Storie di Ricerca: da uno sciame di api a uno sciame di… droni

Si pensi a come uno stormo di uccelli o un banco di pesci riesce a eseguire manovre complesse, evitando ostacoli o sfuggendo a predatori. O a tutto quello che, quasi d’incanto, la natura compie naturalmente. Pensiamo di trasportare ora questi sistemi naturali altrove. Gestire i sistemi complessi e replicare il comportamento dei sistemi naturali nei sistemi tecnologici è l’obiettivo del lavoro che Mario di Bernardo, Professore di Automatica al Dipartimento di Ingegneria Elettrica e delle Tecnologie dell’Informazione dell’Università degli studi di Napoli Federico II e coordinatore del Dottorato di ricerca in Modeling and Engineering Risk and Complexity della Scuola Superiore Meridionale, e il suo team intendono raggiungere per controllare il comportamento di una pluralità di agenti che attraverso una rete di interconnessioni riescono ad interagire e ad esibire un comportamento collettivo coordinato per eseguire una funzione comune.

Addomesticare la complessità per realizzare l’impossibile

Riuscire a capire il comportamento dei sistemi naturali significa poterli replicare nei sistemi tecnologici e realizzare l’impossibile.  Per riuscire a controllare la complessità di uno stormo di droni o di una popolazione di cellule serve studiarle e descriverne il comportamento attraverso modelli matematci. Solo in questo modo sarà possibile influenzarne le dinamiche.

“L’obiettivo del mio gruppo di ricerca – ha detto di Bernardo – è quello di riuscire a governare il comportamento collettivo e per farlo è necessario capire cosa analizzare e come processare l’informazione per addomesticare la complessità. Ci occupiamo, per esempio, di studiare come far nascere comportamenti collettivi coordinati in sistemi complessi, ma anche di come individuare le possibilità di rischio che possono emergere in un sistema”.

I sistemi complessi in Natura hanno incredibili capacità di auto-organizzazione, resilienza e sono in grado di riorganizzarsi anche in presenza di fenomeni non voluti. “Per esempio, nella nostra ricerca sulle reti di potenza – ha aggiunto – è nostro interesse capire e analizzare come nascono i blackout in modo da prevenirli, evitarli e rendere questi sistemi smart”.

Stormi di droni

Come si può controllare il comportamento di singoli agenti per ottenere il realizzarsi di un comportamento collettivo? Rifacendoci, per esempio, al comportamento di uno sciame di api, analizzandolo in modo da poterlo replicare con uno stormo di droni. “Una singola ape, così come una formica – ha spiegato Di Bernardo – non è cosciente di essere parte di una comunità complessa eppure seguendo regole semplici e scambiando informazioni con gli altri insetti, il sistema complesso esibisce comportamenti collettivi particolarmente complicati. Per esempio, nel caso delle api, le modalità con cui un alveare composto da migliaia di insetti si sposta da una posizione all’altra si basano su una struttura leadership distribuita attraverso la quale pochi individui riescono a influenzare l’intera comunità e che potremmo replicare nei sistemi tecnologici e negli stormi di droni in modo che anche questi sistemi complessi tecnologici riescano ad auto-organizzarsi così come accade in quelli esistenti in natura come lo sciame di api”.

Covid e lockdown

A marzo 2020, in pieno lockdown nazionale, una delle ultime ricerche del gruppo di lavoro di di Bernardo ha riguardato lo studio dei comportamenti che le Regioni avrebbero potuto mettere in campo durante la pandemia per controllarla insieme allo spostamento delle persone. In pratica, considerando la rete delle regioni italiane come un sistema complesso, si è giunti all’ipotesi dei lockdown regionali, poi applicati, come soluzione al controllo dei contagi in modo da evitare che il sistema sanitario nazionale andasse in tilt.