“Why Software is eating the world” [1] è il titolo di un articolo di Marc Andreessen apparso nel 2011 sul Wall Street Journal. Andreessen è uno dei fondatori di Netscape e autore di Mosaic, il primo browser del web; oggi è uno dei venture capitalist di maggior successo al mondo.
Quanto preconizzato da Andreessen nell’articolo del 2011 si sta avverando – e con un’accelerazione sorprendente – nel settore industriale manifatturiero, e non solo in quello: lo vediamo anche nel settore dei trasporti. Questo settore sta vivendo una vera e propria rivoluzione basata su tre grandi innovazioni: i veicoli connessi, le auto autonome (o quasi autonome) e i nuovi sistemi di trazione elettrici, ibridi o a idrogeno.
Il concetto fondamentale è quello di digital twin (gemello digitale), cioè la rappresentazione virtuale di una macchina, di un sistema o di un processo che dialoga in tempo reale col “fratello” del mondo fisico tramite dei gateway, dei canali che da un lato alimentano il modello virtuale con dati acquisiti tramite sensori sul campo e dall’altro lato comandano il sistema fisico tramite attuatori guidati dai calcoli del mondo virtuale.
Il sistema complesso risultante dall’interazione tra il gemello fisico e quello virtuale si chiama Cyber Physical System [2,3] e, se da un punto di vista tecnologico pone importanti questioni (su temi di computazione, controllo e connettività sicuri e realizzati in tempo reale), da un punto di vista funzionale rende possibili scenari finora mai esplorati.
Infatti, nel mondo virtuale, macchine e sistemi possono facilmente scambiare fra loro dati e informazioni e coordinarsi, integrandosi in “sistemi di sistemi” per ottimizzare l’efficienza delle operazioni, ridurre rischi, aumentare la sicurezza, ma soprattutto per svolgere nuove funzioni.
I Cyber Physical Systems sono il concetto fondamentale alla base della quarta rivoluzione industriale [4]. Essi pongono importanti sfide tecnologiche come, ad esempio, l’interazione a diversi livelli di dettaglio tra modelli – cioè rappresentazioni dei sistemi fisici – annidati l’uno nell’altro e implementati su architetture di calcolo distribuite tra Edge, Fog e Cloud.
I sistemi di calcolo Edge sono embedded nelle macchine e gestiscono effetti dinamici tramite sistemi di controllo in tempo reale. Ad esempio la Electronic Control Unit di un auto ne controlla stabilità, la frenata e trazione; l’elettronica di una telecamera elabora l’immagine per rilevare la presenza di un pedone.
I sistemi di calcolo Fog sono dei server locali che possono gestire informazioni safety critical e quindi con protocolli di comunicazione in tempo reale. Ciò è possibile tramite canali come i sistemi DSRC (Dedicated Short Range Comunications), che possono fornire informazioni, ad esempio, su un incidente appena avvenuto o sulla presenza di un veicolo che procede in senso contrario.
Nel Cloud, invece, le comunicazioni riguardano la gestione, non necessariamente in tempo reale, di sistemi complessi, possibilmente distribuiti sul territorio. Ad esempio, il sistema di gestione di una rete (elettrica o stradale) a tariffa dinamica per regolarne, su di un macrolivello, l’utilizzo in modo efficace.
Cosa succederà quando l’infrastruttura stradale potrà comunicare in modo sicuro e in tempo reale con le automobili? I segnali stradali verranno integrati da informazioni prelevate dal mondo virtuale o sostituiti da indicazioni personalizzate che appariranno sul cruscotto o addirittura da comandi che verranno raccolti direttamente dai sistemi di assistenza alla guida?
Sistemi avanzati per il controllo del flusso di traffico come corsie dinamiche e ramp metering potranno essere ottimizzati e integrati con indicazioni inviate ai singoli veicoli. Che dati si scambieranno tra loro i veicoli? Che dati si scambieranno con l’infrastruttura stradale?
Bisognerà inevitabilmente rivedere le logiche di controllo, ma anche le norme, lo stesso codice della strada.
Il numero e la tipologia di sensori di cui dispongono le automobili è sempre maggiore: sensori a ultrasuoni, telecamere, radar, lidar, etc. Si tratta di tecnologie (come quella indicata dal Professor Monorchio nell’articolo apparso su Flows il 18 luglio 2018) che, grazie a film sottili depositati sui segnali, ne faciliteranno la lettura automatica da parte delle auto. Queste tecnologie renderanno possibile la rilevazione di informazioni aggiuntive a supporto delle decisioni dei sistemi di controllo e navigazione e, quindi, aumenteranno la sicurezza delle nostre strade.
Certamente, in un prossimo futuro, anche l’infrastruttura stradale avrà il suo gemello digitale e diventerà un vero e proprio Cyber Physical System. Un sistema complesso che interagirà in modo più o meno automatico con i propri stakeholder, dai veicoli che vi transiteranno, ai territori che attraversa, ai gestori dell’infrastruttura, etc.
Il dialogo fra l’infrastruttura fisica e la sua rappresentazione digitale sarà fonte di innovazioni rivoluzionarie che cambieranno il mondo dei trasporti.
La Smart Road è questa combinazione della strada e della sua rappresentazione virtuale, è un’infrastruttura ciber-fisca. La Smart Road permetterà l’ottimizzazione del flusso di veicoli aumentandone la sicurezza; la Smart Road renderà possibile nuovi modelli di business per i gestori dell’infrastruttura e per le parti ad essa interessate.
Penso che in poco tempo considereremo arcaico e primitivo il mondo odierno in cui, in media, dedichiamo ogni anno più di un mese della nostra vita alla guida dell’auto mentre per gli altri 11 mesi l’auto occupa, inutilizzata, suolo prezioso.
- Why Software is eating the world, Marc Andreessen, Wall Street Journal, August 20, 2011
- https://ptolemy.berkeley.edu/projects/cps/index.htm
- A survey of cyber-physical systems, Shi, J., Wan, J., Yan, H., Suo, H., Datong, C., Proceedings of the International Conference on Wireless Communications and Signal Processing (WCSP’11)
- Nel cuore dell’Industry 4.0: I Cyber Physical Systems, Filippo Boschi, Anna De Carolis, Marco Taisch, Industria Italiana, 12 Gennaio 2017. https://www.industriaitaliana.it/nel-cuore-dell-industry-4-0-i-cyber-physical-systems/
