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Programmazione e AI: il futuro dell’ingegneria civile
One of Asdea's architects demonstrates a software tool to a new intern. Programming is the future of engineering as engineers and architects must increasinly intereact with advanced software.

Perché la programmazione rappresenta sempre di più il futuro dell’ingegneria civile?

L’ingegneria civile plasma da secoli la nostra società attraverso l’ambiente costruito ed è da sempre determinante nello sviluppo e nel progresso sociale. La crescente innovazione tecnologica nell’ambito dell’ingegneria civile ha, pertanto, intensificato il dibattito sull’equilibrio fondamentale da raggiungere tra la necessità di avere una profonda conoscenza teorica di base e il parallelo bisogno di acquisire competenze tecniche e tecnologiche moderne e avanzate. Negli anni la didattica si è concentrata sull’insegnamento della teoria, promuovendo una profonda comprensione dei principi fondamentali che sono alla base dell’ingegneria civile. Tuttavia, nel panorama contemporaneo, l’industria apprezza sempre di più studenti che entrano nel mondo del lavoro con competenze pratiche e tecnologiche. Un aspetto chiave che spinge l’industria a cercare laureati con queste competenze è il crescente bisogno di integrare nelle pratiche di ingegneria civile la conoscenza di software e di attività di programmazione.

“La programmazione è il kit di strumenti digitali che consente agli ingegneri civili di ottimizzare i progetti, snellire i processi di costruzione e garantire la sicurezza e la sostenibilità delle infrastrutture. Nel mondo dell’ingegneria civile rappresenta il ponte tra ciò che immaginiamo e ciò che realizzeremo”.

Massimo Petracca

L’ingegneria civile si misura con le leggi della fisica ponendosi l’obiettivo di progettare e costruire strutture sicure ed efficienti. Gli ingegneri strutturali, pertanto, lavorano meticolosamente per garantire che edifici e infrastrutture rispondano ai principi fisici che ne regolano la stabilità.    I programmatori, in parallelo, operano nell’ambito del codice, aprendo nuove frontiere nel campo dell’innovazione e dell’efficienza ingegneristica. Proprio come la fisica detta il comportamento delle strutture reali, il codice può dettare il comportamento dei modelli digitali e delle simulazioni basate su leggi fisiche. La capacità di codificare e applicare la programmazione ai problemi strutturali consente a ingegneri e architetti di prevedere e ottimizzare le prestazioni delle strutture in modi precedentemente inimmaginabili.

Programmazione e Software svolgono un ruolo fondamentale anche nel monitoraggio della salute strutturale (SHM), un campo dell’ingegneria molto complesso e che sta acquisendo sempre più importanza. Una recente ricerca, esemplificata dall’articolo “A Self-Consistent Artificial Intelligence-Based Strategy for Structural Health Monitoring” di L. Aceto et al., mostra come gli algoritmi basati sull’intelligenza artificiale (AI) e le tecniche di apprendimento automatico (ML) possano rivoluzionare il monitoraggio della salute strutturale. In questo lavoro di ricerca, una nuova strategia per il monitoraggio si è concentrata sulla progettazione innovativa e sulle prestazioni dei sensori di acquisizione dati MonStr che, insieme al software STKO, consentono la raccolta dei dati in tempo reale e l’analisi strutturale.

    “La programmazione, nell’ambito dell’ingegneria, è un supporto sempre più importante per diverse ragioni, tra cui l’automazione di compiti ripetitivi o complessi, il miglioramento dell’efficienza, la riduzione dell’errore umano, l’elaborazione di grandi quantità di dati e l’integrazione di sensori per il monitoraggio in tempo reale.” – Erika Di Pietro

    Gli algoritmi vengono utilizzati per rilevare le anomalie e prevedere i problemi strutturali in tempo reale, analizzando meticolosamente i dati raccolti dai sensori installati sulle strutture. Durante la fase di addestramento, questi algoritmi stabiliscono un modello di riferimento basato sui dati di una struttura sana sottoposta a varie condizioni. Nella successiva fase di monitoraggio, i dati in arrivo vengono esaminati rispetto a questo modello di riferimento. Se vengono rilevate delle deviazioni, vengono emessi degli avvisi che consentono ai tecnici di intervenire prima che si verifichino danni strutturali.

      Questo approccio basato sull’intelligenza artificiale sfrutta il potenziale della programmazione per apprendere e adattarsi continuamente. Si configura come uno strumento indispensabile per il futuro dell’ingegneria civile, in quanto consente  agli ingegneri di prevedere e prevenire potenziali cedimenti strutturali, assicurando maggiore sicurezza e affidabilità.

      La programmazione, inoltre, consente agli ingegneri di creare sofisticate rappresentazioni visive dei loro progetti offrendo una comprensione più chiara delle complessità di un progetto. La programmazione svolge un ruolo fondamentale in questo processo. Gli algoritmi, spesso codificati in Python, elaborano e classificano i dati che arrivano dai sensori e se dovessero essere identificate deviazioni dal modello di riferimento, vengono prontamente generati degli avvisi.

        Questo approccio fonde perfettamente le capacità del deep learning e del parallel GPU computing, migliorando sia l’accuratezza che la velocità del rilevamento delle anomalie. La ricerca culmina nella combinazione dell’acquisizione dei dati e la visualizzazione ed elaborazione attraverso il software (STKO) per sviluppare un gemello digitale della struttura esaminata. Questo gemello digitale viene sottoposto ad analisi “what-if”, consentendo agli ingegneri di valutare l’affidabilità degli avvisi del sistema e di prendere decisioni ben precise in merito alla manutenzione o alle riparazioni da effettuare.

        La programmazione, in particolare con linguaggi come Python, offre un insieme di strumenti versatili a studenti e professionisti. Permette loro di creare visualizzazioni d’impatto, di affrontare problemi intricati e di affinare le loro capacità di sviluppo.

          “La programmazione è un elemento indispensabile nell’ingegneria civile perché fornisce un potente strumento per analizzare, modellare e simulare sistemi strutturali complessi”. – Nicola Germano

          La programmazione è destinata a diventare una pietra miliare nel futuro dell’ingegneria civile. Fornisce agli ingegneri gli strumenti per prevedere e prevenire i problemi strutturali grazie al monitoraggio basato sull’intelligenza artificiale, migliora la comunicazione attraverso la visualizzazione e conferisce ai futuri ingegneri le competenze necessarie per avere successo in un settore guidato dalla tecnologia. I futuri laureati dovranno possedere non solo conoscenze teoriche, ma anche abilità pratiche di programmazione per avere successo. Con l’evoluzione del settore, l’adozione della programmazione giocherà un ruolo fondamentale nel plasmare l’ambiente costruito di domani.

            Sources

             

            Aceto, Luca & Amelio, Alessia & Boccagna, Roberto & Bottini, Maurizio & Camata, Guido & Germano, Nicola & Petracca, Massimo. (2022). A Self-Consistent Artificial Intelligence-Based Strategy for Structural Health Monitoring. 10.4203/ccc.1.27.17.

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