Intelligenza Artificiale e Big Data contribuiranno sempre di più alla salute dei ponti. Nel prossimo futuro, queste tecnologie in forte sviluppo saranno fondamentali per aumentare la sicurezza delle infrastrutture. È un fatto che l’ispezione di ponti e viadotti risulti spesso difficoltosa, complessa e dispendiosa. Inoltre, le infrastrutture civili reagiscono spesso con risposte non lineari agli stress esterni. Eventi di una certa intensità, ad esempio, possono danneggiare un’opera in maniera sproporzionata rispetto a eventi di gravità appena inferiore.

Per cogliere in tempo il pericolo, occorre dunque intercettare fin da subito i cosiddetti segnali deboli (weak signals), ossia quegli indicatori di sofferenza inizialmente non riconoscibili, ma che hanno una tendenza a crescere a dismisura mettendo a rischio l’integrità di una struttura. Qui interviene l’Intelligenza Artificiale, che ha il compito di interpretare i dati raccolti per evidenziare quegli elementi critici difficilmente individuabili altrimenti.

Big Data e Intelligenza Artificiale per prevenire guasti e crolli

Per raggiungere i massimi livelli di sicurezza, i sistemi di monitoraggio sono chiamati a evolversi. La parola d’ordine è “controllo attivo”: alla tradizionale manutenzione correttiva deve preferirsi la più affidabile manutenzione predittiva. Tutto ciò oggi è possibile grazie all’ampia disponibilità di tecnologie per la raccolta, l’archiviazione e l’analisi di dati, che sfruttano i progressi del data mining e del machine learning.

Per quanto riguarda la raccolta dati, l’adozione di sensori IoT installati sui ponti (ad esempio, sensori accelerometrici acustici e ambientali, inclinometri, estensimetri ecc.) è affiancata dall’utilizzo di droni e tecnologie satellitari, che permettono un monitoraggio all’avanguardia. Sui dati raccolti interviene poi l’Intelligenza Artificiale, il cui funzionamento si fonda sul principio  di “apprendimento”. Un sistema di IA addestrato è cioè in grado di apprendere le relazioni emergenti dei dati monitorati, rendendo manifesto ciò che invece è in molti casi occulto, ossia il comportamento strutturale di un ponte.

L’implementazione di sistemi di machine learning consente così di automatizzare i processi di Structural Health Monitoring (SHM), con un doppio vantaggio: ridurre la dipendenza dal fattore umano e migliorare le capacità predittive, grazie all’interpretazione automatizzata di una base dati potenzialmente infinita.

Structural Health Monitoring basato sull’Intelligenza Artificiale

Il primo obiettivo di un sistema SHM basato sull’Intelligenza Artificiale è la scoperta e la localizzazione dei segnali di sofferenza del ponte e dei suoi comportamenti anomali. Ciò richiede una perfetta conoscenza della struttura, che è soddisfatta dalle indagini dirette sui materiali, dall’analisi del progetto e dall’elaborazione dei dati provenienti dai sistemi di monitoraggio attivo. Il passo successivo è la classificazione del danno con la valutazione della sua estensione. Occorre dunque che il sistema di Intelligenza Artificiale sia capace di valutare il peso e le conseguenze delle eventuali anomalie rilevate. Per far questo, il sistema deve “conoscere” tutti i possibili meccanismi di collasso.

È evidente che per addestrare sistemi di Intelligenza Artificiale per la diagnosi e la prognosi strutturale di un ponte occorre “farli studiare” su informazioni esistenti. Dal momento che, per fortuna, ponti e viadotti non crollano tutti i giorni, e quindi non si dispone di dati reali esaustivi, l’addestramento dell’algoritmo di machine learning avviene attraverso modelli virtuali. Una volta addestrato, il sistema di IA è in grado di valutare l’importanza dell’anomalia rilevata e quindi di stimarne il rischio, in termini di conseguenze. L’output del sistema può essere un calcolo della vita residua della struttura, un segnale di allarme, l’indicazione di possibili limiti di transitabilità del ponte, oppure la segnalazione della necessità di manutenzione o riparazione.

 Ponti più sicuri grazie all’Intelligenza Artificiale

L’inserimento degli algoritmi di Intelligenza Artificiale nei processi di controllo dei ponti potrà rappresentare uno strumento efficace per migliorarne la gestione e la manutenzione. In Italia, con oltre 11.000 ponti e viadotti su tutto il territorio, il monitoraggio latita o è carente. Investimenti decisi nelle nuove tecnologie garantirebbero, a lungo termine, non solo una maggiore sicurezza per i cittadini, ma anche una riduzione dei costi manutentivi.

I segnali sono incoraggianti. Nell’ultimo decennio, grazie alla nuova potenza computazionale, alla grande disponibilità di dati e ai costi accessibili della sensoristica, l’interesse per il “monitoraggio intelligente” di ponti e infrastrutture si è ampliato. Aziende e università hanno investito molte risorse in questa direzione.

In una visione ideale dell’immediato futuro, ogni infrastruttura del paese, ponti compresi, sarà dotata di sensori IoT adatti alla manutenzione predittiva. L’utilizzo dell’Intelligenza Artificiale analizzerà poi i parametri rilevati in modo automatico e continuativo sulle strutture, per elaborare previsioni sui comportamenti dell’opera e indicazioni sugli interventi da effettuare. Sempre di più, l’Intelligenza Artificiale sarà un nostro alleato per vivere e muoverci in sicurezza.