Studi avanzati

Così l’intelligenza artificiale
può governare in "diretta"
i consumi elettrici di una città

Intervista a Cesare Alippi, nuovo direttore scientifico dell’IDSIA (accanto a Marco Zaffalon e a Jürgen Schimdhuber). Il 26 settembre la sua lezione inaugurale durante la cerimonia per i 35 anni dell’Istituto Dalle Molle

di Simone Pengue

Oggigiorno, non c’è (quasi) nessuno in Svizzera che non abbia sentito parlare dell’intelligenza artificiale (in sigla, AI). Tra ChatGPT e veicoli a guida automatica, è inequivocabilmente parte dei discorsi quotidiani. Eppure non molti, tra i “laici”, sanno che a Lugano pulsa uno dei cuori della ricerca europea sull’intelligenza artificiale, all’Istituto Dalle Molle (IDSIA), e che da qui passano studi importanti anche sulla svolta “green” della tecnologia, grazie al laboratorio di Cesare Alippi, professore ordinario alla facoltà di scienze informatiche dell’USI, nonché prorettore all’internazionalizzazione e, dal maggio scorso, anche direttore scientifico dell’IDSIA. La sua nomina sarà celebrata con una lezione inaugurale il 26 settembre, in occasione dell’evento organizzato per festeggiare il 35° anniversario dell’Istituto.
Nato dalla lungimiranza dell’imprenditore italiano Angelo Dalle Molle quando ancora gli unici che parlavano di intelligenza artificiale erano registi e scrittori come Stanley Kubrick, Isaac Asimov e Dino Buzzati,  “affiancati” dalle celeberrime saghe fantascientifiche degli anni 70-80 come Star Wars e Battlestar Galactica, l’IDSIA ha, in verità, tre direttori scientifici: accanto a Cesare Alippi, lavorano Marco Zaffalon, direttore scientifico dal 2019 (e responsabile dell’Imprecise Probability Group), e Jürgen Schimdhuber, pioniere dell’AI e autore di importanti algoritmi per il riconoscimento vocale. Alippi arriva dall’USI, mentre Zaffalon e Schmidhuber provengono dall’area SUPSI. La scelta dell’attuale direttore Andrea Rizzoli, che ha preso il timone lasciato da Luca Gambardella, per vent’anni alla guida dell’IDSIA, permetterà di dare spazio nella direzione scientifica a entrambe le istituzioni, USI e SUPSI, che ospitano e gestiscono l’IDSIA nel Campus Est di Lugano. 

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Cesare Alippi ha raccolto molti successi accademici, anche a livello internazionale. La bussola che ha guidato le sue ricerche è il desiderio, atavico, di predire il futuro utilizzando numeri e processori. Durante la sua "lectio", il 26 settembre, affronterà questi temi, sottolineando che «storicamente l’uomo si è sempre interessato di togliere i veli al futuro». Proprio in quest’ottica, Alippi e il suo gruppo hanno recentemente sviluppato sistemi informatici per predire i consumi energetici della città di Arbon (Turgovia), 14’500 abitanti, assieme al colosso tecnologico Siemens. La stima della domanda energetica serve ai gestori per garantire che l’elettricità sia disponibile all’utenza acquistandola in anticipo dai produttori. Un errore in questa valutazione ha significative ricadute sul prezzo dell’energia e il distributore dovrà necessariamente rincarare il costo all’utente finale.
Originariamente si affrontava il problema dividendo il consumo totale dell’intera città per il numero di utenti, al fine di ottenere il consumo medio di un’abitazione. Ci si accorge in fretta, però, che la realtà è ben più arzigogolata di così. Ad esempio, in estate si consuma più elettricità per via dell’aria condizionata, oppure una famiglia numerosa ha consumi più alti di un single che esce frequentemente. Perciò, negli scorsi decenni le intricate formule matematiche dei modelli teorici sono state approssimativamente adattate a queste osservazioni. Moltiplicazioni e divisioni, però, faticano a tenere il passo con l’assottigliamento del margine d’errore concesso dal delicato mercato energetico contemporaneo. Per questo motivo la Siemens si è rivolta ad Alippi, per mettere in campo l’intelligenza artificiale. I contatori attuali, montati nelle abitazioni della città-pilota Arbon, sono dei cosiddetti “smart meter” e forniscono il conteggio dell’energia consumata minuto per minuto. Questi dati, raccolti in maniera anonima, vengono processati dall’intelligenza artificiale che elabora nuovi modelli volti a predire il consumo degli utenti sulla base dei dati storici.
L’innovazione fondamentale portata da Cesare Alippi e dal suo gruppo di ricerca, inoltre, è l’interconnessione tra i consumatori. «Se siamo in una rete sociale, uno degli elementi fondamentali è la rete stessa, quindi le persone si influenzano a vicenda, hanno dei vincoli e dei legami, come amicizie e interazioni professionali.», spiega il professor Alippi. Confrontando tra loro dati di utenti diversi, l’intelligenza artificiale riesce a raffinare il proprio sistema predittivo. Alippi spiega entusiasta che «se si sfruttano queste dipendenze che intercorrono tra i dati, si scopre che i modelli che poi possono predire il consumo il giorno successivo sono estremamente più accurati». Gli studi, eseguiti rispettando l’importante principio della privacy, sono volti esclusivamente a stimare i consumi collettivi e contribuiranno a migliorare l’efficienza delle città intelligenti (smart cities). 

I PANNELLI SOLARI - Dall’altro lato della filiera energetica, è altrettanto importante riuscire a calcolare in anticipo la produttività delle risorse, in particolare se queste sono dipendenti da agenti esterni come nel caso dei pannelli solari. Produrre meno energia di quella che si è venduta sul mercato vuol dire essere costretti ad acquistarla a propria volta, solitamente da fonti non rinnovabili. Produrne più del previsto, invece, porta a una mancata vendita e quindi a un danno economico. «In funzione delle proprie stime, un produttore può offrire sul mercato una quantità adeguata di energia rinnovabile - riassume Alippi. - Questo consente contestualmente di ridurre il consumo di energia fossile». Per questo motivo, la multinazionale con sede a Lugano DXT Commodities, attiva nel commercio d’energia, si è rivolta a Cesare Alippi per affrontare il problema con l’aiuto dell’intelligenza artificiale. Per farlo, anche in questo caso, si usa l’apprendimento automatico, chiamato spesso col suo termine inglese “machine learning”. La macchina confronta tra loro storici molti ampi di dati provenienti dalle stazioni meteo e dai pannelli solari, per capire quanta energia è stata prodotta in una giornata sulla base del periodo precedente. Una volta capita la relazione matematica tra queste variabili, il computer può applicare quanto appreso e predire le prestazioni dei pannelli solari giorno per giorno sulla base delle variabili meteorologiche ed elettroniche disponibili. «Tutte queste ricerche vanno nella direzione di migliorare la penetrazione sul mercato dell’azienda, ma dall’altro lato hanno un impatto importante nell’ottica della sostenibilità» - commenta il ricercatore.

LOTTA AGLI INSETTI PARASSITI - Di verde, però, non c’è solo l’energia, ma anche l’agricoltura. In collaborazione con Agroscope, un istituto confederale di ricerca agroalimentare, Cesare Alippi si è unito alla lotta contro la Popillia Japonica, un piccolo scarabeo proveniente dal Giappone che dal 2014 sta minacciando le culture di Ticino e Nord Italia, in primis la vigna. Le autorità e gli agricoltori hanno l’urgente bisogno di riuscire a capire la sua diffusione per mettere in atto delle strategie di contenimento. Il progetto, concluso con successo da pochi mesi, prevedeva di attirare lo scarabeo in piccole trappole disseminate in tutto il territorio attraverso ferormoni e luci. Le telecamere nascoste nel dispositivo trasmettono le immagini a un computer che, grazie ai software sviluppati dal team dell’IDSIA, riconosce in modo rapido e sicuro la forma di questo insetto. «Successivamente viene fatta una mappatura della presenza dell’animale e si possono alimentare dei modelli predittivi sulla sua diffusione in Svizzera, per poi attivare politiche di intervento mirato. Ma questo era il compito di Agroscope, noi ci siamo concentrati sull’analisi delle immagini» - racconta il neodirettore scientifico.

RICERCA DI BASE - Questi progetti di successo non esauriscono gli interessi scientifici di Cesare Alippi, che investe molte energie in progetti di ricerca di base, come d’altronde è inclinazione naturale del Dipartimento di informatica dell’USI. Altre due importanti linee di ricerca riguardano, infatti, l’utilizzo dell’intelligenza artificiale nei dispositivi fisici, come i macchinari, e i modelli teorici che governano il machine learning nel caso di un processo che cambia nel tempo.   
Gli algoritmi sviluppati da Cesare Alippi imparano le leggi di natura e tecnologia da numerosi esempi, senza che ci sia nemmeno dato sapere esattamente come. Il processo di apprendimento è sorprendentemente simile a quello di un bambino che osserva, impara e ripete. Se molti aspetti dell’intelligenza artificiale spaventano per la loro ineluttabile "potenza", bisogna però ricordarsi che sta a noi, la società, educarla a compiere il bene. Questi progetti destinati all’ecosostenibilità sono un’elegantissima testimonianza di come sia possibile farlo coniugando l’interesse economico con quello sociale.