Nella digitalizzazione dell’Italia le smart city possono svolgere un ruolo centrale. Il progetto strategico Urban Intelligence del CNR va in questa direzione: usare i gemelli digitali applicati all’intera comunità urbana per replicare virtualmente ed integralmente, evolvendo nel tempo, il sistema fisico della città e così analizzare e prevederne i comportamenti e indirizzare le politiche urbane in modo intelligente. Vediamo le tecnologie portanti, gli assi di innovazione e i potenziali vantaggi.
E se la trasformazione digitale dell’Italia partisse dalle città, anzi dalle smart city? È l’ipotesi al centro del primo rapporto “L’Italia delle città intelligenti e sostenibili” realizzato dal Centro Studi TIM in collaborazione con gli Osservatori Smart City e Startup Intelligence del Politecnico di Milano e con il Dipartimento di Ingegneria, ICT e Tecnologie per l’Energia e i Trasporti (Diitet) del Cnr. Non è un’ipotesi peregrina, anzi: lo studio Tim evidenzia che in Italia, negli ultimi tre anni, sono aumentati i Comuni che hanno iniziato a progettare la smart city. Lo fanno utilizzando applicazioni concentrate principalmente sull’ottimizzazione del traffico e della mobilità di mezzi e persone e sulla gestione dei rifiuti. Internet of Things (IoT), cloud, analisi dei dati, intelligenza artificiale (AI) e connettività mobile 5G sono le tecnologie-traino.
Come funziona il progetto Urban Intelligence del CNR
I progetti, però, benché numerosi, sono ancora frammentati. Per questo il CNR ha avviato il progetto strategico Urban intelligence, che ruota intorno ai Gemelli Digitali Urbani (GDU): questo strumento serve a mettere a disposizione delle città un ecosistema di soluzioni digitali integrate che consentono di pensare e modellare la smart city come un sistema complesso e in costante evoluzione. Il gemello digitale o digital twin è una copia virtuale di un processo reale capace di aggiornarsi automaticamente in modo da riflettere, ad ogni momento, lo stato attuale del fenomeno reale.
Vediamo di che cosa si tratta e come la città diventa il contesto ideale di applicazione del digital twin che abbiamo finora associato all’Industria 4.0.
Urban intelligence: le tecnologie e gli assi di innovazione
La proposta del CNR è di ampliare il concetto di Smart City con la costruzione di gemelli digitali applicati all’intera comunità urbana, ovvero sistemi digitali integrati e tecniche predictive analytics in grado di replicare virtualmente ed integralmente, evolvendo nel tempo, un sistema fisico, seguendone e simulandone lo sviluppo e la vita operativa, apprendendo e prevedendo il comportamento collettivo di agglomerati urbani. Questo permetterà a amministratori o singoli cittadini di valutare in tempo reale gli effetti dei cambiamenti sul sistema e scegliere le azioni conseguenti.
La base del progetto strategico “Urban Intelligence” è rappresentata dalle nuove tecnologie digitali in termini di analisi (Data science) e predizione (intelligenza artificiale e machine learning), simulazione (high performance computing), ottimizzazione e supporto alle decisioni, IoT (sensori ed oggetti connessi che raccolgono dati) e il 5G (la connettività mobile di ultima generazione per trasmettere i dati). Altre tecnologie su cui si fonda la smart city integrata sono il cloud e le soluzioni di cybersecurity.
Tre gli assi di innovazione: potenziare il quadro di conoscenze multi-disciplinari; coordinare le innovazioni tecnologiche con quelle a livello di governance; rafforzare in maniera strutturale l’inclusione e la partecipazione civica.
Più competenze digitali per le città
Il progetto strategico del CNR non è solo un programma di sviluppo di tecnologie innovative a servizio delle città, come si legge nel capitolo dello studio TIM dedicato a “La prospettiva dell’Urban Intelligence” e di cui sono autori Roberto Malvezzi e Giordana Castelli, Coordinatrice Progetto Urban Intelligence del CNR. Esso propone innanzitutto una strategia di accompagnamento delle città italiane a dotarsi di quelle competenze e capacità digitali necessarie ad affrontare le sfide della sostenibilità superando gli attuali approcci “a silos” e sviluppando i progetti con in mente una piena integrazione funzionale.
Le tecnologie restano un asse portante, ma l’ecosistema di strumenti digitali proposto da Urban Intelligence – si legge nello studio – si distingue dallo stato dell’arte del panorama delle soluzioni Smart City nei seguenti punti: è pienamente funzionale alle esigenze di governo della città orientate verso una maggiore sostenibilità dei suoi processi e dinamiche; abilita analisi complesse e interdipendenti dei livelli tematici e dei (sotto)sistemi di una città, anche grazie all’adozione di tecniche di Intelligenza Artificiale; è costruito nativamente per interfacciarsi con le tecnologie 5G e IoT, e per supportare scenari altamente complessi e dinamici; è aperto alla dimensione umana e sociale delle città, che integra al suo interno pratiche partecipative di coinvolgimento civico e di dialogo multi-attore coi portatori di interesse, anche grazie all’adozione di strumenti digitali dedicati; è modulare, può essere applicato alternativamente a porzioni limitate di un sistema urbano, a un numero limitato di livelli tematici/(sotto)sistemi, a un numero limitato di interazioni tra livelli/(sotto)sistemi, favorendo la sostenibilità economica e gestionale di un’implementazione iniziale dell’Urban Intelligence, e lasciando aperta la possibilità di successive estensioni legate alle priorità dell’agenda urbana e digitale locale.
Il ruolo dei Gemelli Digitali per l’Urban Intelligence
Lo strumento principale con cui Urban Intelligence intende mette a disposizione delle città il proprio ecosistema di soluzioni digitali è quello dei Gemelli Digitali Urbani. Un Gemello Digitale è “accoppiato” (coupled) al fenomeno che riproduce, attraverso un flusso continuo di dati e informazioni provenienti da reti di sensori avanzate, che gli permettono di aggiornarsi in tempo reale al variare del fenomeno gemellato. Per questa ragione si fa riferimento ai gemelli digitali anche come a dei “cyber- physical systems” composti da tre elementi: il fenomeno reale, la sua copia virtuale, e la rete delle connessioni tra i due.
Il potenziale insito nella tecnologia dei gemelli digitali è strettamente legato allo sviluppo delle tecnologie digitali come il 5G e le reti IoT, l’intelligenza artificiale, la Data science e l’High performance computing (Hpc) perché è grazie a queste che sono in grado di acquisire nel tempo una grande quantità di informazioni sul fenomeno reale e, su questa base, di svolgere analisi approfondite su come questo si evolva e cambi nel tempo e, quindi, di effettuare stime più precise su come potrà continuare ad evolversi nel futuro.
Inoltre, con queste tecnologie i gemelli digitali possono simulare un gran numero di operazioni sul fenomeno reale in riferimento a ciascun punto della sua storia, e quindi, testare e programmare determinate azioni anche in modalità asincrona e senza dover intervenire sul fenomeno stesso. In questo senso un gemello digitale non è solo uno strumento di simulazione: ambisce ad essere una “estensione intelligente” di un fenomeno reale nello spazio virtuale, attraverso la quale viene di fatto a modificarsi l’evoluzione naturale di quel fenomeno, grazie al flusso continuo di informazioni di feedback derivanti dalle attività di elaborazione dei dati in ingresso nel gemello digitali, le quali generano apprendimento e ottimizzazione continui.
Sono numerosi i vantaggi che le città possono acquisire con i GDU: acquisire nuove conoscenze sui processi, le dinamiche e le infrastrutture urbane; rafforzare la collaborazione attraverso un vasto ecosistema di portatori di interesse, generando nuovo valore per tutti gli abitanti; migliorare la mobilità e la sicurezza negli spazi urbani; migliorare la pianificazione urbana e la visualizzazione dei progetti; rafforzare la resilienza urbana, grazie a migliori capacità di predizione, risposta e recupero; coinvolgere la comunità locale in modo interattivo; adottare iniziative di open data, favorendo lo scambio e l’utilizzo di informazioni di qualità.
Per raggiungere questi risultati il Gemello Digitale Urbano è organizzato in tre livelli principali: il livello dei dati, composto dalle diverse fonti di conoscenza della città, come le reti di sensori, i database collegati, e il Data Lake che gestisce l’immagazzinamento, il pre-processing e la distribuzione dei dati; il livello dell’analisi, in cui avviene la modellazione, inclusa quella 3D, la simulazione e l’elaborazione dei dati relativi ai diversi (sotto)sistemi della città; e il livello del decision-making, che supporta decisioni sia di livello operativo, sia di livello strategico, attraverso l’impiego di modelli matematici, logici o simulativi dei diversi sistemi coinvolti e la loro combinazione multidisciplinare
Completa il sistema del GDU una dashboardmulti-utente che consente la visualizzazione di informazioni o la fruizione di servizi calibrati per ciascun profilo di utente finale.
“L’Italia delle città intelligenti e sostenibili”: dati e stime
Secondo le stime dello studio di TIM al 2027 gli investimenti in soluzioni ICT per le città intelligenti cresceranno fino a circa 1,6 miliardi di euro (valevano poco più di 800 milioni di euro nel 2022), mentre a livello globale il totale della spesa in Smart City raggiungerà un valore di oltre 1.000 miliardi di dollari (contro 500 miliardi di dollari nel 2022).
Nel periodo 2023-2027, le applicazioni Smart City basate su 5G, IoT e Intelligenza Artificiale in Italia contribuiranno a ridurre complessivamente di circa 6,5 miliardi di euro i costi del traffico cittadino e di oltre 400 milioni di euro quelli legati all’inquinamento urbano grazie a una migliore programmazione del trasporto, pubblico e privato, e dei flussi turistici. Le nuove tecnologie consentiranno inoltre una riduzione annuale di circa 650mila tonnellate di emissioni di CO2 grazie alla gestione del traffico. È previsto un calo di circa 3 miliardi di euro dei costi sociali, sanitari e amministrativi legati agli incidenti stradali grazie ad una maggiore automazione dei sistemi di guida e tempestività nei soccorsi. In diminuzione di 1,95 miliardi di euro i costi dell’illuminazione pubblica, attraverso l’utilizzo di lampade led e sensori per la gestione dei periodi di accensione, e di circa 160 milioni di euro i costi di raccolta e trasporto rifiuti, grazie ad un’organizzazione più efficiente della raccolta. Le nuove tecnologie aiuteranno ancora a indirizzare l’industria del turismo e ad ottimizzare i servizi per i cittadini.
