Un termostato domestico crea automaticamente un ambiente confortevole per i suoi occupanti. Una lavatrice invia un messaggio di testo quando il suo ciclo è completo. Le luci in tutta la casa sono controllate con un tocco e uno scorrimento su un tablet, risparmiando a papà un ultimo viaggio giù per le scale prima di andare a letto.

Più o meno allo stesso modo in cui tale tecnologia intelligente ha trasformato la casa, le tecnologie delle infrastrutture intelligenti promettono di rivoluzionare il modo in cui le città, le città e le comunità operano e cambiano il modo in cui le persone interagiscono tra loro e con la società.

Il 30 gennaio, 2018, Dan Lopresti, professore e presidente del dipartimento di informatica e ingegneria della Lehigh University, sta moderando un briefing sull'infrastruttura intelligente per la scienza della Camera dei rappresentanti degli Stati Uniti, Comitato Spazio e Tecnologia a Washington, DC.

L'evento è stato convocato dalla Computing Research Association (CRA), una partnership tra industria, governo e mondo accademico, e una voce di primo piano nella comunità di ricerca informatica. I co-conduttori onorari dell'evento sono il rappresentante del Texas Lamar Smith, chi presiede il Comitato, e il rappresentante Eddie Bernice Johnson, anche dal Texas, chi è un membro di rango del comitato.

Secondo il CRA, infrastruttura intelligente è definita come "l'incorporazione profonda del rilevamento, informatica, e capacità di comunicazione nelle tradizionali infrastrutture fisiche urbane e rurali come strade, edifici, e ponti allo scopo di aumentare l'efficienza, resilienza, e sicurezza».

Lopresti, un ricercatore ampiamente rispettato il cui lavoro in questioni algoritmiche e relative ai sistemi fondamentali nel riconoscimento di modelli, bioinformatica e sicurezza informatica, fa anche parte del comitato esecutivo del Computing Community Consortium del CRA. Da quando è entrato a far parte della facoltà di Lehigh nel 2003, ha contribuito a lanciare e guidare il programma DataX di successo di Lehigh e la sua innovativa Mountaintop Initiative, ed è stato decano ad interim del P.C. Rossin College of Engineering and Applied Science nel 2014-2015.

Durante l'evento del 30 gennaio, Lopresti guiderà un gruppo di ricercatori provenienti da tutto il mondo accademico e industriale per discutere il ruolo delle infrastrutture intelligenti nell'affrontare le più ampie esigenze infrastrutturali della nazione, identificare le lacune e gli ostacoli critici per implementazioni di successo e l'importanza di una ricerca continua nell'affrontare il campo. I relatori includono Henning Schulzrinne, Università della Columbia, chi parlerà della necessità di resilienza e adattabilità; Matteo Wansley, consulente generale di nuTonomy, chi affronterà la solidità e l'interoperabilità; Nadya Bliss, Università statale dell'Arizona, chi discuterà di sicurezza e affidabilità; ed Elizabeth Mynatt, Georgia Tech, che parlerà di accessibilità e usabilità.

La leadership di Lopresti nel panel è indicativa della reputazione emergente di Lehigh nei dati e nella ricerca computazionale, in particolare attraverso la scienza di gruppo interdisciplinare in aree applicative cruciali come le infrastrutture intelligenti e le comunità connesse.

Potenziare la città intelligente

Un rapporto delle Nazioni Unite del 2014 prevedeva che la popolazione urbana globale sarebbe aumentata dal 54% nel 2014 al 66% nel 2050. Gran parte di questa crescita avverrà in aree svantaggiate e mal attrezzate per accogliere il maggior numero e densità di persone. Con l'aumento della popolazione urbana, dovranno essere individuate le efficienze nell'espansione degli elementi finiti dell'infrastruttura urbana. Ci sarà un'usura proporzionalmente maggiore dell'energia, sistemi di comunicazione e trasporto. I meccanismi vitali che rendono abitabili le città saranno sottoposti a una coercizione sempre più severa.

"Consideriamo le città intelligenti come sistemi adattivi, dove l'interazione tra l'infrastruttura della città e gli esseri umani è modellata come un ciclo di feedback continuo e abilitata da un cyber-sistema di supporto, " spiega Hector Muñoz-Avila, professore di informatica e ingegneria. "Le infrastrutture sono esse stesse collegate condividendo informazioni, che deriva dalle interdipendenze infrastrutturali, consentire alle città di adattarsi ai cambiamenti nel tempo. Ciò include cambiamenti a lungo termine come la crescita della popolazione e risposte immediate a breve termine come eventi meteorologici gravi".

Munoz-Avila, insieme a Lopresti, fa parte di un team di ricercatori Lehigh alla ricerca di soluzioni in quella che definisce "Infrastrutture intelligenti per comunità connesse". E sebbene l'approccio del team includa esigenze ingegneristiche mirate in questo spazio, affronta anche questioni sistemiche e politiche più ampie che possono ostacolare il corretto funzionamento di questi sistemi complessi. È un approccio globale che affronta problemi generali e crea soluzioni che possono essere trasferite a particolari applicazioni.

Le comunità connesse preannunciano nuove opportunità per aumentare la sicurezza pubblica, pulire l'ambiente, consentire l'agricoltura urbana e la produzione su richiesta, e creare strade ancora inedite per l'imprenditorialità che accelereranno ulteriormente il ciclo del cambiamento. Durante i minuti trascorsi in autobus per recarsi al lavoro, nelle interazioni con il governo civile, dentro tra le quattro mura delle loro case, gli abitanti delle città vedranno cambiare la forma della loro vita. E mentre interagiscono con i meccanismi della città, utilizzare la sua infrastruttura, e comunicano tra loro, attraverso le loro azioni, dispositivi mobili e personali, e computer:i cittadini forniranno informazioni che modificheranno i sistemi della città.

Ma il compito di creare città intelligenti di successo è gigantesco. I ricercatori dovranno trovare un modo per integrare le informazioni provenienti dalle centrali elettriche, ponti, tunnel, mezzi di trasporto, elettrodomestici e tutto il resto. I dati provenienti da sensori e dispositivi dovranno essere comunicati in modo affidabile e sicuro ai data center, che analizzerà le informazioni. Le azioni o le notifiche necessarie dovranno essere trasmesse ai dispositivi di controllo del traffico, autobus e treni, reti elettriche, domiciliari e strutture sanitarie. Per finire, nessuno di questi sistemi funzionerà in modo ottimale finché i suoi elementi non saranno connessi e interdipendenti.

Secondo Muñoz-Avila, la cultura interdisciplinare di Lehigh in particolare lo rende un luogo fruttuoso per sviluppare risposte per le comunità urbane di domani. "Sono alla Lehigh da circa 15 anni, e una cosa che mi fa sempre stare bene è la bassa barriera tra le discipline, " dice. "Ho la libertà di dedicare molto tempo al lavoro interdisciplinare, ed è esattamente ciò che è necessario per creare città intelligenti:persone provenienti da più discipline che lavorano insieme".