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L’eredità di Enrico Fermi. Le sfide del futuro

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Il CREF promuove linee di ricerca originali e di grande impatto, improntate ai metodi della fisica, ma con un forte carattere interdisciplinare e in relazione con i principali problemi della moderna società della conoscenza.

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CREF nasce con la duplice anima di Centro di Ricerca e di Museo Storico, con l’intento di conservare e diffondere la memoria di Enrico Fermi, oltre che favorire un’ampia diffusione e comunicazione della cultura scientifica.

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città sostenibile

la ricerca

Innovazione e scenari predittivi per la sostenibilità

Responsabile della linea di ricerca
Vittorio Loreto
Introduzione

Il nostro ambiente e le nostre società stanno subendo trasformazioni strutturali significative, soprattutto a causa dei cambiamenti climatici, della globalizzazione e della digitalizzazione. Questa rapida serie di trasformazioni sta minacciando la nostra sicurezza e quella del nostro pianeta. La recente pandemia ha esacerbato le sfide esistenti e ha reso evidente l’urgenza di un ripensamento radicale dei nostri stili di vita: dall’organizzazione delle nostre società e città al rapporto tra aree urbane e rurali, dai nostri sistemi di produzione allo sfondamento dei limiti ecologici. La crisi attuale ha fatto ancora di più: ci ha catapultati improvvisamente in una realtà alternativa in cui abbiamo potuto sperimentare nuovi equilibri e nuove soluzioni per organizzare la nostra vita: dal lavoro alla scuola al tempo libero. Anche se il percorso verso la sicurezza planetaria non è ancora visibile, è chiaro che la crisi attuale cambierà in modo permanente le nostre abitudini e le nostre vite al livello più profondo. In questo contesto è di assoluta importanza colmare il profondo divario tra scienza da un lato e decisori e parti sociali ed economiche, per trovare e identificare nuove soluzioni tempestive e convincenti che integrino tecnologie e pensiero creativo.

Finalità e obiettivi

L’iniziativa congiunta CREFSony (d’ora in poi JICS è unica nel suo genere, in quanto unisce un’istituzione pubblica e un laboratorio di ricerca inserito in un ambiente aziendale. L’accordo mira a gettare le basi di una nuova entità di ricerca che combinerà, in uno spazio concettuale unico, le scienze, le arti, l’impegno pubblico e le imprese, per guidare l’innovazione e raggiungere gli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile SDGs). In particolare, CREF e Sony CSL hanno concordato di lavorare sui seguenti tre progetti congiunti:

Città sostenibili Gli inevitabili cambiamenti che le nostre città stanno subendo richiedono un pensiero intelligente e strategico per raggiungere gli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile SDGs. Per affrontare queste sfide, questo progetto mira a sviluppare e implementare una serie di tecnologie cosiddette “what-if” con diversi scopi specifici: (i) valutare la situazione degli ambienti urbani in materia di qualità dei trasporti pubblici, inclusività, attività economiche; (ii) concepire e testare scenari per gli ambienti urbani e le loro sfide socio-economiche; (iii) creare metriche e visualizzazioni, strumenti di modellazione e assistenti di intelligenza artificiale che potrebbero essere adottati da agenzie istituzionali e responsabili politici in tutto il mondo per pianificare interventi locali e rimodellare il tessuto urbano.

Disinformazione e dialogo sociale (Infosfera) In quest’area, il JICS mira a migliorare lo stato di salute delle dinamiche informative nelle società democratiche lungo i seguenti assi: (i) fornire una conoscenza più approfondita delle dinamiche di domanda e offerta di informazioni nell’ecosistema delle notizie per minimizzare la disinformazione e ridurre i fenomeni di polarizzazione; (ii) sviluppare nuovi sistemi di raccomandazione, nuovi meccanismi di reputazione per ricostruire la fiducia nel sistema informativo; (iii) creare politiche innovative, basate su dati scientifici, per i governi, le autorità e gli stakeholder dell’ecosistema delle notizie.

AI e Machine Learning per l’innovazione (Creatività aumentata) Il JICS si propone di studiare le interazioni tra l’intelligenza umana HI e l’intelligenza artificiale AI per favorire l’emergere di quella che potremmo definire “Creatività Aumentata”, ovvero la creatività umana supportata da nuovi strumenti di AI. La sintesi tra HI e AI, realizzata dalla Creatività Aumentata, apre nuovi scenari per lo sviluppo di nuove idee e tecnologie per il miglioramento dell’umanità e la ricerca di soluzioni sostenibili alle attuali sfide sociali. L’effetto collaterale di questo processo, ancora agli inizi, sarà anche un ripensamento globale di ciò che oggi chiamiamo Intelligenza Artificiale, con l’obiettivo finale di favorire la nascita di una nuova generazione di agenti artificialmente intelligenti in grado di supportare le imprese cognitive umane.

CONTENUTI E METODI

Città sostenibili

Città dei 15 minuti 

L’idea di una città di prossimità è interessante dal punto di vista della transizione verde. Meno pendolarismo implica meno emissioni e una migliore qualità della vita. In questo contesto, l’iniziativa JICS mira a fornire strumenti per valutare lo stato delle nostre città e concepire e convalidare nuovi scenari di sviluppo. JICS ha già migliorato e sviluppato ulteriormente la piattaforma delle città in 15 minuti 

(http://whatif.cslparis.com/15mincity/), originariamente concepita e promossa dal CSL di Parigi. La piattaforma, disponibile gratuitamente online, viene costantemente aggiornata con nuove città e funzionalità.  

Didascalia: Rappresentazione in 15 minuti della città di Roma. Nelle aree blu, i servizi sono accessibili in media in meno di 15 minuti, mentre le aree rosse non soddisfano il criterio dei 15 minuti. 

Fitness ed economia urbana.

 JICS mira a valutare l’accessibilità e la mobilità delle diverse aree di una città utilizzando il framework Fitness and Complexity. Questo quadro, sviluppato per valutare la competitività Fitness) e la complessità dei prodotti esportati dai Paesi, viene adattato per analizzare il paesaggio fitness di varie città, dividendole in settori e collegando ogni settore con tutti i diversi tipi di punti di interesse POI situati al suo interno. L’obiettivo principale è quello di confrontare i risultati della tecnica Fitness and Complexity con altri indicatori urbani, come l’accessibilità, i flussi di mobilità e i prezzi delle abitazioni, per avere uno strumento più completo per quantificare la disuguaglianza e la segregazione nelle città. Un’ulteriore attività mira a indagare come il contenuto tecnologico dei brevetti caratterizzi lo sviluppo delle aree metropolitane e come l’innovazione sia correlata al PIL pro capite.

Un progetto Smart-city
CREF e Sony CSL hanno lanciato, in collaborazione con Sony Semiconductor Solutions SSS, un progetto in corso che sfrutta le tecnologie all’avanguardia nella computer vision applicate in un contesto urbano. Il POC lanciato adotta il nuovo sensore intelligente Sony IMX500. Le principali attività pianificate finora, in collaborazione con soggetti pubblici Comune di Roma, Azienda municipalizzata per i servizi di trasporto pubblico, ecc.) e privati Envision, Artificially, ecc.), sono: (i) Previsione del carico di passeggeri sul trasporto pubblico per favorire viaggi più sostenibili, efficienti e sicuri; (ii) Valutazione della sicurezza degli incroci in base a diversi fattori (numero di veicoli, loro velocità, promiscuità tra soggetti deboli (pedoni, ciclisti, ecc.) e mezzi pesanti) con ovvie implicazioni in termini di sicurezza e prevenzione.

Misinformazione e dialogo sociale (Infosfera)

Dinamiche dell’ecosistema dell’informazione
Recenti evidenze (vedi Gravino et al., Nat Hum Behav 6, 10691078 2022 https://doi.org/10.1038/s41562022013533 mostrano che la disinformazione tende a prosperare quando l’offerta non corrisponde alla domanda di informazioni. Il JICS si propone di esplorare ulteriormente questa fenomenologia, in primo luogo per migliorare la comprensione delle dinamiche del sistema informativo e in secondo luogo per trovare antidoti alla diffusione della disinformazione e alla crescente tossicità del dialogo sociale.

Disaccordo e polarizzazione strutturale
La crescente polarizzazione minaccia in modo significativo la coesione sociale e il dialogo. Spesso viene messa in relazione con le cosiddette “fake news”, anche se recenti scoperte evidenziano che la polarizzazione è generata da ogni tipo di notizia, falsa o meno. Il JICS si propone di indagare la complessità dei fenomeni di polarizzazione e il loro emergere collettivo dai comportamenti individuali. Gli obiettivi principali sono: (i) sviluppare una teoria della polarizzazione che possa indicare se una popolazione è a rischio di conflitto; (ii) sviluppare nuovi strumenti per raggiungere difficili compromessi: promuovere la diversità delle opinioni diminuendo la violenza online, suggerire contenuti pertinenti e personalizzati evitando la creazione di camere dell’eco, migliorare l’affidabilità dei contenuti online senza censurare la libertà di parola.

Sistemi di raccomandazione e dinamiche di opinione
Il ruolo dei sistemi di raccomandazione è ancora controverso all’interno della comunità scientifica. JICS si propone di definire e testare in una sola volta i tre ingredienti necessari per valutare e superare l’effetto “echo chamber”: nuove metriche per la diversità, nuovi modelli per i comportamenti degli utenti (comprese le dinamiche di opinione a lungo termine) e nuovi algoritmi di raccomandazione. In figura un’immagine di un recente esperimento sul ruolo dei sistemi di raccomandazione sulla nascita della polarizzazione).

AI e Machine Learning per l’innovazione (Creatività Aumentata)

AI non stazionaria
L’apprendimento automatico moderno si basa sull’ipotesi di stazionarietà, ossia che i parametri delle distribuzioni associate ai dati di addestramento rimangano invariati nel tempo. Sebbene sia evidente che la stazionarietà si verifica raramente nella vita reale, ciò è particolarmente vero per i processi creativi, per i quali le novità rappresentano un ingrediente cruciale che può portare a radicali cambiamenti di paradigma nel sistema di riferimento. Anche i sistemi di IA più recenti e di maggior successo, come ChatGPT, non prevedono la gestione delle dinamiche di innovazione. JICS svilupperà ulteriormente un nuovo metodo, chiamato Dreaming Learning, originariamente sviluppato da Sony-CSL, per incorporare efficacemente le novità spazio-temporali nei sistemi di IA. Il JICS intende approfondire ed espandere questa tecnica attraverso una più profonda comprensione teorica dei sistemi di IA non in equilibrio e applicare questa metodologia a problemi del mondo reale.

Complessità urbana e arti performative
Una lunga letteratura sulle città “invisibili” si riferisce ad aspetti delle città che sfuggono a un’analisi quantitativa superficiale. Tuttavia, c’è un crescente consenso sul fatto che un quadro più completo delle città sarebbe fondamentale per affrontare le sfide attuali e migliorare la qualità della vita. Con questo spirito, potremmo chiederci se le arti, in particolare quelle performative, possano aiutarci a catturare tutte le diverse impronte digitali e a rivelare il carattere invisibile delle città. Immaginiamo una prolifica fusione tra le rappresentazioni della città basate sui dati e il flusso creativo degli artisti per trasformare quei dati in espressioni tangibili e significative. In questo quadro, città diverse potrebbero, ad esempio, “suonare” o “danzare” in modo diverso a seconda delle loro specifiche impronte digitali. La differenza dei fattori dinamici che descrivono le aree urbane fornirà spunti creativi agli artisti col fine di stimolare la consapevolezza, rafforzare la responsabilità individuale e suggerire nuove azioni curative.

ACCADEMIA

Sapienza Univ. of Rome, Physics Dept. (Città sostenibili e Infosfera]

University of Roma 2 “Tor Vergata” (Città sostenibili e Infosfera]

University of Rome 3, Physics and Architecture (Città sostenibili]

 University of Venice Ca’ Foscari (Città sostenibili]

IMT Lucca (Città sostenibili e Infosfera]

 LUISS Business school and research centres (Creatività aumentata]

Complexity Science Hub Vienna CSHV (Sustainable Cities and Infosphere]

 King’s College London (Città sostenibili e Creatività aumentata]

 Univ. of Melbourne (Città sostenibili]

ISTITUZIONI

Camera di Commercio di Roma (https://www.rm.camcom.it/) Città sostenibili]

Città Metropolitana di Roma Capitale (Città sostenibili]

AGCOM (Infosfera]

 

SETTORE PRIVATO

Sony CSL Paris, Sony CSL Tokyo, Sony CSL Kyoto

Sony Semiconductor Solutions SSS, the small team of applied AI put together by SSS
at CREF, though originally not foreseen by the Joint Initiative, is serving the purpose of completing the pipeline from pure research to applications in the area of Sustainable Cities”. (Città sostenibili]

 VOLOCOM( Infosfera]

 ILAB (Creatività aumentata + Città sostenibili]

 

ALTRI SETTORI

Aterballetto (https://www.aterballetto.it/) (Creatività aumentata]
MAXXI, Museum of the XXI century (Creatività aumentata] 

Fernando Cobelo Artist) (Creatività aumentata]

Direttori dei Progetti

 CREF Luciano Pietronero
Sony CSL Vittorio Loreto

Project managers

CREF Andrea Gabrielli, Fabio Saracco, Andrea Tacchella
Sony CSL Matteo Bruno, Alessandro Londei, Pietro Gravino

Ricercatori CREF

Angelica Sbardella 

Ricercatori SONY

Emanuele Brugnoli, Ruggiero Lo Sardo, Hygor Piaget Melo (Sony CSL Roma), Giulio Prevedello (CSL Paris), Martina Galletti (CSL Paris and Sapienza), Remi Van Trijp (CSL Paris) 

Dottorandi

Lorenzo Biferale GSSI, Giordano De Marzo (Sapienza), Francesco Marzolla (Sapienza), Giovanni Palermo (Sapienza), Lavinia Rossi-Mori (Roma Tor Vergata), Matteo Straccamore (Sapienza)

Ricercatori esterni

Sapienza: Bruno Campanelli
IMT Lucca: Tiziano Squartini
Univ. Roma Tor Vergata Giulio Cimini

  1. Straccamore, M. Bruno, B. Monechi and V. Loreto, Urban Economic Fitness and Complexity from Patent Data, Scientific Reports, 13: 3655 (2023) https://www.nature.com/articles/s41598-023-30649-1
    D. R. Lo Sardo, P. Gravino, C. Cuskley, V. Loreto, Exploitation and exploration in text evolution. Quantifying planning and translation flows during writing, PLoS ONE, 18(3):e0283628 (2023) https://doi.org/10.1371/journal.pone.0283628
    Daniotti, S., Monechi, B. & Ubaldi, E. A maximum entropy approach for the modelling of car-sharing parking dynamics. Nature Scientific Reports 13, 2993 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-30134-9
    Emanuele Brugnoli, Martina Galletti, Ruggiero Lo Sardo, Giulio Prevedello, Milena Di Canio & Pietro Gravino, “Decoding political social media posts”, Nature Italy 17 February 2023. [https://www.nature.com/articles/d43978023000267 “Decoding political social media posts.pdf”, italian version: https://www.nature.com/articles/d43978023000276 “Decodificare la comunicazione politica sui social media.pdf”]
      P. Gravino, G. Prevedello, M. Galletti & V. Loreto, The supply and demand of news during COVID-19 and assessment of questionable sources production, Nat. Hum. Behav, 6,1069–1078 (2022). https://www.nature.com/articles/s41562-022-01353-3
     W. Schueller, J. Wachs, V.D.P. Servedio, Stefan Thurner & V. Loreto, Evolving collaboration,
    dependencies, and use in the Rust Open Source Software ecosystem, Scientific Data, 9:703 (2022).
    https://doi.org/10.1038/s41597-022-01819-z
     N. Reisz , V.D.P. Servedio, V. Loreto, W. Schueller, M.R. Ferreira and S. Thurner, Loss of sustainability in scientific work, New Journal of Physics, 24: 053041 (2022). https://doi.org/10.1088/1367-2630/ac6ca1
    B. Monechi, E. Ubaldi, P. Gravino, I. Chabay & V. Loreto, Finding successful strategies
    in a complex urban sustainability game, Scientific Reports, 11:15765 (2021). https://doi.org/10.1038/s41598-021-95199-w
  2. Ubaldi, R. Burioni, V. Loreto & F. Tria, Emergence and evolution of social networks through exploration of the Adjacent Possible space, Communication Physics, 4:28 (2021). https://doi.org/10.1038/s42005-021-00527-1
    E. Ubaldi, B. Monechi, C. Chiappetta and V. Loreto, Heterogeneity and segregation of mobility patterns, in Handbook on Entropy, Complexity and Spatial Dynamics, Edited by Aura Reggiani, Laurie
    A. Schintler, Daniel Czamanski, and Roberto Patuelli (2021). https://doi.org/10.4337/9781839100598

G. Di Bona, E. Ubaldi, I. Iacopini, B. Monechi, V. Latora, V. Loreto, Socially-enhanced discovery processes, under review in Nature Communications (2023).
E. Brugnoli, R. Simone, M. Delmastro, Combining NLP techniques and statistical modeling to analyze gender gaps in the mediated personalization of politics, Under review to Social Science Computer Review (2022).
 E. Brugnoli, M. Delmastro, Dynamics of (mis)information flow and engaging power of narratives, under review to PLoS ONE (2022), https://arxiv.org/abs/2207.12264
A. Galeazzi, A. Peruzzi, E. Brugnoli, M. Delmastro, F. Zollo,Unveiling the Hidden Agenda: Biases in News Reporting and Consumption, under review to PNAS (2022), https://arxiv.org/abs/2301.05961

EUSTARTS Repairing the present (luglio 2021-dicembre 2022, 2 artisti in residenza in collaborazione con il museo MAXXI Creatività Aumentata] EUSTARTS AIR (febbraio 2023, ottobre 2024, 2 artisti in residenza Creatività Aumentata]
EUVALAWAI, Value-Aware AI (ottobre 2022-settembre 2026, 1 post-doc per 2 anni che lavorerà nella linea di ricerca Infosfera Infosfera]
FRSCIENTIA (luglio 2022-giugno 2025, progetto finanziato dall’ANR francese sull’impatto dell’IA in tutte le altre discipline. 1 post-doc per 2 anni nell’ambito del JICS Creatività Aumentata]