Entro il 2030, il 66% della popolazione mondiale vivrà nelle aree urbane. Sono le stime dell’organizzazione delle Nazioni Unite. Ciò vuol dire circa 5 miliardi di persone. Già oggi le grandi città del mondo consumano quasi il 70% di tutta l’energia prodotta a livello globale e contribuiscono per il 70% al prodotto interno lordo (PIL) del pianeta. Cifre da capogiro che rappresentano una sfida per chi si occupa della gestione e pianificazione sociale. Ma anche un’eccezionale opportunità per migliorare la qualità della vita di moltissime persone. Per affrontare questo enorme problema sono al lavoro schiere di urbanisti, architetti e soprattutto tecnologi e ingegneri. Perché ancora una volta è la tecnologia, basata sulle innovazioni della microelettronica, che permetterà di realizzare nuove soluzioni per migliorare il trasporto, la gestione delle risorse e lo smaltimento dei rifiuti, l’utilizzo intelligente dell’energia e tutte le infrastrutture necessarie al funzionamento di una città moderna intelligente: la smart city.
Sono molte e diverse tra loro le definizioni di smart city. Si va da quelle che si concentrano esclusivamente sugli sviluppi di una infrastruttura sempre più efficace, a quelle che mettono in risalto il ruolo di cittadini e comunità che diventano protagonisti della gestione del tessuto urbano grazie alla capacità di comunicare sempre e in tempo reale. La definizione proposta dall’ente internazionale IEEE e normalmente accettata dalla comunità scientifica introduce, a fianco del concetto di “smart” (intelligente) anche quello di “sustainable” (sostenibile): la città intelligente e sostenibile è un nucleo urbano che utilizza le tecnologie dell’informazione e comunicazione (ICT) e altri mezzi tecnologici per migliorare la qualità della vita, l’efficienza dei servizi e dell’attività urbana, la competitività, rispettando le esigenze delle generazioni presenti e future dal punto di vista economico, sociale e ambientale. Quindi, non solo un concentrato di tecnologie ma un ecosistema complesso a cui devono partecipare in modo attivo i cittadini, le autorità municipali, le aziende locali, le industrie in genere oltre alle diverse comunità e gruppi di interesse. È bene sottolineare che, in questa prospettiva, i limiti geografici di una smart city travalicano i ristretti confini urbani e abbracciano aree metropolitane o, addirittura, su scala regionale.
Le tecnologie rimangono la base su cui si poggia tutto il sistema: una serie di strumenti che permettono di realizzare soluzioni intelligenti a disposizione delle città e dei cittadini in segmenti come energia, trasporti, pianificazione urbana. Un recente studio dell’IEEE ne identifica le principali.
Reti e comunicazioni
L’infrastruttura per la comunicazione e la trasmissione dei dati è certamente lo scheletro che rende possibile il funzionamento del sistema. Dispositivi, persone, impianti, edifici, industrie e uffici devono ricevere e generare continuamente e in tempo reale un flusso costante di informazioni. La complessità dell’ecosistema tecnologico dei servizi della smart city richiede un approccio che tenga conto delle differenti esigenze e che offra una risposta adeguata sia dal punto di vista dei costi che delle prestazioni. Si va quindi dai più semplici collegamenti Bluetooth LE e ZigBee fino alla più sofisticate reti ottiche ad altissima velocità. Il tutto immerso in un ambiente eterogeneo che sfrutta in modo adeguato le differenti opzioni.
Connessioni WAN a basso consumo (Low-Power WAN)
Tutti conoscono i vantaggi (e gli svantaggi) del WiFi o del Bluetooth LE e dello ZigBee: standard di comunicazione che danno il meglio a livello locale, su distanze relativamente brevi. All’altro estremo dello spettro ci sono le reti cellulari 3/4G che tra non molto dovrebbero trasferirsi sul nuovo (e in parte ancora sperimentale) standard 5G. In mezzo ci sono le Low-Power WAN, per esempio LoRaWAN e il recente 802.11ah. Utilizzano porzioni “libere” dello spettro e cercano di minimizzare i consumi e i costi. Esistono esperimenti molto interessanti di impiego di questo tipo di connessioni in Giappone, in Francia, Australia e negli Stati Uniti. Uno dei principali vantaggi è la possibilità di offrire un servizio in grado di coprire un’intera area metropolitana senza costi per gli utenti e con un investimento iniziale relativamente modesto.
Reti 5G
Il 5G è, secondo gli esperti di comunicazione, il “vero” futuro. Evoluzione delle reti cellulari 3/4G è oggetto di un’intensissima attività di ricerca tecnologica e di business. Il suo obiettivo è risolvere completamente le esigenze di comunicazione della smart city del futuro garantendo un’ampiezza di banda eccezionale, prestazioni, adattabilità, efficienza energetica e funzionamento in tempo reale. Si tratta però di una tecnologia ancora relativamente immatura, i cui costi non sono del tutto chiari. È possibile che, a regime, il 5G diventerà una scelta irrinunciabile ma sempre affiancata ad altre soluzioni (WiFi, Low-Power WAN…) là dove considerazioni di costo e copertura geografica ne sconsigliano l’impiego.
IoT e sistemi cyber-fisici
Sono ormai diversi anni che nelle città più avanzate esistono delle infrastrutture per la connessione e il monitoraggio del traffico, dei consumi di acqua, dell’impiego dell’energia. Molto spesso, però, si tratta di reti chiuse basate su protocolli o standard proprietari incapaci di comunicare con il resto del mondo. La svolta viene dalla diffusione dell’IoT che implica l’utilizzo di standard come IP e HTTP e un’accessibilità diffusa tramite tecnologie Web già ampiamente consolidate e ben sperimentate. Si riducono quindi i costi per collegare nuove infrastrutture e installazioni a una rete che cresce giorno dopo giorno senza che l’aumento di dimensioni implichi livelli di complessità di fatto ingestibili. Una città davvero smart diventa quindi un’immensa rete IoT a cui si agganciano un numero infinito di sensori più o meno intelligenti: dispositivi integrati al confine tra l’elettronica il mondo fisico, reale. Componenti onnipresenti. Una vera e propria polvere intelligente (come viene definita da alcuni analisti) costituita da elementi che catturano i dati e le informazioni provenienti dall’ambiente, li traducono in segnali elettrici, li elaborano parzialmente sfruttando l’intelligenza locale di cui dispongono e li immettono poi in rete.
Due sono gli aspetti che devono caratterizzare il sensore adeguato alla complessità della smart city. Il primo è, evidentemente, la capacità di rilevare con precisione e accuratezza il dato fisico. Il secondo, non meno importante, è la possibilità di eseguire direttamente alcune funzioni di calcolo magari sfruttando tecniche di intelligenza artificiale. Questo diventa fondamentale per generare informazioni già adeguatamente interpretate e diminuire di conseguenza il volume immenso di dati che, altrimenti, potrebbe crescere a livelli tali da diventare gestibile solo con costi e risorse enormi.
Cloud e edge computing
La differenziazione tra le informazioni da trasmettere ed elaborare “al centro” (cloud computing) e ciò che invece conviene gestire “in periferia” (edge computing) è una scelta critica per la realizzazione di una infrastruttura efficiente per la smart city. La chimera di gestire tutto centralmente, in tempo reale, evitando di collocare intelligenza in periferia richiede investimenti fuori scala. E rende il sistema poco efficiente. Bisogna però saper scegliere in modo adeguato. È necessario analizzare il valore delle singole informazioni e dei dati per comprendere qual è il contributo che possono dare alla gestione della città nel suo complesso, o di un singolo sotto-insieme. È opportuno anche valutare in che modo le tecniche algoritmiche e di intelligenza artificiale che vengono impiegate possono eliminare ridondanze e rumore di fondo per trarre da una massa indistinta di dati gli elementi necessari per dare vita a processi efficaci ed efficienti. L’enorme numero di sistemi presenti ovunque, connessi e capaci di eseguire qualche elaborazione elettronica, permette di inviare al cloud un volume spropositato di informazioni. Qui entrano in gioco le più avanzate tecniche di intelligenza artificiale necessarie per sfruttare tutta questa conoscenza. Il cloud diventa un serbatoio di esperienze utilizzate poi, in un percorso a ritroso e grazie a tecniche di elaborazione cognitiva, per affrontare localmente le situazioni concrete, basandosi su un bagaglio sterminato di conoscenze raccolto da miriadi di nodi intelligenti.
Open Data e Big Data: la rivoluzione dei processi cognitivi
La disponibilità di dati liberamente accessibili, in volumi stratosferici, crea la necessità di un’altra rivoluzione all’interno della gestione della smart city e che coinvolge i processi cognitivi. Il cloud diventerà sempre meno una raccolta di semplici dati, ma piuttosto di esperienze (anche emozionali) descritte con modelli sempre più sofisticati. Un domani, tramite ciò che oggi chiamiamo Internet, non potremo solo accedere ai risultati di studi e ricerche ma anche simulare con assoluta precisione ipotesi di comportamenti futuri di gruppi omogenei di persone, in modo da offrire servizi ritagliati ad hoc su esigenze non ancora espresse ma che hanno elevata probabilità di concretizzarsi. Un futuro lontano e, forse, un po’ preoccupante? Non del tutto. A Singapore sono già in corso sperimentazioni concrete che utilizzano queste tecniche previsionali. Il pedaggio di alcune strade ad alta densità di traffico viene variato dinamicamente in base alle previsioni dei flussi veicolari e tenendo conto della necessità di ottimizzare la gestione della viabilità nella piccola città-stato. A Boston, invece, tecniche di intelligenza artificiale e processi cognitivi vengono impiegati per la raccolta differenziata dei rifiuti urbani, dopo aver simulato il comportamento dei cittadini nei diversi quartieri in base ad eventi esterni (feste, manifestazioni o altro) alla situazione meteorologica e alle condizioni socio-economiche del territorio.
Coinvolgimento
Il coinvolgimento degli individui rappresenta un aspetto complementare importante dello sviluppo di una smart city. È il risultato sociale dell’applicazione intelligente di una tecnologia con due risvolti complementari: permette di rispondere alle esigenze dei singoli, misurate e identificate in modo preciso; utilizza l’intelligenza collettiva della città per migliorare la qualità complessiva delle vita e garantire una maggiore sostenibilità. Favorisce la partecipazione attiva e il contributo ad identificare e risolvere in modo puntuale diverse problematiche specifiche del contesto urbano, anche a livello del singolo quartiere.
Grandi prospettive di business
Lo sviluppo della smart city può avere un importante impatto economico, in aggiunta a quello sociale. Secondo il Dipartimento per il Commercio e l’Industria del Regno Unito “Il mercato globale per le soluzioni smart city e i servizi aggiuntivi necessari potrebbe raggiungere il valore di 408 miliardi di dollari entro il 2020. Analizzando le diverse categorie si può stimare che il mercato globale delle soluzioni intelligenti per il trasporto pubblico e urbano basate sull’infrastruttura digitale potrebbe raggiungere la soglia dei 4,5 miliardi di dollari entro il 2018. Queste soluzioni comportano un indotto di altri 100 miliardi di dollari per strutture di gestione automatizzata o semi-automatizzata dei parcheggi, del traffico e dei pedaggi.” Un potente acceleratore dell’economia di un Paese.
Blockchain vuol dire fiducia
Un elemento importante per il funzionamento della smart city è la fiducia che si deve instaurare tra i cittadini e nei rapporti tra gli individui e la pubblica amministrazione. Dopotutto, in una città intelligente vengono rilevati moltissimi elementi anche sui comportamenti singoli. E la loro disponibilità incontrollata o la possibilità di manomissione fraudolenta sono un grave rischio. È qui che interviene prepotentemente una tecnologia come blockchain. Un vero e proprio meccanismo di sicurezza impenetrabile, perché i dati e la loro validità e impermeabilità sono garantiti da una rete di controllo diffusa dove nessuno ha il potere di prevaricare e quindi rubare o alterare informazioni.
Singapore: un esempio di smart city
La piccola città-Stato di Singapore ha deciso di darsi un obiettivo: diventare una nazione intelligente in tempi molto rapidi. Per questo ha definito la strategia nazionale che prevede interventi politici e tecnologici all’avanguardia, individuando priorità d’azione nel settore della mobilità urbana, dell’assistenza sanitaria e dell’economia digitale. I finanziamenti stanziati sono ingenti: 19 miliardi di dollari entro il 2020 che si aggiungono ai 16 miliardi già erogati tra il 2011 e il 2015. Tra le cose più importanti da menzionare vi è una piattaforma di condivisione sensoriale di dati aggregati, funzionale a garantire una gestione efficiente dei servizi pubblici mediante l’utilizzo di Open Data. È stato, per esempio, lanciato un portale ufficiale governativo che raccoglie informazioni provenienti da 70 agenzie pubbliche e le utilizza per applicazioni innovative. Un’ulteriore piattaforma permette a sviluppatori esterni di condividere risorse per realizzare applicazioni che utilizzano i dati aperti. Ciò ha favorito, per esempio, il lancio del portale MyTransport che fornisce informazioni agli utenti dei servizi di trasporto pubblico. Una serie di dati geo-spaziali aggiornati in tempo reale instrada turisti e lavoratori lungo i percorsi più efficienti e gestisce il flusso del traffico stradale, fornendo notizie sui parcheggi più vicini e modificando dinamicamente il pedaggio delle strade ad alta percorrenza. Un’altra applicazione è la piattaforma SingPass: un sistema di autenticazione on-line che consente ai cittadini l’accesso a tutti i servizi elettronici della pubblica amministrazione, in modo sicuro e protetto.
Le periferie diventano intelligenti
Anche in Italia sono stati attivati alcuni progetti che vanno nella direzione di promuovere il concetto di smart city. Il Ministero per i Beni e le Attività Culturali (Mibact) ha lanciato il bando “periferiA Intelligente”. L’obiettivo è premiare un progetto per promuovere la sperimentazione e innovazione nell’ambito della creatività contemporanea, finalizzato alla rigenerazione di aree urbane periferiche o disfunzionali utilizzando tecnologie di intelligenza artificiale. I destinatari sono soggetti pubblici o privati che utilizzano le nuove tecnologie e si avvalgono della collaborazione di artisti, designer, architetti o creativi. Il programma vuole utilizzare l’intelligenza artificiale per l’indagine delle esigenze della collettività che abita nelle aree periferiche proponendo soluzioni alternative ad attive, in chiave creativa.
