IA, “gemelli digitali” per plasmare le città del futuro

Ogni città è un sistema unico, vasto e sfaccettato, tanto che è difficile per l'amministrazione comunale avere una visione d'insieme. Ma i gemelli digitali possono aiutare a comprendere tutti i sottosistemi, le loro interazioni e i loro percorsi. Alamy Stock Photo/Credit: Panom Bounak / Alamy Stock Photo

Da Zurigo a Boston e Shanghai, sempre più città ricorrono ai "gemelli digitali" generati dall'intelligenza artificiale (IA) per immaginare e pianificare le esperienze urbane del domani. Mancano i dati per sfruttare appieno il potenziale di questa tecnologia, ma la ricerca svizzera sta lavorando per colmare il divario tra teoria e realtà.

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Per chi si occupa di pianificazione urbana, una mappa che mostra le strade e gli edifici della città dall’alto non basta più: bisogna essere in grado di simulare i cambiamenti nei percorsi degli autobus o nella durata dei semafori prima di implementarli, in modo da valutarne il possibile impatto sulla popolazione. Oggi questo è possibile grazie ai “gemelli digitali”, chiamati anche “mondo specchio”: copie informatiche e tridimensionali che permettono di riprodurre scenari in modo sicuro ed efficiente.

Città come New York, Shangai ed Helsinki stanno già impiegando i gemelli digitali, e anche Zurigo ha lanciato la sua versioneCollegamento esterno nel 2022: è accessibile al pubblico e si può utilizzare per misurare l’altezza degli edifici, simulare l’ombra che proiettano in diversi momenti della giornata, e sbirciare nel futuro per scoprire la possibile evoluzione della città più grande della Svizzera.

Il traffico, l’offerta limitata di alloggi e il crescente fabbisogno energetico stanno diventando questioni urgenti nel Paese, dove il 74% della popolazione Collegamento esternovive già in aree urbane.

Aggiornare e gestire i gemelli digitali, tuttavia, diventerà più complicato con l’aumentare della densità della popolazione e dei dettagli di queste repliche virtuali, secondo Aurel von Richthofen, architetto e urbanista che a Berlino dirige il team Integrated Cities Planning della società di consulenza Arup.

Oggi i modelli di pianificazione urbana funzionano come dei compartimenti stagni: “i dati non si possono condividere, cosa che rende il lavoro meno efficiente di quanto ci aspetteremmo”, ha detto Richthofen durante un recente evento organizzato da SwissnexCollegamento esterno, un network di innovazione elvetico. Le ricercatrici e i ricercatori svizzeri stanno lavorando per trovare una soluzione.

I gemelli digitali dipendono dalla qualità dei dati

L’efficacia del gemello digitale di una città dipende in modo cruciale dalla quantità e qualità dei dati che utilizza. Ottenere l’accesso a informazioni provenienti da molte organizzazioni diverse è però estremamente difficile. Sensori, droni e dispositivi mobili possono raccogliere dati in tempo reale, ma di solito fanno riferimento ad aree di competenza e settori diversi – come uso del suolo, controllo degli edifici, trasporti o ecologia – ciascuno con il suo modo di organizzare i dati raccolti e di rappresentare il mondo fisico.

Secondo Richthofen, è necessario integrare tra loro i diversi modelli e nozioni, per poter affrontare al meglio i problemi di pianificazione e sviluppare gemelli digitali più dinamici di quelli attuali.

Nel 2021, in collaborazione con l’Università di Cambridge e il Politecnico Federale di Zurigo (ETH), Richthofen ha lanciato il progetto Cities Knowledge GraphCollegamento esterno, con l’obiettivo di raccogliere, combinare e condividere i dati urbani – riguardanti progetti edilizi, flussi di trasporto e infrastrutture sotterranee – con abitanti e urbanisti della città.

Cities Knowledge GraphCollegamento esterno from aurelvrCollegamento esterno on VimeoCollegamento esterno.

Ogni città è un sistema unico, così vasto e sfaccettato che chi la amministra fatica ad averne una visione d’insieme completa. “Il nostro lavoro aiuterà l’amministrazione urbana a conoscere tutti i sottosistemi della città e il modo in cui interagiscono”, ha detto Richthofen, che paragona l’obiettivo del suo team a “catturare l’impronta digitale, il battito cardiaco di ogni città, per poter creare una rappresentazione olistica di ciascuna”. Richthofen spera che lo strumento a cui stanno lavorando possa anche essere utile, ad esempio, a bilanciare la domanda e l’offerta di energia nelle reti di distribuzione locali.

Città più ecologiche grazie a strumenti virtuali

I gemelli digitali delle città possono anche essere impiegati per ridurre le emissioni di CO2. Scandens, una società spin-off del Politecnico federale di Zurigo (ETH), ha recentemente sviluppato un software che aiuta a ridurre l’impronta di carbonio degli edifici di grandi dimensioni.

In Svizzera il settore dell’edilizia contribuisce a un quinto delle emissioni di gas serra del PaeseCollegamento esterno, e la maggior parte degli edifici è ancora riscaldata a olio o gas. “Ci sono sempre più norme che obbligano i proprietari e le proprietarie immobiliari ad accelerare la decarbonizzazione”, ha affermato Kuba Szczesniak, co-fondatore di Scandens.

Il 2022 è stato un anno di grande svolta per quanto riguarda la politica energetica e gli standard edilizi della Svizzera. La Strategia energetica 2050 del governo stabilisce che il Paese riduca il consumo energetico degli edifici del 39% e raggiunga emissioni nette pari a zero entro il 2050. Il Parlamento svizzero ha inoltre approvato il cosiddetto “obbligo solare”, che impone l’installazione di pannelli fotovoltaici su tetti e facciate dei nuovi edifici con una superficie utile superiore ai 300 metri quadrati.

A Ginevra la ristrutturazione degli edifici più energivori è già obbligatoria, ma la misura prevede un’implementazione graduale, a partire dagli immobili con il più alto consumo per unità di superficie calpestabile. Nel Cantone di Vaud, invece, tutte le offerte e i contratti di affitto devono essere accompagnati dal certificato energetico dell’immobile, e il consumo di ciascuno va riportato nel registro fondiario, per garantire maggior trasparenza.

I software di simulazione come quello di Scandens possono aiutare le società di costruzione e i proprietari immobiliari a sviluppare i gemelli digitali degli edifici interessati dalle nuove norme. Utilizzando queste copie informatiche, infatti, si possono calcolare le prestazioni energetiche e l’impatto climatico di ciascun immobile, esaminando i sistemi di riscaldamento e raffreddamento e simulando il potenziale impatto di interventi come l’installazione di pannelli solari.

Ma, secondo Szczesniak, molti proprietari e proprietarie immobiliari ignorano ancora i vantaggi dei gemelli digitali. Per questo lui e il suo team prima di iniziare una collaborazione dedicano molto tempo a spiegare ai clienti di che cosa si tratti.

 “Promuovere l’alfabetizzazione digitale e la fiducia in tecnologie sicure è molto importante. Senza, le persone non si fideranno delle soluzioni che proponiamo”, ha affermato Szczesniak.

Non solo cifre: il valore dell’esperienza urbana non deve essere ignorato

Non tutti sono così fiduciosi nella capacità dei gemelli digitali di bilanciare risorse e servizi limitati nelle città. Al di là dei vantaggi a livello teorico, l’implementazione pratica di questa tecnologia è ancora limitata, ha sottolineato in una e-mail a SWI swissinfo.ch Sohell SabriCollegamento esterno, professore associato e direttore del laboratorio Urban Digital Twin presso l’Università della Florida Centrale.

Secondo Sabri, gli ostacoli più comuni a un maggior utilizzo dei gemelli digitali nelle città sono la mancata armonizzazione dei dati tra settori diversi e la reticenza di molti dipartimenti municipali a condividere informazioni.

Uno studio pubblicato nel 2023Collegamento esterno ha raggiunto conclusioni simili. Un gruppo di ricerca di Singapore e dei Paesi Bassi ha analizzato la letteratura scientifica esistente e condotto un sondaggio tra 52 esperti ed esperte internazionali per individuare gli ostacoli all’uso dei gemelli digitali nelle città. I problemi citati più di frequente sono relativi ai dati, che spesso non sono standardizzati, accessibili o aggiornati: tutte caratteristiche necessarie affinché un computer possa analizzare le informazioni raccolte in ambiti diversi (ad esempio la circolazione stradale e le condizioni dell’aria in termini di temperatura, umidità e inquinamento) per poi simulare il traffico o il consumo energetico di una città.

Le tecnologie digitali odierne, come le immagini satellitari e la fotografia aerea, sono in grado di “registrare le caratteristiche fisiche e funzionali di uno spazio urbano”, ha aggiunto Sabri, “ma è difficile misurare l’aspetto sociale e l’esperienza di chi vive la città”. Il legame con certi luoghi, gli spostamenti, le abitudini e le decisioni dei residenti sono stati finora meno studiati nell’ambito dei gemelli digitali, e quindi meno compresi.

“Le città sono una combinazione di caratteristiche oggettive e soggettive”, ha concluso Sabri. Secondo lui, la nostra esperienza di un luogo non va ignorata: i gemelli digitali dovrebbero essere più di semplici cloni.

A cura di Sabrina Weiss e Veronica DeVore

Traduzione di Vittoria Vardanega