Realizzare modelli digitali di sistemi reali – i cosiddetti Digital Twins - può aiutare a ridurre consumi energetici, idrici e abilitare nuovi modelli di business a impatto ridotto.

Il primo esempio risale al 1970, quando Steve Jobs era ancora un adolescente e l’idea di strizzare una moltitudine di tecnologia dentro un rettangolo tascabile sarebbe sembrata a chiunque una bizzarra utopia. Qualcosa va storto durante la missione spaziale Apollo 13: a un tratto esplode il serbatoio dell’ossigeno, danneggiando in modo critico il motore e disperdendo tra le stelle la più preziosa sorgente di vita degli astronauti. Non c’è tempo da perdere, bisogna riportare a casa l’equipaggio, trovare una rotta sicura in quelle condizioni da panico. La Nasa, però, è stata lungimirante: ha 15 simulatori che aiutano a capire cosa fare in mezzo a un imprevisto o, peggio, un disastro. I cervelloni digeriscono l’entità del guasto ed elaborano la traiettoria migliore per scrivere un epico lieto fine a quel brutto pasticciaccio orbitale. I simulatori trionfarono perché avevano usato un antenato del gemello digitale: una selva di dati, informazioni, parametri, per riprodurre un soggetto reale e anticiparne i comportamenti, all’occorrenza riportandoli sui binari giusti.

Oracoli di bit: cosa sono i digital twins

Oggi abbiamo raffinati modelli tridimensionali, complesse elaborazioni interattive che galleggiano su uno schermo, computer iperpotenti che svolgono all’istante calcoli complessi, ma la sostanza è la medesima di 50 anni fa: creare un sosia di bit per diventare sofisticati oracoli, prevedere il futuro non con l’azzardo dell’approssimazione ma con la ragionevolezza di un paradigma scientifico. Questo è un digital twin, un gemello digitale. È pura liturgia da industria 4.0: immaginare il comportamento di una macchina prima che si guasti, sostituendo un pezzo anziché l’intero; regolare i flussi di una città o un qualunque sistema complesso sulla scia di un affastellamento di variabili; curare un corpo, e si capisce che è tantissimo, prima che una malattia vada fuori controllo. Studiare nell’intangibile il clone di una cosa, per intervenire nel concreto.

Una tendenza del decennio

Secondo la società di ricerca Gartner, i digital twins sono una delle grandi tendenze del decennio, molto più efficaci dell’impalpabile metaverso, che ci vuole scorrazzanti in praterie virtuali. E poi, diciamolo, gli avatar non ci somigliano per niente; invece, il digital twin è carta carbone, calco fedele dell’originale. E il suo nesso con la sostenibilità, enorme: una ricerca di Capgemini preconizza un’impennata dell’utilizzo del digital twin pari al 36% nei prossimi cinque anni. Intanto, il 60% delle organizzazioni dei principali settori che si affida a questa tecnologia non lo fa solo per migliorare le prestazioni operative, ma per centrare gli obiettivi green. Il 34% se ne avvale per comprendere e prevedere i suoi consumi energetici e le emissioni e, come accadde a quei formidabili nerd della Nasa, viene ripagata da tanta fiducia: il miglioramento medio delle metriche di sostenibilità è pari al 16%.

“È uno di quei rari casi di circolo virtuoso, in cui gli obiettivi di business collimano con quelli che salvaguardano l’ambiente”, commenta a Materia Rinnovabile Andrea Boccotti, partner di Ibm Consulting Italia. “Parlo di continuo con gli imprenditori. Oggi, visti i costi galoppanti, la loro priorità è risparmiare energia e ottimizzare le risorse. Con il digital twin si raggiungono entrambi i traguardi.”

Digital twins per l’efficienza

La stessa Ibm, nel tempo, ha trasformato in pratica tale assunto, sia in Italia sia all’estero: “Con Movyon, abbiamo elaborato per Autostrade per l’Italia una piattaforma per il monitoraggio e la gestione del ciclo di vita di ponti e gallerie. Abbiamo messo insieme moltitudini di dati, raccolti anche attraverso droni, sviluppando modelli in 3D di migliaia di opere”.

Intanto, nei Paesi Bassi, all’interno del porto di Rotterdam, il più ampio d’Europa, il digital twin è usato per simulare il livello delle maree anche nei canali circostanti: “È un buon metodo per decidere il traffico per la settimana successiva, quali navi potranno entrare e quando. In termini di ecosistema, è una disruption: si evita che imbarcazioni anche dalla stazza importante restino per ore in attesa, consumando inutilmente carburante”, racconta Laura Rizzi, Asset Optimization & Edge Practice Leader di Ibm Italia. Che prevede vari sviluppi per il fenomeno, sempre in chiave sostenibilità: “Dalla definizione delle rotte ottimali degli aerei, in base alle condizioni meteo o la congestione delle rotte, fino alla manutenzione dei singoli edifici. Possiamo immaginare che in futuro ogni palazzo avrà il suo digital twin. Servirà a prevenire che un ascensore o una caldaia si rompano, riparandoli in tempo. Il che significa meno spese per i condomini e meno rifiuti da smaltire”.

Una copia di bit può essere confezionata per le strade di una città, immaginando i flussi del traffico, suggerendo percorsi più efficienti agli automobilistici (o consigliandogli mezzi alternativi), oppure regolando minuzie, come l’alternanza dei semafori. “È quello che abbiamo fatto a Stoccolma. La famosa onda verde, che sembra banale, riduce gli intasamenti e abbatte l’inquinamento”, dice Boccotti. Poi sottolinea un elemento fondamentale, il pilastro del meccanismo: “Occorre alimentarlo con dati validi. Devono essere numerosi, puntuali, affidabili. Solo così il gemello digitale potrà anticipare l’evoluzione del suo equivalente reale”.

Un aiuto all’economia circolare e alla sostenibilità

Andando a curiosare tra gli esempi di pubblico e privato, si comprende come questo approccio, nonostante la sua dirompenza, sia ancora in fase di startup. “Il nostro white paper in collaborazione con Accenture ha evidenziato come la tecnologia del gemello virtuale sia una leva sottovalutata, in grado di guidare la trasformazione verso un’economia più circolare”, osserva Umberto Arcangeli, vicepresidente Southern Europe e amministratore delegato per l’Italia di Dassault Systèmes, tra i leader e i pionieri in questo campo. “Cinque casi d’uso hanno mostrato come i gemelli virtuali possono aiutare a sbloccare un valore economico aggiuntivo di 1,3 trilioni di dollari e ridurre le emissioni di CO2 di 7,5 gigatonnellate da oggi al 2023 nei settori delle costruzioni, trasporti e mobilità, beni di consumo confezionati, life science e hi-tech”.

A livello pratico, Dassault Systèmes ha sviluppato una piattaforma duttile per creare gemelli digitali che si prestano a vari usi, anche dai connotati futuristici: “L’industria li ha utilizzati per sperimentare il primo volo alimentato a energia solare o per progettare una scultura in grado di assorbire l’inquinamento e per la creazione di smart city”. Oppure, per lanciare campagne di sensibilizzazione ad hoc, come “Water for life”: mira ad “accelerare la misurazione e l’ottimizzazione dell’impronta idrica delle aziende, fornendo ai clienti soluzioni industriali integrate in grado di raccogliere e rendere disponibili dati sul consumo di acqua associati alla propria attività”.

Quello di una gestione avveduta delle risorse idriche è un tema ricorrente quando si ragiona di digital twins: per esempio, in Italia, l’Acquedotto pugliese, la società che gestisce il servizio omonimo nella regione, ha appena investito 3,4 milioni di euro (per una prima fase) per rendere il più fluida possibile l’erogazione dell’oro blu lungo il territorio. L’infrastruttura poggia su una replica astratta di sé stessa, che si abbevera dei dati sparsi nella rete per compiere le inferenze necessarie circa la tenuta e l’operatività del servizio. Dov’è la sostenibilità? Nel prevenire perdite e malfunzionamenti, muovendosi con tempestività se proprio avvengono. Dunque, si tendono a verificare meno sprechi e si limitano i disagi per i cittadini, che hanno probabilità inferiori di restare a secco.

Passando dal pubblico al privato, “la francese Veolia Water Technologies, attiva nella gestione di acqua, rifiuti e servizi energetici, ha implementato una nostra soluzione per connettere 260 team di ingegneri globali, facilitando la collaborazione e l’attuazione di pratiche sostenibili”, racconta Maurizio Galardo, chief technologist XR di Aveva, multinazionale specializzata nel software industriale. “Le soluzioni Aveva”, continua Galardo, “hanno permesso di individuare le aree da migliorare in Veolia, inclusa la riduzione delle perdite d’acqua in oltre 90 strutture da Parigi a Kuala Lumpur”. Sullo sfondo, gli ingranaggi del gemello digitale, che somma una prospettiva sincronica e diacronica: “Incorpora dati storici e in tempo reale sul comportamento e funzionamento degli asset che permettono di accelerare i processi decisionali e di accedere a un’ampia gamma di modelli di ingegneria strutturale, di simulazione e analisi utili a ridurre l’impronta delle emissioni”.

Qualcosa di analogo sta facendo la città di Zurigo, la cui pianificazione urbana passa da questa cerimonia di virtualità che pilota l’architettura metropolitana. Si prevede che la popolazione locale crescerà di quasi 300.000 abitanti da qui al 2040, l’obiettivo è accoglierli senza sottrarre troppo spazio al verde. Anzi, per l’80% bisognerà aumentare la densità di popolazione di aree già urbanizzate: le proiezioni del digital twin chiariranno come fare, senza cementificare il passaggio.

“La possibilità di portare dal fisico al full digital interi flussi di lavoro e di abilitare processi decisionali sui digital twin di prodotto conduce a concreti vantaggi di efficienza non solo in termini di costi, ma anche di carbon footprint”, ragiona invece Daria Tirone di Protocube Reply, azienda specializzata in soluzioni digitali per le imprese. Un esempio pratico di questa traiettoria su scala commerciale? “Martinelli Ginetto, gruppo leader nell’editoria tessile che comprende anche il brand di tessuti d’arredo di altissima gamma Kohro. Per questo marchio, abbiamo messo a punto un configuratore B2B, simile a quello delle auto, che grazie all’utilizzo di un digital twin virtualizza le attività di definizione dei tessuti su progetti altamente personalizzati, evitando l’invio di corposi set di campioni a ogni rivenditore su scala mondiale, con un consistente risparmio dei costi di produzione e logistica”.
È un altro dei meriti che vanno riconosciuti al gemello digitale: non soppianta il reale, ma almeno ne elimina la quota superflua.

Immagine: (Unsplash)

Scarica e leggi il numero 42 di Materia Rinnovabile sui Servizi per l’economia circolare.