<<Mamma, ma perché, quando esco da casa ho freddo e tremo mentre quando entro a scuola ho caldo e sudo? >>
Una domanda apparentemente banale che nasconde il risultato di 4 miliardi di anni di evoluzione biologica che ha portato alla comparsa sul nostro pianeta di organismi omeotermi che proprio per la capacità di mantenere pressoché costante la temperatura corporea hanno avuto chances evolutive maggiori rispetto ad altri, diventando così ubiquitari.
Gli organismi omeotermi hanno popolato tutto il pianeta, dalle calotte polari alle zone equatoriali, in terra mare e cielo.
Homo Sapiens sapiens comparso sul Pianeta circa 250.000 anni fa, era già un organismo appartenente ai mammiferi primati e omeotermo. Ciò significa che il sistema biologico di termoregolazione, indotto dalle forze forgianti evolutive, ha impiegato 3 miliardi 900 milioni e 750 mila anni per perfezionarsi.
Di questi sistemi ne esistono centinaia di migliaia alcuni più evidenti altri incapsulati nella fisiologia citoplasmatica cellulare, tutti sistemi assolutamente complessi le cui dinamiche di dettaglio sono ancora sconosciute ai ricercatori che le studiano.
A partire dalla prima forma vivente comparsa sul Pianeta, solo nella prima metà del 1700 grazie a scienziati come Joseph Black, il nostro Lazzaro Spallanzani, considerato il padre scientifico della fecondazione artificiale e il francese Claude Bernard, si diede ragione biochimica alla termoregolazione.
Facendo un rapido conto, Homo Sapiens sapiens impiegò 248.000 anni a partire dalla sua comparsa, per arrivare a un livello intellettuale all’altezza di codeste speculazioni scientifiche.
L’Uomo, quindi, attraverso il “dono” della ragione e/o grazie a determinate caratteristiche, quali il pollice opponibile, ma soprattutto lo sviluppo del linguaggio, riuscì in un tempo relativamente breve rispetto a quello dell’evoluzione biologica a creare un’evoluzione scientifico culturale parallela.
I risultati sono stupefacenti.
Ma soprattutto, è stupefacente la velocità con la quale l’evoluzione scientifica abbia creato sistemi ingegneristici ispirandosi ai sistemi biologici, aumentandone fortemente le performance.
Ingegneria, biologia, medicina, fisica chimica sono le scienze che stanno alla base del progresso dei sistemi generati dall’Uomo.
Spesso nel 1800 e nel secolo scorso l’orientamento alla “performance” ha portato alla produzione di sistemi con elevatissimi impatti e non solo ambientali, insomma ha portato a sistemi non sostenibili.
Quello che ci dovrebbe incuriosire è come poter avvicinare la qualità di un sistema ingegneristico progettato attualmente dall’Uomo in un tempo ridotto con quella di un sistema biologico che è frutto di un’evoluzione di 4 miliardi di anni.
Analizziamo più da vicino il sistema di termoregolazione tipico di organismi omeotermi.
Appare evidente a chi ha studiato un po’ di biochimica che la complessità è estrema al punto che è difficile schematizzarla per descriverla.
Usando termini tipici della letteratura dell’ingegneria dei sistemi, posto come SOI (System of Interest) il sistema di termoregolazione, risulta evidente la presenza di interazioni con altri vari sistemi, i quali se a loro volta focalizzati come SOI evidenziano il fatto che ci troviamo di fronte ad un vero e proprio SOS (Systems of Systems)
Un sistema importantissimo correlato a quello di termoregolazione è il sistema di contrazione muscolare attraverso il quale con il tremore muscolare (Brivido) l’organismo aumenta di temperatura bruciando energia presa da ATP, diversamente per abbassare la temperatura intervengono i sistemi di vasodilatazione e di sudorazione.
Nel SOI Sistema di contrazione muscolare competono proteine come Actina e Miosina che degradando ATP (Adenosin Trifosfato) in ADP (Adenosin Difosfato) e rilasciando fosfato inorganico traggono energia per la contrazione muscolare data proprio dell’interazione tra le teste miosiniche e i filamenti actinici.
La descrizione del tutto superficiale e per certi aspetti attaccabile da qualsiasi fisiologo è stata così riportata a scopo provocatorio.
Ho stimato che per descriverne il dettaglio della contrazione muscolare esistono testi specialistici di circa 300 pagine, ma la cosa sbalorditiva è che il livello di complessità della descrizione non trova limite se non quello di porre un limite alla ricerca.
Il sistema di termoregolazione può essere, senza tema di smentita, considerato un sistema biologico di successo che ha permesso a chi lo possiede di colonizzare il pianeta Terra proteggendo gli organismi stessi dalle variazioni climatiche ambientali.
Sarebbe utopistico generare un gemello digitale funzionale di tale sistema?
Sarebbe già meraviglioso poterne riprodurre digitalmente una micro-porzione per poi poterne simulare il comportamento, ad esempio, sottoponendo il sistema a parametri di temperatura estremi.
E se avessimo proprio questa tecnologia?
Si, una tecnologia che ci consentisse la generazione di un gemello digitale funzionale, attenzione non confondiamo i modelli digitali 3D che sicuramente possono essere utili ma che costituiscono solo una vista parziale di un sistema.
Se avessimo questa tecnologia la potremmo utilizzare per generare nuovi sistemi componendoli e collegandoli ad altri sistemi coinvolti o impattati dal funzionamento del SOI, potremmo valutare errori correggendoli, potremmo dimensionare i componenti funzionali arrivando alla fase di reale prototipazione abbattendo fortemente il rischio di costruire un prototipo fisico fallimentare.
Per poi addirittura, senza lasciar limiti alla fantasia, dopo aver costruito fisicamente il sistema controllarne le dinamiche in tempo reale attraverso sensoristica specifica.
Potremmo migliorare anche i sistemi già esistenti generati dall’Uomo andandoli a ridisegnare così come sono, proprio come nell’ esempio della contrazione muscolare con la differenza che in questo caso potremmo migliorarli e farli evolvere.
Sicuramente troveremmo i sistemi creati dall’Uomo molto più difettosi rispetto a quelli naturali.
Una tecnologia di questo genere ed un approccio sistemico corretto e riconosciuto dalla comunità internazionale di INCOSE come il Systems Thinking mitigherebbero sicuramente il divario tra la straordinaria precisione e complessità dei sistemi biologici frutto dell’omonima evoluzione e quella dei sistemi generati dall’Uomo in termini di sostenibilità ambientale, sociale, politica economica ed etica.
Quindi l’identificazione di metodologie di approccio multidisciplinare come il Systems Engineering soprattutto nella sua declinazione in MBSE e le tecnologie digitali attuali possono e devono essere utilizzate come mezzi nobili per la generazione di sistemi sempre più complessi e sostenibili sulla base di un doveroso studio dei sistemi naturali da parte di ingegneri, imprenditori e scienziati illuminati.
Spingendoci oltre la “fantasiosa” teoria, ci si sorprende quando dapprima si intuisce e poi si capisce che in realtà la tecnologia per passare alla pratica esiste.
Da qualche anno sto indagando e assieme a colleghi, clienti e amici su quali piattaforme poter basare qualche esperimento.
Funzionalmente il mercato ne offre varie, io sono un fermo sostenitore delle notazioni che consentano la riduzione delle ambiguità, ragionare per modelli è sicuramente più intuitivo e semplice se poi si utilizzano notazioni standard si raggiunge davvero il massimo del risultato.
UML a SysML (a breve uscirà la v 2.0) ci consentono di descrivere con modelli i comportamenti di sistemi più o meno complessi, ma, c’è un “ma” sfido chiunque ad ottenere una visione del sistema nella sua totalità attraverso un modello unico intelleggibile.
Credo proprio che questa condizione costituisca il fattore limitante per un’adozione massiva del MBSE.
Modelli giganti, spezzettati qua e la, se poi il traguardo si chiama SoS (Systems Of Systems) al posto del monitor servirebbe una struttura tipo planetario di un osservatorio astronomico su cui proiettare.
In realtà servirebbe proprio un universo, dove incollare tutti i modelli fatti con le varie tecnologie e tools, per poi farli gravitare seguendo le logiche che i Systems Engineers nel loro ruolo di orchestratori creano, modificano o distruggono fino a quando i loro sistemi esprimeranno successo ancor prima della loro ingegnerizzazione fisica.
I modelli logici disegnati con i tool di mercato al di fuori di questo universo potranno continuare ad essere protagonisti degli stage di concept, mentre quelli racchiusi nel “planetario” (universo) potranno essere visualizzati da anni luce di distanza per averne una visione globale oppure da distanze ravvicinate per poter agire su essi in maniera puntiforme.
Una sorta di gemello digitale di sistemi di sistemi che mappi sistemi di sistemi reali già ingegnerizzati oppure ancora da generare fisicamente.
E così il nostro Systems Engineer Space Rider sarà in grado di viaggiare nell’universo del sistema sino a quando le logiche saranno concretizzabili all’esterno del planetario o universo.
Quanto descritto non è utopia anche se parafrasando sembra fantascientifico.
Esistono tecnologie che hanno questa tipologia di approccio, tecnologie all’avanguardia in fase di sviluppo delle quali spero di potervene scrivere presto, anzi prima ancora di quanto possiate immaginare.
