMO PER IL GOVERNO DEL CREATO
Relazione di Antonino Sciortino in seno al XV° Convegno Assisi Nel Vento
Carisma della Creatività
presso la Bonus Pastor Roma
Roma, 25 novembre 2023
Tra le possibilità offerte dalla tecnologia odierna un ruolo da protagonista è riservato alle infinte 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 gemello digitale:
- migliora la fase di progettazione di un oggetto o di un manufatto
- simula situazioni specifiche di utilizzo
- ipotizza i limiti di resistenza dell’oggetto
- simula, anche in esperienze immersive, scenari di previsione di sistemi complessi (eventi meteoclimatici, governo del territorio, sviluppo delle aree urbane, gestione degli edifici, monitoraggio di prevenzione sanitaria di singoli individui e dell’intera collettività, simulazione di operazioni e/o processi in ambienti specifici per la formazione di chirurghi, ingegneri, architetti, etc.)
Le informazioni provenienti in tempo reale dal mondo fisico , monitorate attraverso sensori terrestri o satelliti, possono generare un’efficace interazione bidirezionale tra l’oggetti digitale e l’oggetto reale allo scopo di definire scenari di previsione più accurati sul comportamento di un oggetto, prevenire guasti in apparecchiature, ottimizzare procedure in sistemi complessi o mitigare catastrofi naturali
Il digital twin è una replica virtuale di risorse fisiche, effettive e potenziali, che equivalgono a oggetti, processi, luoghi, infrastrutture, sistemi e dispositivi.
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 della società di ricerca ed analisi delle dinamiche macro economiche e produttive, il mercato mondiale dei digital 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:
la dimensione reale e la dimensione virtuale, infatti, rimanevano collegate durante l’intero ciclo di vita del sistema, attraversando tutte le fasi di creazione, produzione/fabbricazione, funzionamento/operatività di supporto e smaltimento.
Le condizioni necessarie alla realizzazione di un gemello digitale 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 e ai sottospazi virtuali
Nel corso degli ultimi 30 anni i team di ingegneria di prodotto e di processo 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, a partire dalla possibilità 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 a 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 dall’ambiente di produzione o da sistemi complessi quali ad esempio un territorio e dai software di gestione e simulazione
I digital twin quindi, rappresentano una grande innovazione rispetto ai modelli bidimensionali o alla realizzazione di costosi modelli fisici
Il digital twin è quindi un modello di gestione evoluto di un ambiente, di un processo, di un prodotto o di un servizio
L’associazione tra realtà fisica e realtà virtuale consente di attivare un’analisi dei dati ed un monitoraggio dei sistemi tale per cui è possibile ragionare in modalità predittiva, affrontando i problemi prima ancora che questi 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 o l’utilizzo delle risorse naturali
Con i digital twin è possibile capire meglio come ottimizzare le operazioni, aumentare l’efficienza, individuare un problema prima che accada ad un oggetto o ad un ambiente o ad un servizio di cui si stia duplicando del mondo reale
L’acquisizione nel digitale di questo tipo di conoscenze può essere applicata al sistema originale con un rischio molto minore e un ritorno sull’investimento molto maggiore
La tecnologia del gemello digitale aiuta e supporta le scelte delle aziende e delle amministrazioni pubbliche al fine di migliorare l’esperienza rispettivamente del cliente e dei cittadini
Comprendendo meglio le esigenze degli utenti finali si possono apportare miglioramenti ai beni prodotti, ai servizi elargiti, alla realizzazione di impianti ed edifici preventivamente testati, alla pianificazione e programmazione dello sviluppo urbano, alla tutela dell’ambiente ed alla gestione del territorio
I digital twin donano continuità al processo di ideazione, progettazione, prototipizzazione, produzione e gestione dell’oggetto o del servizio e sono a supporto delle scelte del governo del territorio legate alla pianificazione, programmazione progettazione e realizzazione di interventi di mitigazione degli eventi calamitosi o delle attività antropiche che incidono sull’ambiente
Il concetto di sviluppo della continuità digitale tra una progettazione concettuale parametrica ed una progettazione costruttiva consente di capire come si comportano i materiali o i sistemi complessi di cui è costituito un oggetto o un territorio, definendo di conseguenza modelli predittivi ed esperienze immersive finalizzati a migliorare l’efficienza di un prodotto o il governo di un sistema complesso
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:
- un prodotto o un suo componente;
- un quartiere, una città o un sistema ambientale o territoriale complesso;
- un’opera edile o un suo elemento;
- un organo umano o una sua porzione cellulare;
- una pianta o un suo dettaglio molecolare;
I digital twin quindi forniscono una visione in tempo reale di ciò che sta accadendo alle apparecchiature o alle risorse fisiche.
I risultati strategici nel supportare le produzioni, la pianificazione ed il governo del territorio
Gli ambiti di applicazione sono innumerevoli:
- infrastrutture
- sostenibilità edilizia
- gestione delle risorse
- Oil & Gas
- sport
- sanità
- energia
- governo del territorio
- processi produttivi
- logistica
- sicurezza
- servizi
I benefici indotti riducono drasticamente i problemi di manutenzione e garantiscono prodotti ottimizzati, servizi efficienti, sicurezza urbana, minimizzando gli sprechi a tutela dell’ambiente e mitigando l’impatto ambientale delle attività antropiche o l’impatto delle calamità naturali
I digital twin rivestono un’importanza sempre più evidente e strategica nella gestione delle risorse naturali e nel governo del territorio
Acquisizione dei dati attraverso il monitoraggio ambientale di compone di due livelli:
- Terrestre – attraverso sensori
- Spaziale – attraverso satelliti
Le informazioni derivanti dalla realtà sono in tempo reale acquisite dal gemello digitale
Attraverso processi algoritmici di AI i dati acquisiti nel tempo in quantità sempre maggiore associati si potranno produrre elaborazioni predittive, definendo scenari 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 naturali.
Autorità di Bacino Distrettuale dell’Appennino Centrale ha da circa un anno in cantiere la realzzazione del digital twin di tutto il territroio dell’Italia centrale (42.275 kmq) finalizzato alla gestione di tutte le informazioni derivanti dall’ambiente reale e che interconnessi potranno rpodurre modelli preditivi:
- Rischio idrogeologico
- Gestione delle risorse idriche
- Gestione della risorsa suolo
Criticità riscontrate che attualmente in Italia limitano il rapido sviluppo dei digital twin nella gestione di sistemi complessi e nel governo del territorio:
- Frammentazione dei dati
- Duplicazione delle informazioni e dei modelli
- Approvvigionamento dei dati
- Struttura dei dati condivisi
- Flusso in tempo reale dei dati
- Quantità sempre crescenti di capacità computazionale
- Visione nelle scelte politiche
- Competenze specifiche ad alto valore tecnico
- Quantità sempre crescenti di spazi digitali
- Quantità sempre crescenti di energia