Un Digital Twin per Matera

La ricerca scientifica sul tema della Urban Intelligence apre le porte a strumenti e tecnologie innovativi per il metodo di analisi e il lavoro sulla città, intesa come organismo complesso e in costante evoluzione. In prima fila è il Gemello digitale Urbano, che dai centri metropolitani ai piccoli Comuni si presenta come un Cyber-Physical-Social System in grado di evolversi con la città e di apprendere da essa, permettendo una comprensione più profonda delle sue dinamiche. Ma cosa succede quando le tecnologie digitali di ultima generazione incontrano un centro storico monumentale riconosciuto come patrimonio dell’umanità dall’Unesco? La risposta arriva da Matera, dove il dipartimento DIITET – Ingegneria, ICT e tecnologie per l’energia e i trasporti del Cnr (Consiglio nazionale delle ricerche) coordina la realizzazione di un Gemello digitale urbano. Capace di integrare le istanze di gestione del territorio e della mobilità con l’ascolto delle comunità e degli stakeholders che, nella città lucana, vivono lo spazio cittadino, a partire dalla rappresentazione semplificata in 3D dell’edificato. Sassi inclusi.

Perché Matera?

“Il Gemello digitale di Matera parte nell’ambito del progetto “Urban Intelligence” del Cnr DIITET, varato nel 2018 come progetto strategico di ente per lavorare sul tema del Gemello digitale urbano nelle città” spiega Giordana Castelli, urbanista e coordinatrice per il DIITET del Centro Interdipartimentale di Scienza delle Città, un progetto che, con approccio multidisciplinare, raccoglie 81 ricercatori e 12 istituti del Consiglio nazionale delle ricerche.

“L’idea è nata dall’unione di due distinte componenti scientifiche, quelle urbanistiche e quelle dell’ottimizzazione multidisciplinare che già lavorava sui Digital Twins applicati alla simulazione navale con la Marina americana”.

Da quell’esperienza, e dal lavoro di analisi urbana è derivato il concept di lavoro che è oggi uno dei filoni principali di ricerca del dipartimento. Perché scegliere Matera come città capofila di questo percorso, che coinvolgerà nei prossimi tempi anche altre realtà urbane di tutta Italia? “Reduce dal ruolo di Capitale Europea della Cultura nel 2019, l’amministrazione comunale materana ha coinvolto il Cnr e favorito l’apertura di un primo Centro Interdipartimentale con l’impegno di lavorare su progetti di accessibilità e valorizzazione del patrimonio culturale, diventato nel 2024 il Centro di Scienze della Città con sede a Roma Hub nazionale per lo sviluppo di città intelligenti.  

Approccio multidisciplinare

La creazione del Centro interdipartimentale è una delle novità che stimola e accompagna il lavoro di costruzione del Gemello digitale urbano di Matera. Il Centro porta in sinergia il contributo dei diversi soggetti del mondo della ricerca e dell’università e coinvolge anche pubbliche amministrazioni e privati, per dare vita a uno spazio di condivisione.

La visione sulla città è olistica: oltre al DIITET afferiscono al Centro i dipartimenti Cnr di Scienze biomediche, Chimica e tecnologia dei materiali, Terra e ambiente, Fisica e materia, Scienze umane e patrimonio culturale, Bio e agroalimentare.

L’obiettivo primario è definire un luogo aperto alla scienza e alla ricerca che supporti la gestione della città attraverso gli strumenti offerti dalla Urban Intelligence, l’avanzamento della ricerca e il trasferimento tecnologico dei risultati.

In questo quadro multidisciplinare, i Gemelli digitali urbani portano un contributo essenziale per affrontare le sfide contemporanee dei sistemi urbani complessi, grazie alla loro capacità di evolversi insieme con le città e le sue dinamiche attraverso lo sviluppo di metodi di apprendimento automatico e l’utilizzo dell’Intelligenza Artificiale, funzioni di simulazione e calcolo, ottimizzazione e supporto alle decisioni.

Non solo, fra i compiti del Centro spicca la volontà di facilitare lo scambio delle metodologie, dei modelli e degli strumenti fra le città e le amministrazioni coinvolte. Il radicamento delle attività di ricerca nel contesto locale è un fattore primario, a Matera come altrove. Per il presente ma soprattutto per il futuro. “Lavoriamo sulle città costituendo hub di giovani ricercatori locali, per formare risorse che poi operano localmente supportando le amministrazioni nello sviluppo dei diversi progetti”.

Da reale a virtuale

A partire da questo input, il Gemello Digitale di Matera prende forma con la creazione della Casa delle tecnologie emergenti varata nella città lucana, in base al programma e con il finanziamento dell’allora ministero dello Sviluppo economico per il supporto alle tecnologie emergenti legate alle reti di ultima generazione 5G con la realizzazione di progetti di sperimentazione, ricerca applicata e trasferimento tecnologico attraverso tecnologie come Blockchain, Intelligenza Artificiale e Internet delle cose (IoT).

Il progetto, capofila il Comune di Matera e realizzato da DIITET, Politecnico di Bari e Università degli Studi della Basilicata, prevede nell’arco di tempo luglio 2020-aprile 2025 la costruzione del Digital Twin di un’ampia zona della città, concentrata in particolare sul centro storico, sviluppandone la copia virtuale dei sistemi, dei processi in atto e delle loro interazioni per la gestione urbana. Sono parte integrante del progetto lo sviluppo di tecnologie hardware e software dedicate e integrate con una dotazione sensoristica calata e testata direttamente sul manufatto urbano storico.

A vari istituti tra i quali ICAR (Istituto di calcolo e reti ad alte prestazioni), ISTC (Istituto di scienze e tecnologie della cognizione) e IASI (Istituto di analisi dei sistemi e informatica) compete il progetto e lo sviluppo della piattaforma di raccolta dati e l’integrazione dell’infrastruttura del Gemello digitale. La prima ha lo scopo di rappresentare in modo efficiente la mole di dati strutturata, semi-strutturata e non strutturata che sarà acquisita da sensori e da banche dati esistenti, rendendola reperibile agli attori autorizzati attraverso apposite funzionalità di ricerca. Un approccio che riflette la complessità multidisciplinare e condivisa nella gestione e pianificazione dello spazio urbano contemporaneo.

“I dati sono gli stessi raccolti nell’ambito delle Smart Cities, con un processo basato su una tecnologia sensoristica che oggi le città possiedono come dotazione o delle quali comunque si muniscono”, precisa Castelli. A fare la differenza però è la capacità di integrare in un solo sistema i dati provenienti da fonti diverse, come il “dato storico su cui è costruito il Sistema informativo territoriale intelligente. Il Sit comunale esistente è stato analizzato per sistemi e integrato in un nuovo strumento operativo, in un ambiente digitale che permette di richiamare direttamente i dati necessari dal Sit all’interno dei simulatori del Gemello digitale”.

Sensori a misura di centro storico

Calare sopra una realtà storico-monumentale come Matera la costruzione di un Gemello digitale è una sfida dal punto di vista tecnologico; giocata sul dialogo con un tessuto architettonico e urbano soggetto a vincolo di tutela. L’esperienza (e la capacità di agire con grande flessibilità) è un punto in più. Per Matera, continua Castelli, “siamo partiti con una richiesta di finanziamento di una dotazione molto elevata di sensori pari a un importo di 800mila euro, rendendoci poi conto che si trattava di un processo molto complicato per una piccola amministrazione, non solo per un problema di liquidità ma anche per la capacità di gestire le gare e l’acquisto di queste tecnologie, renderle operativamente utilizzabili e gestibili. Oltre al fatto che, essendo Matera una capitale sottoposta a tutela Unesco, tutta una serie di dispositivi sensoristici non possono essere assolutamente installati sulla metà degli immobili presenti nel centro storico”.

Questo vuol dire che esiste, a monte e più in generale, il grosso problema di individuare quali sensori possono essere installati nei centri storico-monumentali. La via individuata come percorribile guarda al minimo impatto sul costruito storico, con l’impiego di tecnologie che permettono di riformulare le scelte in qualsiasi momento e garantire il rispetto della fragilità del contesto. “Con i colleghi sensoristi del IEIIT (Istituto di elettronica e di ingegneria delle informazioni e delle telecomunicazioni) del Cnr abbiamo lavorato su una mappatura critica della città per anticipare l’analisi di scelta e localizzazione dei sensori ambientali rispettando le caratteristiche del centro storico, al fine di individuare dove collocare fisicamente i sensori e di quale tipo”. Meno sensori, massima efficacia. “L’analisi di contesto ci ha portato a non inserire un numero elevato di sensori ambientali. Con dieci-dodici sensori monitoriamo alcuni punti salienti del centro storico, con la possibilità di ricollocarli per ottimizzarne le prestazioni di raccolta dei dati secondo le diverse zone”.

I dati raccolti sono quelli ambientali e di traffico con un sistema di sensori flessibili, dinamici e spostabili, capaci di interagire all’interno di un’architettura digitale condivisa integrando diversi metodi di conoscenza e provenienza delle informazioni. Che, come nel caso della mobilità a Matera, possono aiutare a costruire il quadro complesso dei flussi di presenze e utilizzo della città storica, a partire da popolazione residente e turisti.

Un lavoro corale

L’aspetto più significativo dell’intero processo, però, riguarda la creazione del Gemello digitale umano, meglio definito come “Gemello Socio Economico”, costruito attraverso processi di ascolto della comunità materana che i ricercatori hanno sviluppato con diversi soggetti portatori di interesse coinvolti nelle dinamiche urbane, “prima lavorando con le associazioni culturali già attive all’interno di Matera Capitale della Cultura, poi coinvolgendo sia i soggetti amministrativi sia, con un lavoro dedicato, i ragazzi adolescenti”.

Seguendo questo obiettivo, il gruppo ha lavorato un anno e mezzo con tutti gli istituti scolastici superiori del Comune attraverso la somministrazione di circa 3.500 questionari in un processo di inchiesta autoprogettata con la comunità, su una localizzazione georiferita di risposte. Il risultato è la costruzione di una mappa digitale dei percorsi e degli utilizzi dello spazio della città, che rappresenta la chiave di accesso a una nuova pianificazione della mobilità lenta, sicura e sostenibile.

“Con gli adolescenti abbiamo lavorato sulla costruzione di percorsi, di qualità urbana e di tipologia dei luoghi che i ragazzi stessi vivono all’interno della città, arrivando ad alimentare un grafo di spostamenti degli adolescenti con matrice, origine e destinazione all’interno del più ampio grafo della mobilità”.

L’ascolto e il dato reale partecipato vengono quindi integrati in un sistema “che si nutre di indagini attraverso sensori, dati di mobilità e dati provenienti da un ascolto della città”.

Nuovi strumenti di governance del territorio

Il lavoro svolto attraverso l’adozione del modello di Gemello digitale e il processo di partecipazione attiva dei cittadini confluisce a Matera in due risultati concreti, con ricadute importanti sull’approccio di costruzione, gestione e fruizione dello spazio urbano.

Il primo riguarda il Gemello digitale della mobilità urbana, per il quale si sta sviluppando un sistema di digital transport system che sarà posto in relazione al piano urbano della mobilità sostenibile (Pums) per Matera, progettato nel 2019 e ancora in approvazione. Grazie a questo lavoro di governance, “il Gemello digitale arriverà a proporre analisi o scenari possibili” per intervenire sulla città. Mettere in contatto attivamente il lavoro svolto dai ricercatori con i contenuti del Pums permette di porre il Gemello digitale “in sintonia con quanto il Comune sta approvando, lavorando con i funzionari e operando anche sulla formazione dei tecnici comunali in modo che possano usufruire, in tempi molto rapidi, di questi strumenti digitali. A partire dal Webgis che permette di lavorare con un sito intelligente alimentandolo da subito per costruire, nel tempo, scenari efficaci di governance”.

Non meno importante il secondo risultato, relativo ai percorsi, alla fruizione dello spazio urbano e della mobilità, non solo dal punto di vista del flusso turistico ma di tutti i diversi soggetti presenti all’interno della piattaforma. “Disporre di una piattaforma condivisa e accessibile permette anche, in prospettiva, di aprire spazi di dialogo e confronto a 360 gradi con tutti gli interlocutori presenti sul territorio, come le imprese, le scuole, i tecnici e i professionisti”.

Da Matera all’Italia

Il Gemello digitale urbano è uno strumento che sta trovando uno spazio crescente nella gestione urbanistica e territoriale dei Comuni italiani, con la mobilità (ma non solo) in primo piano.

Il Cnr DIITET sta lavorando al progetto Uish (Urban Intelligence Science Hub) con il Dipartimento per le Politiche di coesione e il sud della Presidenza del Consiglio dei ministri alla redazione delle Linee guida per l’applicazione dei Gemelli digitali urbani nell’ambito del programma Pon Metro focalizzato sulla mobilità nelle città metropolitane. Rientra nel Pon Metro il caso pilota del Gemello digitale di Catania. A Ginosa, piccolo Comune vicino a Matera, il dipartimento ha sottoscritto un altro accordo di collaborazione, un passaggio che segna il grande interesse per le nuove tecnologie da parte delle realtà urbane minori per dimensione ma interessate a una modalità diversa di intervento pianificatorio.  In particolare sul sistema della mobilità e l’accessibilità pedonale a servizi scolastici e zone di maggior fruizione. A Milano “stiamo sottoscrivendo un accordo per un affiancamento dell’amministrazione comunale in occasione delle Paralimpiadi invernali 2026 Milano-Cortina”, legato allo sviluppo di percorsi adeguati per i Para olimpionici. Questa attività si poggia su alcuni risultati scientifici emersi nel progetto  del Gemello del cittadino, ricerca sviluppata e coordinata dal IMATI (Istituto di matematica applicata e tecnologie informatiche) del Cnr a Genova, all’interno del progetto Raise finanziato con fondi Pnrr che mira a sostenere lo sviluppo di un ecosistema di innovazione basato sui domini scientifici e tecnologici della Robotica e dell’Intelligenza Artificiale, concentrandosi in particolare sulle esigenze del contesto della Regione Liguria in riferimento a logistica e portualità, città e territori sostenibili, salute e ambiente.

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