Bologna e il suo gemello digitale

Bologna

L'antica gloria di «Bononia civitas docta» si rinverdisce con la convinta adesione dell'Amministrazione comunale e l'implementazione tecnico-scientifica di uno specifico progetto alla città dedicato di Digital Twin, denominato Gemello della Città di [1].

Tale progetto, su cui l'Amministrazione comunale ha investito sette milioni di euro provenienti dai fondi europei PON Metro [2] è in corso di realizzazione con la collaborazione dalla città di Barcellona e sul solco del celebre esempio di Singapore, città in cui è già operativo un “gemello” digitale, costituendo un'infrastruttura civica per migliorare la qualità della vita dei cittadini e rispondere alle grandi sfide della contemporaneità, da quelle ambientali a quelle economiche e sociali.

Come spiegato nello studio Digital Twins for the Twin Transitions: costruire “gemelli digitali” della realtà per una società più competitiva efficiente ed inclusiva [3], i Digital Twin sono una rappresentazione digitale di sistemi fisici reali. Da questi ricevono dati in tempo reale, registrandone ogni informazione durante l'intero ciclo di vita. Insieme a questi evolvono, replicandone ogni trasformazione. Forniscono e analizzano informazioni relative ai sistemi di cui sono copia, consentendo di valutare il loro funzionamento e di anticiparne il comportamento. La loro applicazione rende quindi possibile identificare eventuali criticità e problematiche, minimizzare tempi e costi di produzione, ottimizzare le performance, simulare analisi di scenario con test in un ambiente sicuro e privo di rischi, consentendo di individuare le azioni da implementare nel sistema reale e agevolare processi di decisione.

Si legge sulla Treccani che Bologna, un Comune dell'Emilia, esteso su 140,86 km2, attualmente con 395.416 abitanti censiti nel 2020, è una città metropolitana e capoluogo della regione Emilia Romagna, posta sulla Via Emilia, a 54 metri sul livello del mare, allo sbocco della valle del Reno, ha una pianta cittadina che mostra l'originario nucleo romano a insulae rettangolari (6 cardini e 7 decumani, 10 porte, foro nell'area di palazzo d'Accursio), su cui l'urbe medievale si sviluppò a raggiera. A una prima cinta di mura se ne sostituì (1327-90) un'altra, in gran parte abbattuta ai primi del 20° secolo. La città moderna si è estesa lungo la Via Emilia e ha da tempo superato i limiti comunali includendo Borgo Panigale, Casalecchio di Reno, Corticella e San Lazzaro di Savena. Nel centro storico, la funzione abitativa è stata sostituita quasi interamente da quella terziaria e direzionale; all'esterno vi sono le aree residenziali e quartieri specializzati (universitario, giudiziario, fieristico). Dell'Alma mater – l'Università di Bologna che ha origini molto antiche tali da indicarla come la prima Università del mondo occidentale – va detto che sin dalla fine del 10° secolo è ritenuta esistente a Bologna una scuola di grammatica e di retorica e che all'incirca in quel periodo si iniziasse a studiare anche i primi principi del diritto, come testimonia un documento del 1067 recante la prima menzione di un doctor legis. È probabile che ciò sia avvenuto nel tempo stesso in cui la Chiesa bolognese fu dichiarata indipendente da quella ravennate. Certamente alla metà del 12° secolo la scuola era pienamente attiva: si sa infatti che in quel periodo l'imperatore Federico Barbarossa riconobbe la costituzione corporativa degli scolari e i loro privilegi di fronte alla città.

Di tutto il descritto patrimonio economico ed istituzionale, storico-sociale, urbanistico, architettonico ed artistico, culturale, il progetto in itinere – Bologna Gemello digitale – ne realizzerà integrale “copia”  digitale, una versione virtuale che cambia in tempo reale e dialoga con il suo gemello fisico grazie all' e(IoT) ai dati raccolti e inseriti nel modello. L'obiettivo è migliorare i servizi urbani, anticipare eventuali crisi e fornire una grande e precisa banca dati sulle attività della città con il coinvolgimento costante dei cittadini.

La caratteristica chiave del Digital Twin è l'interoperabilità tra il modello digitale e quello reale: in realtà ben più che gemelli, oggetti o sistemi fisici modellizzati digitalmente con il Gemello Digitale diventano un tutt'uno, abbattendo le barriere tra digitale e fisico e permettendo all'oggetto digitale di agire e influenzare il mondo tangibile [4]. Il progetto si differenzia dalle smart cities perché esse corrispondono ad un paradigma tecnologico, mentre Bologna Gemello digitale è soprattutto un progetto civico, nel quale emerge l'anima della comunità e politica di una città che è sempre stata avanguardia su queste cose, a cominciare da ‘Iperbole', che nel 1995 fu la prima rete civica comunale in Italia.

In partenariato, il Comune di Bologna, la Fondazione “Bruno Kessler” di Trento, l'Alma Mater Studiorum Università degli Studi di Bologna, il CINECA (Consorzio interuniversitario, formato da 117 Enti pubblici, è il maggiore centro di calcolo in Italia che realizza sistemi gestionali per le amministrazioni universitarie e il MUR, progetta e sviluppa sistemi informativi per pubblica amministrazione, sanità e imprese), la Fondazione per l'Innovazione urbana (FIU – Centro multidisciplinare di ricerca, sviluppo, co-produzione e comunicazione delle trasformazioni urbane a servizio della costruzione dell'immaginario futuro della città), secondo la visione ispiratrice, vogliono creare una città e un futuro più giusto, equo e sostenibile.

L'Amministrazione comunale è impegnata in una importante sfida: portare Bologna ad essere la città più progressista d'Italia, per migliorare la vita delle sue cittadine e cittadini, contribuire allo sviluppo dell'area metropolitana e promuovere un modello alternativo di città in grado di contribuire all'individuazione di risposte alle sfide economiche, sociali e ambientali.

La costruzione di questa visione passa dalla realizzazione di grandi progetti e investimenti per la transizione sociale, ambientale e tecnologica e la valorizzazione delle radici e identità della Città: 1) creando la Città della conoscenza, per riposizionare l'asse dello sviluppo economico e sociale di Bologna sulla dimensione della conoscenza con la riqualificazione di una grande area della città e la creazione di politiche attive; 2) perseguendo la “missione clima” per raggiungere la neutralità climatica entro il 2030 attraverso investimenti su nuova mobilità, educazione e informazione, efficientamento energetico, gestione rifiuti e verde urbano; 3) realizzando l'”Impronta verde”, per migliorare la salute delle persone, la qualità della vita e degli spazi pubblici con la costruzione di una grande infrastruttura verde che abbraccia tutta la città; 4) con l'implementazione di un “Piano per l'abitare”, utile ad affrontare la tensione abitativa creando diecimila alloggi nei prossimi 10 anni.

Per compiere tali azioni il progetto Bologna Gemello digitale mette in valore la caratteristica chiave del Digital Twin che è l'interoperabilità. Raggiungere questo livello di interoperabilità tra il Digital Twin e sistemi fisici non è semplicemente il risultato dell'adozione di tecnologie, ma una vera e propria direttrice strategica di sviluppo tecnico-scientifico e industriale che coinvolge, oltre al dispiegamento di soluzione state of the art a livello hardware e software, anche importanti adeguamenti a livello di processo e di capitale umano. In questo senso, il Digital Twin non è un risultato, ma un processo che porta alla creazione di forme di interazione e scambio tra le due copie digitali e reali sempre più sofisticate, interconnesse ed interoperabili. Vi possono infatti essere diversi gradi di maturità associati a questa tecnologia: laddove è già oggi possibile creare una copia digitale perfettamente integrata ed interattiva di un singolo oggetto (si pensi per esempio ad un componente meccanico o ad una turbina), risulta invece tecnologicamente ancora acerba la possibilità di creare Digital Twin di sistemi complessi. La tecnologia dei Digital Twin ha acquisito una crescente maturità economica ed industriale negli ultimi anni, ma il concetto affonda le sue radici nell'evoluzione tecnologica degli ultimi decenni [5].

I presupposti per realizzare il progetto sono un nuovo modo per connettere, conoscere, prevedere e costruire soluzioni innovative. C'è bisogno di un nuovo modo di operare per proteggere i dati di tutti cittadini e cittadine consentendo di prendere decisioni sempre più informate e consapevoli nel loro interesse. Il raggiungimento di tali obiettivi dipenderà fortemente dalla capacità di raccogliere e sistematizzare tutte le informazioni che sono già a disposizione e che la città genera; – gestire le informazioni in modo democratico e con un approccio orientato al benessere del cittadino. In concreto, si tratta di connettere queste informazioni con centri di ricerca, progettisti e decisori pubblici, stakeholder privati, associazioni civiche e cittadini; costruire scenari futuri, prevedere cambiamenti e grandi emergenze; immaginare e sviluppare soluzioni innovative; – monitorare i risultati delle politiche per migliorare continuamente.

Pertanto, Bologna Gemello digitale è un tassello fondamentale all'interno della Città della conoscenza, un perno fondamentale della strategia di mandato che l'Amministrazione comunale mette in campo per proiettare Bologna nel futuro attraverso l'attrazione di nuovi investimenti ad alto contenuto di innovazione e per favorire processi di inclusione sociale e rafforzamento del tessuto democratico metropolitano. In altri termini, si tratta di amalgamare scienza, ricerca e formazione avanzata con sviluppo economico, lavori di qualità e attrattività internazionale e conoscenza e cultura diffuse.

Il progetto, con la dotazione finanziaria stanziata, permette di utilizzare dati e conoscenze per attivare meccanismi di analisi e capacità previsionali per rispondere alle esigenze della città, dei suoi cittadini e utenti. Inoltre, supporterà decisioni che portino cambiamento sostanziale al governo della città per rispondere alle sfide ambientali, economiche e sociali, sperimentando modalità di relazione e partecipazione diverse. Faciliterà la creazione di conoscenza in grado di generare nuove economie e capacità di risposta per migliorare il governo del territorio.

Ad abilitare i nuovi paradigmi applicativi dei Digital Twin è la convergenza di cinque tecnologie chiave, che negli ultimi anni hanno raggiunto – o stanno raggiungendo – una maturità capace di fornire tutte le leve per creare una copia digitale interconnessa, in grado di analizzare la grande mole di dati trasmessi in real-time dai sensori installati sul sistema reale, così da gestire, predire e ottimizzare il suo funzionamento.

Il Digital Twin è, infatti, una soluzione tecnologica che deriva dall'adozione convergente delle tecnologie Internet of Things, , Cloud e e High Performance Computing, in cui i dati scambiati ed elaborati grazie a connettività iperveloce e vengono resi fruibili grazie a sistemi di User Experience Design. L'InterNET of Things , si riferisce ad un portafoglio di tecnologie di sensoristica e scambio di dati grazie a cui macchine e uomini possono creare flussi di scambio di informazioni sulla cui base ottimizzare il processo produttivo con decisioni data driven. Grazie all'IoT, è possibile trasformare qualsiasi cosa, da un oggetto picco lo come una pillola a uno grande come un aereo, in un dispositivo connesso in grado di dialogare e scambiare dati. Collegare tutti questi oggetti diversi e aggiungere loro dei sensori fornisce un livello di intelligenza digitale a dispositivi che altrimenti sarebbero “muti”, consentendo loro di comunicare dati in tempo reale senza coinvolgere un essere umano.

L'Intelligenza Artificiale (IA) si riferisce in generale all'attribuzione ad una macchina o sistema di calcolo di capacità cognitive assimilabili a quelle umane. Nella forma più elementare dell'IA, i computer sono programmati per “imitare” il comportamento umano ed alcune sue funzioni cognitive di base. È il caso, per esempio, del riconoscimento delle differenze tra oggetti in forma bi o tridimensionale. Nelle sue versioni più avanzate, invece, l'Intelligenza Artificiale è in grado di performare determinate attività meglio dell'intelligenza umana in termini di affidabilità, velocità e capacità di miglioramento. I sistemi di Intelligenza Artificiale sono alimentati da algoritmi, che utilizzano tecniche di machine learning dimostrano un comportamento “intelligente”. Il machine learning è un metodo per insegnare ai computer a completare dei task attraverso un apprendimento che deriva dai dati, senza che lo sviluppatore intervenga direttamente sul processo di apprendimento, esplicitandone però a s priori le regole. L'idea di base è quella di fornire alla macchina una serie di dati e lasciare che il computer riconosca pattern e schemi ricorrenti. Il modello di machine learning automatizza in modo efficace il processo di creazione di modelli analitici e consente alle macchine di prevedere e adattarsi a nuovi scenari in modo indipendente. L'affidabilità e la qualità di questi modelli cresce in modo proporzionale al numero di dati che vengono presentati alla macchina.

Per di più, la disponibilità di dati provenienti da diverse fonti, integrati in Data Lake e scambiati in tempo reale, possono venire elaborati in Cloud o in edge per permettere oggi di prendere decisioni sulla base dei dati forniti da dispositivi interconnessi. Big Data è il termine usato per descrivere la crescente quantità di dati che le aziende e i loro sistemi si trovano ad elaborare. A titolo di esempio il  numero di dati prodotti negli ultimi anni a livello globale è cresciuto di 35,5 volte, passando da 2 miliardi di Terabyte nel 2010 a 79 miliardi nel 2021. Considerando le previsioni di International Data Corporation, il volume di dati generati nel mondo crescerà ancora di più fino a raggiungere nel 2025 i 181 miliardi di terabyte, che corrispondono circa alla memoria di circa 1,4 trilioni di iPhone. Le 5 V dei Big Data – volume, valore, velocità, varietà e veridicità – rendono la gestione e l'analisi dei dati una sfida per le data warehouse tradizionali. Infatti, è attraverso l'analisi dei Big Data prodotti dai milioni di dispositivi IoT che è possibile pensare di identificare tendenze e modelli interessanti e rilevanti, che possono essere utilizzati per la costruzione di Digital Twin e, dunque, informare le decisioni, ottimizzare i processi e persino guidare nuovi modelli di business [6].

Bologna Gemello digitale è il modello di città che grazie ai dati evolve in tempo reale per aiutare a generare valore pubblico, un modello di policy che genera consapevolezza sul valore dei dati, regola il loro utilizzo a favore della cittadinanza e guida per la generazione di valore pubblico. Può, altresì, considerarsi una modalità di azione basata sulla ricerca, la creazione di scenari, lo sviluppo di previsioni e il monitoraggio continuo, una piattaforma tecnologica per la raccolta, analisi, integrazione, visualizzazione e simulazione dei dati della città e per il supporto ai processi decisionali.

Il “gemello digitale urbano” di Bologna è, dunque, un modello digitale preciso della città, alimentato dai dati e dalle informazioni raccolti, anche in tempo reale, dalla città stessa, in grado di supportare processi decisionali tramite funzioni avanzate di analisi e previsione, e di co-evolvere con la sua controparte reale. Tale “gemello” offre un visione completa di città: rappresenta la città con le sue infrastrutture fisiche, i processi, le dinamiche sociali e organizzative; integrato: è in grado di catturare la complessità delle relazione e delle influenze reciproche fra i vari sistemi urbani;  dinamico: è in grado di co-evolvere con la città, alimentandosi con i dati provenienti dalla città stessa; predittivo: è in grado di prevedere e anticipare i comportamenti e le trasformazioni che avvengono nel mondo reale. Uno strumento virtuale che funziona in simbiosi con la città.

Tutto ciò è possibile perché nella classifica globale dei supercomputer, anche l'Italia ha un posizionamento di eccellenza grazie al nuovo supercomputer “Leonardo” inaugurato nel Novembre 2022 e concepito dalla sinergia di CINECA , il più grande centro di computazione di Italia, con attori privati e pubblici, come Atos Italia e European High Performance Computing Joint Undertaking (EuroHPC). Il sistema “Leonardo” ha una potenza computazionale che raggiunge i 174 Peta Flops e punta a 240 Peta Flops, una prestazione che lo posiziona come il quarto supercomputer più potente al mondo. La disponibilità di questa infrastruttura di calcolo per le aziende italiane e per la Pubblica Amministrazione può diventare un importante vantaggio competitivo che potrà generare valore e opportunità di lungo termine per la ricerca, per l'innovazione e per lo sviluppo di campioni nazionali nei settori chiave del Paese.

Dando l'avvio al progetto pilota di gemello digitale della città – come in tutti altri frangenti storici nei quali prorompe la controversa introduzione di innovazioni tecniche e gestionali nella riproduzione delle formazioni economico-sociali – si presenta il dilemma di un sapere, quale prerequisito fondamentale per sfruttare l'integrazione digitale-fisico, che non sia di pochi, mentre le moltitudini sono rese estranee ai processi e ricondotte alle figure di meri fruitori. È indispensabile che la divaricazione tra un gruppo ristretto di persone che sanno ed operano e coloro che usufruiscono e subiscono i cambiamenti sia colmata. Tali decisioni devono essere assunte come priorità interne al sistema stesso in modo da permettere di classificare il gradiente d'efficacia pubblica nel controllo delle parti fisiche che influenzano lo spazio digitale e il controllo della rappresentazione digitale delle parti fisiche, laddove il problema da risolvere è aumentare “immersività” e coinvolgimento delle persone.

Giovanni Dursi

[1] Qui il link alla Convenzione tra Comune di Bologna e Alma Mater Studiorum – Università di Bologna,  per la realizzazione di attività di ricerca e progettazione finalizzate allo sviluppo del Progetto “GEMELLO DIGITALE DELLA CITTÀ DI BOLOGNA” e  l'inerente deliberazione d'approvazione da parte della Giunta comunale di Bologna, in data 30/03/2021.
[2] Il Programma “Agenda digitale metropolitana”, in particolare, sostiene la realizzazione di iniziative di “Agenda digitale” attraverso l'acquisizione e la messa in esercizio di sistemi tecnologici e gestionali che abbiano l'obiettivo di rendere disponibili servizi pienamente interattivi in 7 aree tematiche (assistenza e sostegno sociale; edilizia; cultura e tempo libero; lavoro e formazione; tributi locali; ambiente e territorio; lavori pubblici) al fine di integrare i processi informativi tra enti dell'area metropolitana.
[3] Rif. Digital Twins for the Twin Transitions: costruire “gemelli digitali” della realtà per una società più competitiva efficiente ed inclusiva,lo studio è stato realizzato da The European House – Ambrosetti e Atos Italia, ed è stato pubblicato a Febbraio 2023. Il 31 Marzo Lutech ha perfezionato l'acquisizione di Atos Italia S.p.A, che contestualmente ha cambiato ragione sociale e brand diventando Lutech Advanced Solutions S.p.A.; in tale studio il Digital Twin è presentato come una copia digitale interattiva di un oggetto o un sistema complesso, che permette di analizzarne, simularne e predirne il comportamento. È una soluzione tecnologica che deriva dall'adozione convergente delle tecnologie di Internet of Things, Intelligenza Artificiale, Cloud e Big Data, High Performance Computing e connettività superveloce, in cui i dati scambiati ed elaborati in tempo reale vengono resi fruibili grazie a sistemi di User Experience Design.
[4] Studio cit. Digital Twins for the Twin Transitions: costruire “gemelli digitali” della realtà per una società più competitiva efficiente ed inclusiva, pag. 21.
[5] In particolare, una prima formulazione del concetto è stata elaborata nel 1991 dall'informatico David Gelernter, che ha concettualizzato modelli software che imitano la realtà a partire dalle informazioni provenienti dal mondo fisico, chiamandoli “Mirror Worlds”. Un secondo passaggio evolutivo avviene invece nel 2002, quando Michael Grieves presso l'Università del Michigan descrive un sistema che integra il dominio reale e quello digitale nel campo del Product Life-cycle Management (PLM), così da riuscire a creare soluzioni digitali capaci di ottimizzare il ciclo di vita dei prodotti. Il modello che viene proposto viene denominato “Mirrored Spaces Model” ed è costituito da tre componenti: spazio reale, spazio virtuale e meccanismo di collegamento per il flusso di informazioni tra i due. Successivamente, nel 2006, Michael Grieves sviluppa ulteriormente il modello, focalizzandosi sul fatto che il meccanismo di collegamento tra due spazi fosse bidirezionale e che vi fossero più spazi virtuali per un unico spazio reale in cui si potessero esplorare idee o progetti alternativi. Il nome del modello concettuale viene quindi cambiato in “Information Mirroring Model”. Infine, il termine Digital Twin compare per la prima volta nella versione in bozza della roadmap tecnologica della NASA nel 2010, nell'ambito dello sviluppo di tecnologie legate all'aerospazio. Nel documento, la NASA ha proposto una prima definizione di Digital Twin, descritto come una simulazione integrata multi-fisica, multi-scala e probabilistica di un velivolo o di un sistema che utilizza i migliori modelli fisici disponibili, gli aggiornamenti dei sensori, la storia della flotta per rispecchiare la vita del suo gemello fisico. L'idea era quella di costruire e utilizzare il Digital Twin per simulare e agire in tempo reale sulle proprietà fisiche e meccaniche dell'aeromobile, in modo da prevedere eventuali sovraccarichi o indebolimenti strutturali, prolungando così la vita utile residua del velivolo e minimizzando i rischi per gli operatori umani. La traiettoria evolutiva del concetto di Digital Twin mostra come non sia una semplice simulazione statica di un modello digitale, ma ne rappresenti la sua evoluzione dinamica: l'interattività tra la copia digitale e l'oggetto o sistema fisico reale è infatti la caratteristica distintiva di tutte le elaborazioni recenti su questa tecnologia. Per chiarire meglio il concetto è utile sviluppare e identificare le differenze tra i concetti di Digital Model, Digital Shadow e Digital Twin (op. cit.  Digital Twins for the Twin Transitions: costruire “gemelli digitali” della realtà per una società più competitiva efficiente ed inclusiva, pag. 22.
[6] Op, cit. Digital Twins for the Twin Transitions: costruire “gemelli digitali” della realtà per una società più competitiva efficiente ed inclusiva, pagine 24-29.

canale telegram Segui il canale TELEGRAM

-----------------------------

Newsletter Iscriviti alla newsletter

-----------------------------

Se sei giunto fin qui vuol dire che l'articolo potrebbe esserti piaciuto.
Usiamo i social in maniera costruttiva.
Condividi l'articolo.
Condividi la cultura.
Grazie

In this article