Human Digital Twins: una nuova risorsa per l'apprendimento?

Con l’affermarsi dell’Industria 4.0, il settore manifatturiero ha assistito a un passaggio olistico dai sistemi automatizzati convenzionali a uno guidato dall’Internet of Things (IoT) e dal cloud computing che coinvolge i sistemi cyber-fisici.

In tale contesto si cala un’altra importante evoluzione della tecnologia: il Digital Twin (o Gemello Digitale), una copia perfetta digitale delle informazioni che descrivono un’entità reale, un prodotto, un processo o un sistema. Il concetto è nato da una presentazione del 2002 di Michael Grieves, oggi chief scientist for Advanced Manufacturing al Florida Institute of Technology, in occasione della costituzione di un centro di gestione del ciclo di vita del prodotto (Product Lifecycle Management – PLM).

Dato che ogni informazione nello spazio reale può essere contenuta e rispecchiarsi in quello virtuale, una volta trovata la “porta” di comunicazione e di collegamento delle informazioni tra i due spazi, ogni prodotto (o processo) sarebbe stato formato da due sistemi interagenti tra loro, quello fisico e quello digitale. Due sistemi, dunque, intrecciati per tutto il ciclo di vita del prodotto, in cui quello virtuale avrebbe aiutato il fisico a esplorare i virtual subspaces, ovvero le diverse possibilità di scenario, in tutte le fasi di creazione, produzione, funzionamento e smaltimento.

È chiaro che un gemello digitale può evolversi fino a diventare una vera e propria replica digitale di risorse fisiche potenziali ed effettive di processi, persone, luoghi, infrastrutture, sistemi e dispositivi che possono essere utilizzati per vari scopi. Di fatto è stata la crescente diffusione dell’Internet of Things, del Cloud, delle tecnologie mobile, dell’Intelligenza Artificiale e della Blockchain a rendere accessibili a molte più aziende i vantaggi associati ai Digital Twins.

Gartner aveva previsto che nel 2020 ci sarebbero stati 21 miliardi di sensori collegati che avrebbero reso possibili gemelli digitali per miliardi di oggetti e situazioni. Considerando l’impatto delle tecnologie associate in tutti i settori, dall’agricoltura alla sanità alle smart city, l’evoluzione dei Digital Twins si conferma un naturale percorso di sviluppo per le organizzazioni che puntano a cavalcare la digital transformation.

Gartner, inoltre, evidenzia che ad oggi quasi la metà delle aziende (48%) che sta lavorando a progetti basati sull’Internet of Things sta utilizzando gemelli digitali.

 

Condizione necessaria alla realizzazione di un “gemello digitale” è l’esistenza di:

• prodotti fisici nello spazio reale;
• prodotti virtuali nello spazio virtuale;
• sistemi di collegamento dei flussi di dati e informazioni che uniscono lo spazio fisico a quello virtuale e ai sottospazi virtuali.

 

Ma non è tutto. L’evoluzione tecnologica si sta dirigendo verso un’implementazione sempre più radicata dei cosiddetti Human Digital Twins (HDT), tecnologia analoga a quella appena esposta ma calata sul concetto di “persona”, “individuo”: una copia perfetta dell’essere umano di interesse per un dato settore, in grado di ricreare le sue attività, pensieri e pattern decisionali in un contesto virtuale coerente con quello reale.

Una delle aree in cui i gemelli digitali umani stanno risultando di particolare supporto è quella dell’industria sanitaria e farmaceutica. Le rappresentazioni digitali degli esseri umani come creature fisiche, biochimiche ed elettriche molto complesse attualmente hanno già aiutato nella simulazione dei farmaci; un’altra applicazione è data dalla prevenzione degli infortuni e non solo per gli atleti. Gli HDT permettono di valutare le ossa e i parametri muscolari, simulare corsa, camminata e altre attività. Tutti i dati sanitari raccolti su una persona fisica reale (es. esami del sangue, dati di imaging, sensori di fitness, ecc.) favoriscono la creazione di un gemello digitale migliore per reagire prima e in modo più economico ai problemi medici attuali e futuri.

 

Anche in ambito formativo si stanno sviluppando diversi studi incentrati sull’osservazione dei benefici che gli Human Digital Twins apporterebbero al settore.

Per l’appunto è stato considerato che i gemelli digitali umani abbiano il potenziale per offrire esperienze di apprendimento di qualità.

Uno studio condotto dai ricercatori della Tampere University of Technology sulle esperienze di apprendimento coinvolgenti gli HDT ha ipotizzato una produzione flessibile dei corsi universitari di ingegneria dove lo studente può sperimentare l’apprendimento in 3 diversi ambienti all’interno dell’infrastruttura pedagogica: aula, laboratorio e luogo fisico.

 

• Aula – Tramite questa infrastruttura è possibile registrare informazioni relative ai cambiamenti comportamentali degli studenti legati all’apprendimento, in relazione al rapporto frontale con il docente. Si osservano così le reazioni agli stimoli e si struttura un modello basato sulle informazioni ottenute.
• Laboratorio – Tramite quest’area l’aspetto pratico fornisce un ulteriore punto di vista rispetto alla raccolta delle informazioni sugli studenti. Permette infatti di constatare i modi in cui agiscono e approcciano le attività indicate, potendo così rimodulare le tipologie indicate nei corsi a seconda dei risultati ottenuti.
• Luogo fisico – Qui l’utilizzo degli HDT si propone di analizzare l’andamento dello stato di consapevolezza situazionale dello studente. Ricerche hanno infatti constatato quanto l’essere consapevoli dell’ambiente possa aumentare ulteriormente l’esperienza di apprendimento.

 

Lo studio della Tampere University of Technology ha quindi concluso che attraverso gli Human Digital Twins è possibile studiare le caratteristiche che contraddistinguono contesti ed esperienza di apprendimento degli studenti, potendo tracciare conseguentemente un parallelo con le teorie dell’apprendimento.

 

Il modo in cui le giovani generazioni vengono formate e la conoscenza che viene loro trasmessa, rappresentano le basi del futuro. Col passare del tempo l’istruzione si evolverà e le metodologie e gli strumenti di insegnamento adoperati finora cominceranno a perdere di efficacia in modo progressivo.

Il futuro introduce nuove entusiasmanti tecnologie in grado di migliorare ulteriormente la formazione sotto molti punti di vista e gli HDT fanno proprio questo. Potenziali casi d’uso per i gemelli digitali in ambito formativo potrebbero includere, ad esempio, corsi complessi che richiedono una formazione manuale.

Seppur si tratti di un contesto applicativo della tecnologia dei Digital Twins ancora in fase beta, il gemello digitale potrà permettere di raggiungere importanti risultati per il settore dell’apprendimento, agevolando la modellazione dei risultati didattici e valutando le prestazioni degli studenti tra le diverse aree dell’apprendimento.