La robotica per capire i comportamenti collettivi

MARIA ANTONIETTA COLIMBERTI EMANUELE CAROPPO
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L’orrore della guerra, che pensavamo di non dover vedere mai. Il nuovo numero della rivista Arel esce in un momento drammatico per l’Ucraina, per l’Europa e per il mondo [l’intero numero è scaricabile da chi l’acquista o dagli abbonati, per essere successivamente pubblicato su carta e diffuso nelle principali librerie Feltrinelli]. Proponiamo qui di seguito uno degli articoli del numero.
Ringraziamo la direzione e la redazione di Arel per la gradita cortesia, che rinnova l’ormai consolidata collaborazione tra le due riviste.

Maurizio Porfiri è Institute Professor della New York University Tandon School of Engineering, con una cattedra tra il Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale, il Dipartimento di Ingegneria Biomedica, e CUSP Centro per la Scienza Urbana e il Progresso. Si è formato in Italia, dove ha conseguito laurea e dottorato presso l’Università Sapienza di Roma in Ingegneria Elettronica e Meccanica Teorica e Applicata.

Ha ricevuto molti riconoscimenti dall’American Society of Mechanical Engineering (Società Americana degli Ingegneri Meccanici), dall’Institute of Electrical and Electronics Engineers (Istituto per gli Ingegneri Elettrici e Elettronici), dalla National Science Foundation (Fondazione Nazionale della Scienza) e dalla stessa New York University. La rivista «Popular Science» nel 2010 lo ha inserito nella lista dei “Brilliant 10” come uno dei migliori ricercatori degli Stati Uniti sotto i quarant’anni, per il suo lavoro sul comportamento collettivo e robotica con il quale ha dimostrato la possibilità di integrare pesci robotici in gruppi di pesci per influenzarne il comportamento. Le sue ricerche spalancano prospettive futuristiche inimmaginabili anche soltanto un decennio fa.

Professor Porfiri, lei lavora nel settore dei sistemi complessi, può spiegarci in modo semplice di che si tratta?
Il mio lavoro si muove nella direzione di cercare di comprendere, decifrare e modellare matematicamente fenomeni anche molto diversi fra loro: migrazioni climatiche, migrazioni verso le grandi città, violenza e criminalità, comportamento collettivo di animali. Mi propongo di rispondere a domande le più differenti e complesse: come si comportano gruppi di animali sociali? Come le persone arrivano al consenso? Come si diffonde una pandemia? Cosa succede quando particelle si scontrano in un gas? Tutto questo coinvolge la teoria dei sistemi complessi e in particolare lo studio di interazioni tra le unità che formano questi sistemi.

Quando ha maturato il suo interesse per la ricerca dei sistemi complessi?
Da studente universitario di primo livello ho seguito corsi di Ingegneria Ambientale e Aerospaziale, ma mi sentivo limitato. Non volevo studiare i dettagli di come costruire un aeroplano; volevo comprendere i fondamenti di cosa permette a un aereo di volare. Alla fine, l’unico motivo per cui mi sono laureato come ingegnere elettronico è che mi erano consentite solo due modifiche al curriculum, altrimenti le avrei provate tutte e non mi sarei mai laureato. Quindi, direi che le regole sono buone. Tuttavia, questo mio background diversificato mi ha permesso di scoprire analogie tra sistemi apparentemente molto diversi, ma in realtà simili nei loro meccanismi sottostanti.

Recentemente, lei ha realizzato un progetto di ampio respiro sulla violenza legata alla prevalenza di armi da fuoco negli USA. Può parlarcene?
Ho guidato un gruppo interdisciplinare di ricercatori tra la matematica, la psicologia e l’ingegneria. Il gruppo ha cercato di spiegare il legame tra l’aumento della vendita di armi da fuoco negli USA e i mass shootings. Utilizzando tecniche statistiche basate sulla teoria dell’informazione, ho isolato il ruolo cruciale che porta alla decisione di acquistare un’arma da fuoco: non il timore di essere colpiti, quindi non la preoccupazione per la propria sicurezza, quanto la preoccupazione che le leggi sul possesso delle armi possano cambiare rapidamente a causa di un mass shooting, limitando la possibilità di futuri acquisti. Si compera oggi per la paura di non poterlo fare domani.

Può farci un altro esempio di ricerca su un altro versante?
Un altro argomento di recente interesse coinvolge lo studio degli effetti a cascata della migrazione climatica in Bangladesh. Essi colpiranno 1,3 milioni di persone in tutto il paese entro il 2050. In collaborazione con ricercatori dell’Università Federico II di Napoli, ho formulato un modello matematico della migrazione che cattura non solo fattori economici, ma anche la complessità del comportamento umano; per esempio, la resistenza di alcuni a lasciare i propri affetti o la voglia di altri di tornare, compromettendo il proprio benessere.

Sulla pandemia che ci ha tenuti quasi immobili per due anni ha sviluppato qualche studio?
Sì. In questi due anni abbiamo affrontato diversi temi legati al Covid-19.

Ormai un anno fa, insieme al collega Alessandro Rizzo e a un team del Politecnico di Torino abbiamo elaborato un modello matematico calibrato sui dati della prima ondata di contagi da Coronavirus Sars-Covid 2 e abbiamo concluso che vietare i viaggi non limita la diffusione del virus quanto le restrizioni locali. Limitare i viaggi può essere efficace soltanto nella prima fase.

In un altro studio, abbiamo simulato quello che è successo nella città di New Rochelle, vicino New York, uno dei primi Covid-19 hotspots negli Stati Uniti, al fine di studiare come le diverse politiche per la distribuzione del vaccino Covid e la sicurezza pubblica influenzano la diffusione del virus. <https://engineering.nyu.edu/news/these-scientists-created-model-city-figure-out-most-effective-order-give-vaccine>.

Il nostro modello simula il comportamento di ciascuno degli 80.000 abitanti di New Rochelle, tenendo conto accuratamente della disposizione urbanistica e dei trasporti pubblici di questa piccola città. La flessibilità del modello ci ha aiutato a comprendere quale può essere l’effetto di approcci diversificati (test, lockdown, vaccinazioni). Per esempio, in uno scenario ipotetico abbiamo concluso che predisporre più postazioni drive-through per i test, rispetto ad avere postazioni per effettuare i test negli ospedali, avrebbe aiutato a ridurre la trasmissione.

Gli argomenti da studiare sono infiniti, come sceglie su cosa indirizzare la sua attenzione di ricercatore?
In realtà è un processo più casuale di quanto si possa immaginare. Tanti argomenti catturano il mio interesse. Potrebbe essere una discussione che sto avendo con mia moglie, con un amico o con un collega sui rischi ambientali che devono affrontare le città. Oppure un articolo sul giornale su un aumento dell’acquisto delle armi.

Come si svolge il suo lavoro, una volta scelto l’argomento di intervento?
Quando inizio a esplorare un problema, analizzo i dati di serie temporali per elaborare inferenze, modellare sistemi per estrapolare informazioni ed esaminare i problemi di controllo che emergono. Quello che sto cercando di fare è creare strumenti di base che possano essere applicati in una varietà di aree. Ad esempio, una volta che ho iniziato a utilizzare pesci robotici di ispirazione biologica per comprendere il comportamento collettivo degli animali, ho visto come potevo facilmente estendere questa comprensione per modellare il comportamento umano, come, appunto, studiare cosa incentiva l’acquisto di armi o come si possono prevedere fenomeni migratori.

La robotica per capire i comportamenti collettivi ultima modifica: 2022-03-15T20:19:01+01:00 da MARIA ANTONIETTA COLIMBERTI EMANUELE CAROPPO
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