Scienza delle reti per le Smart city

Sempre più persone si trasferiscono in città. Le Nazioni Unite stimano che entro il 2050, 7 miliardi di persone vivranno nelle aree urbane. Molti centri saranno "smart city", dove tecnologie avanzate, dati e infrastrutture intelligenti collaborano per migliorare la qualità della vita. Tuttavia, dietro la complessità degli ecosistemi urbani si cela una scienza cruciale: la scienza delle reti. Il campo interdisciplinare che studia l'interconnessione tra nodi e flussi, è indispensabile per comprendere, gestire e ottimizzare le città del futuro. 

Le reti interconnesse delle smart city 

Ogni smart city si basa su una rete di reti: infrastrutture di trasporto, energia, comunicazioni, gestione delle acque e social network digitali. Le reti sono interconnesse, formando un sistema complesso in cui il malfunzionamento di una può influenzare tutte le altre. Ad esempio, la rete elettrica alimenta i semafori (rete di trasporto), i server dei dati (rete di comunicazione) e i sensori delle condutture idriche (rete idrica). La scienza delle reti offre strumenti matematici e computazionali per modellare queste interdipendenze, individuare vulnerabilità e progettare città più resilienti. Attraverso analisi come lo studio del grado (che misura il numero di connessioni di un nodo) e lo studio delle reti multilivello, è possibile individuare punti critici che, se falliscono, possono causare effetti a cascata. 

Ricerca e soluzioni 

Un gruppo di ricerca formato da Guido Caldarelli, professore al Dipartimento di Scienze Molecolari e Nanosistemi di Ca’ Foscari, Jacopo Moi, dottorando a Ca’ Foscari, Leonardo Chiesi, Gherardo Chirici, Bianca Galmarini, Stefano Mancuso dell'università di Firenze e Manlio di Domenico dell'Università di Padova ha presentato un'analisi di questi problemi e delle possibili soluzioni in un articolo pubblicato su Nature Cities. 

Un esempio concreto 

Immaginiamo una smart city in cui la rete elettrica subisce un blackout improvviso a causa di un guasto in una sottostazione centrale. A prima vista, potrebbe sembrare un problema confinato all'elettricità. Ma in una smart city, le conseguenze si amplificano rapidamente: i semafori smettono di funzionare, causando ingorghi e aumentando il rischio di incidenti; i trasporti pubblici come metro e autobus, spesso alimentati elettricamente, si fermano, creando caos per i pendolari; i server delle app di navigazione in tempo reale vanno offline, rendendo impossibile pianificare percorsi alternativi; e le pompe idriche potrebbero smettere di funzionare, lasciando migliaia di case senza acqua. Anche ospedali e scuole potrebbero subire interruzioni delle attività critiche. 

Viste errori delle reti urbane 

Questi scenari evidenziano l'importanza di una visione sistemica delle reti urbane. I ricercatori di rete utilizzano modelli multilivello per simulare questi scenari, identificando punti deboli e suggerendo interventi mirati. Un'analisi potrebbe rivelare che investire in una sottostazione ridondante o in backup energetici distribuiti potrebbe ridurre significativamente i rischi. "Attraverso algoritmi avanzati, è possibile ottimizzare il flusso di traffico, prevedere i guasti delle infrastrutture e migliorare la distribuzione delle risorse. Inoltre, le simulazioni di rete permettono di progettare sistemi con 'ridondanza', ovvero capacità di adattarsi e funzionare anche in caso di guasti", spiega Guido Caldarelli.

Fonte: CNR