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New technologies: la Matematica per il futuro

Bruno Antonio Pansera

Dipartimento DiGiEs & Decisions_lab, Università “Mediterranea” di Reggio Calabria

Come pensare la Matematica come strumento per il futuro? La matematica che da sempre è ancorata a principi universali la cui origine si perde nei secoli scorsi adesso diviene pietra fondante per una società proiettata verso un futuro sempre più ricco di tecnologia e di innovazioni scientifiche. Tale affermazione può far saltare dalla sedia i puristi della Scienza per eccellenza, di quella disciplina che ha fatto del rigore il suo fascino, delle dimostrazioni la sua bellezza e della semplicità la sua disarmante visione del mondo. Da sempre la Matematica si è occupata di problematiche astratte, ma concrete per i suoi studiosi; ha sempre seguito un fil rouge, che dal tempo zero si propaga giornalmente fino all’infinito, fatto di sequenzialità, di pensiero, di modellizzazioni. Da sempre l’animo nobile della Matematica pura, quella teorica, ha accompagnato, in un silenzio operante, le vite di ognuno di noi. A molti questo non bastava, volevano applicare questi concetti, volevo rendere pratici principi eterni, fondamenta indissolubili della disciplina del pensiero astratto. Questo ha condotto la matematica nei settori dell’applicativo, che attraversando i secoli, la vede oggi regina assoluta della creazione di mondi virtuali.

In questi ultimi anni, infatti, si sono fatti strada alcuni termini anglosassoni come Machine Learning, Deep Learning, Artificial Intelligence ed infine, in ordine di apparizione, IoT, Internet of Things. Queste parole indicano una nuova necessità di considerare la società in cui viviamo, fatta di connessioni a banda larga, di social network, di uno scambio continuo di una quantità spropositata di dati. Tutto scorre veloce nella Società 4.0, tutto si evolve in maniera irreversibile, tutto si trasforma. È mutato il modo di fare ricerca, di fare scuola, di fare impresa. Tutto a favore del progresso scientifico, come si diceva in un tempo non troppo remoto. Come districarsi in questo “nuovo mondo”, dove cambiano i paradigmi più essenziali come la socializzazione, lo scambio delle informazioni, la solidarietà, ecc?

Anche l’Intelligenza Artificiale, intesa come pensiero embrionale, nasce nei secoli della fiorente “scuola di Atene”, quando i filosofi cercavano di descrivere come il pensiero umano fosse un continuo processo di utilizzo e manipolazione di simboli. Con un balzo di due millenni e più siamo giunti nell’era delle macchine “smart”, quelle che interagiscono con se stesse e con gli umani. L’avanzata di processi coinvolgenti l’IA è dirompente: dalle macchine ai telefonini basta un semplice “Ehi” per azionare una realtà virtuale tesa a facilitare le nostre più comuni attività quotidiane. I giganti in questo settore sono come possiamo immaginare i principali implementatori di piattaforme digitali come Google ed Amazon, ma si stanno facendo strada molte startup innovative che in periodo molto breve e con la potenza delle reti internet stanno raggiungendo ogni angolo del pianeta.

È interessante ricordare come, con l’avvento di internet, il mondo è cambiato. Si ricordi la famosa presentazione del primo smartphone ad opera del compianto Steve Jobs. Raccontava che in una mano avremmo avuto il mondo, che avremmo fatto operazioni bancarie e comprato biglietti aerei. Narrava di un futuro imminente a chi non aveva compreso di trovarsi già al suo interno. La titubanza di molti era la certezza di un gruppo di visionari che creavano a Cupertino la “fabbrica dei sogni”, dove ogni idea diventa start-up e ogni start-up un’app. Quell’invito ‘Stay hungry, stay foolish’ ha da poco compiuto 10 anni, eppure sembra che sia un imperativo che ha guidato da sempre intere generazioni. Il cambiamento è stato talmente epocale da dover introdurre una nuova terminologia per identificare gli individui nati dopo l’avvento di tali fatti: i nativi digitali. Da quel 12 giugno 2005, alla Stanford University, tutto sembra possibile, tutto appare realizzabile.

Un decisivo balzo in avanti di queste tecnologie si è avuto a seguito della pandemia da COVID-19, quando la necessità diventava virtù e la virtù si traduceva nell’apprendimento di tecniche di comunicazione innovative, nello studio di piattaforme digitali per erogare didattica, nella ricerca di quei sussidi informatici tesi a sostenere chi si trovava in difficoltà. Il mondo “scopriva” che erano presenti tutta una serie di innovazioni tecnologiche, che solo una ristretta parte di popolazione conosceva. Eppure, basti pensare alla Scuola, il Ministero dell’Istruzione attraverso l’introduzione del Piano Nazionale Scuola Digitale (PNSD) aveva gettato le basi per una didattica differente, che portasse le aule scolastiche direttamente negli smartphone degli studenti e liberasse i metodi di apprendimento dalla sequenzialità della lezione frontale. Se si andassero a studiare i dati ante pandemia, quanti erano i docenti formati utilizzatori di tali ambienti virtuali?

La provocazione della domanda serve ad introdurre il tema centrale di questo articolo, ovvero l’utilizzo di nuove tecnologie per le imprese del futuro. A tal riguardo, un primo e significativo punto di partenza sono i Big Data. La globalizzazione e le innovazioni tecnologiche permettono scambi di dati sempre più massicci che vanno a riempiere contenitori virtuali di elementi che saranno poi decodificati per trarne opportune informazioni. Le normali tecniche di investigazione non permettono uno studio metodico e sostanziale di questi dati e pertanto occorre attingere alle new technologies ed in particolare alla data science. Tale terminologia denota l’insieme delle tecniche di indagine, che vanno dalla statistica, ai metodi scientifici, all’intelligenza artificiale ed all’analisi dei dati, per estrarre valore dai dati. L’importanza dei big data risiede principalmente nel fatto che il dato descrive in maniera elementare un fatto, un oggetto, un evento o altro, attraverso simboli o combinazione di simboli. Non è interpretato ma esprime in forma originaria l’oggetto rappresentato dal dato stesso. Il dato diventa informazione quando ci permette di scegliere. L’informazione diventa conoscenza quando ci permette di capire. Si ha quindi necessità di utilizzare nuove vie per l’interpretazione dei dati. La via maestra ci viene fornita dall’intelligenza artificiale e da tutta quella successione di algoritmi tesi a estrarre le informazioni significative dalla miriade di dati presenti nei cloud sparsi per il pianeta. L’attuazione di tali tecniche rappresenta un’estensione della statistica inferenziale; infatti, una delle finalità principali del machine learning è quella di utilizzare i data base per proporre modelli predittivi. Tali modelli sono stati utilizzati con molto successo nello studio delle evoluzioni della pandemia da Covid-19. Quando il mondo si ferma, quando tutti i suoi abitanti si proteggono all’interno delle mura domestiche dall’avanzata del Covid-19, il mondo della ricerca studia nuovi paradigmi per interpretare questa nuova malattia. Si comprende fin da subito che non si tratterà di una semplice infezione, e fin dal principio appare chiaro come la stessa non si può studiare in modo “tradizionale”. Troppe le variabili in gioco, troppo differente il mondo e la società da quella che ha visto l’espandersi della cosiddetta “spagnola”. Tutto adesso si muove velocemente, ogni cosa muta con una tale rapidità da rappresentare un’evoluzione istantanea di stati pregressi. È il pedaggio da pagare per essere entrati nell’autostrada 4.0, una via senza uscite e senza possibilità di inversioni ad U. Gli studiosi, quindi, fanno rifermento all’elemento principe della società 4.0: l’informatica. Take scienza intesa nel più alto stato, quella dei computer super potenti, quella del deep learning, quella dell’IoT. L’idea di base si fonda su un “addestramento” che porta ad un utilizzo automatico delle informazioni al fine, partendo da dati noti, di prevedere l’andamento futuro dei dati.

Alle tematiche appena considerate si deve aggiungere la modellazione fuzzy, che con il suo chiaroscuro, con le sue sfumature, ci permette di studiare fenomeni della vita reale che non possono essere descritti altrimenti, avvenimenti che vanno studiati nel “continuum” e nel continuo vanno considerate tutte le loro possibili realizzazioni.

In tale ambito, l’Università “Mediterranea” di Reggio Calabria, ed in particolare il Decisions_lab, ha coordinato un network internazionale per studiare le possibili evoluzioni della pandemia da Covid-19. I modelli nati da questa collaborazione hanno visto l’utilizzo di tecniche di machine learning e di logica fuzzy per meglio modellizzare l’andamento reale del contagio1.

È importante ricordare un ulteriore studio, portato a termine da un gruppo di ricercatori italiani che nel 2019 pubblicarono un paper dal titolo “Towards a topological-geometrical theory of group equivariant non-expansive operators for data analysis and machine learning”, su una delle più importanti riviste al mondo Nature Machine Intelligence. Questo lavoro coniuga alla perfezione la Matematica con i Big Data attraverso la realizzazione di un modello matematico per esplorare i dati disponibili. Uno dei ricercatori del team italiano è stato il Prof. Patrizio Frosini che affermava nel 20192: “Abbiamo messo a punto una nuova teoria matematica grazie alla quale è possibile arrivare ad estrarre le informazioni più importanti a partire dal grande universo di quelle disponibili. Questi sistemi sono in grado di produrre sintesi significative di grandi basi di dati e si spera possano in futuro arrivare a riconoscere somiglianze tra due forme con la stessa abilità di un essere umano: una capacità che potrebbe essere applicata, ad esempio, per interpretare in modo corretto i sintomi di una malattia.”

Il contesto appena tracciato è quello della società 4.0, degli smartphone e dei simulatori di realtà aumentate. Lontani dalla teoria del “piccolo mondo” e dei “6 gradi di separazione” di Stanley Milgram [5] siamo diventati utenti di social media, dove la leggerezza del concetto di “amicizia” stride con il reale significato attribuitole delle generazioni passate. Il mondo reale interagisce con quello virtuale in uno scambio osmotico di informazioni, dove ad essere interrogate non sono solo le macchine ma anche gli utenti. È l’epoca dell’IoT.

I segnali di cambiamento della società erano presenti già in un rapporto di Forrester Research3 (2017 Predictions: Dynamics That Will Shape The Future In The Age Of The Customer, Ottobre 2016) sulle tecnologie emergenti dei prossimi cinque anni. Tale report evidenziava la possibilità di vivere in un futuro iperconnesso in cui a dialogare con la rete, oltre agli utenti, saranno sempre più oggetti e dispositivi. Il risultato di tale studio sanciva la nascita di una nuova rivoluzione industriale, che avrebbe visto nelle macchine il sorgere di una certa forma di “intelligenza”. Quella che apprende in modo automatico, quella che istruisce gli apparecchi a prendere decisioni.

Sono passati 23 anni dal giorno in cui il ricercatore britannico Kevin Ashton introdusse l’espressione Internet of things (IoT). Sono stati anni di cambiamenti epocali che hanno visto coinvolti individui, imprese. E proprio questo mutamento che viene visto dalle imprese come possibilità di aumentare la produttività e l’efficienza, migliorare il processo di prevenzione delle crisi, gestione e loro comunicazione in tempo reale, risolvere problemi e sviluppare nuove innovazioni.

Basti pensare alla miriade di informazioni che vengono estrapolate dai social network, e di come le aziende monitorano la produzione in base alle esigenze di un consumatore attento e smanioso di esprimere in ogni istante la propria opinione. Cambia l’idea di produzione, di supply chain, di reputazione. Una pratica definizione di IoT ci viene fornita da Stefano de Paola3, Chief Scientist Minded Security e Application Security Consulting, quando afferma che “ogni oggetto o dispositivo può essere dotato di sensori sempre connessi alla rete, interconnessi tra loro e connessi con l’uomo. In questa direzione si raccolgono e si scambiano dati in tempo reale, dialogano tra loro e comunicano con il mondo esterno e ci forniscono informazioni alle quali prima non avevano e non avevamo accesso. Tutti questi dispositivi raccolgono i cosiddetti big data e diventano “intelligenti” e il neologismo IoT indica proprio l’estensione di Internet al mondo degli oggetti e dei luoghi concreti.”

Questo è quanto fino ad oggi. Ovvero una piccola parte del mondo dei dispositivi “smart”. Cosa ci dovremmo aspettare dal futuro? Fantasticare appare talune volte riduttivo, visto a che punto è giunta oggi l’evoluzione tecnologica. Rimane una certezza, il faro illuminante della Matematica nella gestione dei processi futuri. La storia ci insegna che molte delle innovazioni del mondo moderno abbiano origine nelle teorie matematiche nate nei secoli scorsi. Basti pensare alla crittografia ed ai numeri primi o le reti neurali e la teoria dei grafi.

Con questo convincimento guardiamo al futuro, con gli occhi protesi verso lo spazio infinito ed i piedi ben piantati sulle fondamenta stabili ed indistruttibili della Matematica.

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