Falcidieno: con la matematica e l'informatica risolviamo i problemi reali

Direttore dell'Istituto per la Matematica Applicata (IMA)

Direttore, da quali esigenze nasce l'IMA?

L'Istituto nasce negli anni '70 dalle accresciute possibilità ed esigenze di applicazione della matematica, emerse con la disponibilità delle nuove tecnologie informatiche. Questi nuovi strumenti, infatti, se inizialmente hanno portato ad un uso più sofisticato della matematica tradizionale nei suoi consueti campi di applicazione, con il tempo hanno consentito di intravvedere nuovi utilizzi, sollecitando la ricerca matematica a scoprire e perfezionare ulteriori modelli e strumenti teorici per affrontarli. Nato come Centro di Calcolo dell'Università di Genova, si è costituito come Istituto quando è emersa in maniera chiara l'esigenza di applicazioni non tradizionali della matematica, che comportavano un significativo impegno di ricerca nel settore. Più precisamente, un impulso particolare alla sua creazione è venuto dallo sviluppo di un progetto di didattica assistita dal calcolatore, il "Progetto DIGE", che comprendeva un particolare linguaggio evoluto molto più adatto alla didattica rispetto ai tradizionali linguaggi di programmazione, per la preparazione di corsi di insegnamento ed esercitazioni. Il sistema era infatti in grado di gestire, in modo interattivo, componenti testuali comprensive di formule bidimensionali e componenti grafiche sulla stessa pagina video.

È lo sviluppo del progetto che porta quindi alla nascita, nel 1975, del Laboratorio CNR per la Matematica Applicata, che si trasforma poi, nell'arco di cinque anni, in Istituto.

Come si è evoluta l'attività dell'Istituto dopo la fase iniziale?

La potenzialità di energie e di esperienze acquisita con il progetto DIGE non è stata naturalmente dispersa; le competenze acquisite sono state anzi consolidate e si sono differenziate in due linee: la didattica della matematica e formazione e la modellistica computazionale e le sue applicazioni.

Nel campo della didattica le ricerche si sono rivolte allo studio dei processi di apprendimento e di insegnamento in campo matematico e informatico, alla modellazione di processi cognitivi e allo sviluppo di sistemi.

In tale contesto si colloca anche la realizzazione di software didattico con funzioni di mediatore del processo di apprendimento degli alunni. Si va dal livello universitario alle problematiche inerenti la scuola superiore e dell'obbligo e a quelle riguardanti i portatori di handicap sensorio. I risultati della ricerca vengono inoltre utilizzati per orientare la formazione e l'aggiornamento degli insegnanti, il cui ruolo resta fondamentale, ma che dall'uso della tecnologia ricevono uno stimolo e riescono ad ottenere un maggior coinvolgimento da parte dello studente.

Nell'area modellistico-computazionale le ricerche sono orientate ai settori della modellazione geometrica e grafica, dei linguaggi e ambienti di programmazione, dell'elettromagnetismo computazionale e dell'intelligenza artificiale con applicazione all'ingegneria del sotfware.

Lo scopo principale della ricerca in grafica è quello di sviluppare modelli e metodi in grado di rendere i sistemi grafici più intelligenti e flessibili e dunque facilmente traducibili nella simulazione. I programmi di simulazione possono naturalmente essere utilizzati in vari modi. Interessante è, ad esempio, la modellazione di pezzi meccanici, attività che consente di apportare modifiche all'oggetto come se si stesse lavorando sull'originale.

La modellistica può essere applicata anche alla gestione del territorio e dell'ambiente, attraverso, per esempio, la simulazione della diffusione degli inquinanti nell'atmosfera.

Quello della matematica è un campo di attività di tipo prevalentemente teorico; questa affermazione è secondo Lei riferibile anche all'IMA oppure le ricerche dell'Istituto hanno una ricaduta concreta?

Direi che la sua affermazione è vera solo in parte: la storia della matematica è, infatti, la storia di soluzioni a problemi reali; un salto di qualità nel tipo di soluzione viene poi formalizzato come teoria astratta. In realtà noi siamo vicino ai problemi: l'IMA ha sempre avuto, ed ha tuttora, come obiettivo primario l'applicazione della matematica e dell'informatica ad altre discipline (ingegneria, geologia, ecc.) ed a contesti industriali e sociali. Ciò che i nostri ricercatori aspirano a fare è l'individuazione, l'analisi e la soluzione di problemi reali. Le nostre ricerche hanno assai spesso ricadute concrete. Oltre agli esempi che ho citato in precedenza posso fargliene altri.

Grazie alla cosiddetta "aritmetica fuzzy" noi riusciamo a codificare l'incertezza insita nel dato, fornendo modelli di fenomeni geografici vicini il più possibile alla realtà e quindi utilizzabili a pieno dall'utente che è a conoscenza anche del margine di errore presente nella simulazione.

Con i nostri modelli di comunicazione uomo/macchina forniamo un consistente aiuto alle piccole e medie imprese che possono, con la formazione a distanza, aggiornare e incrementare le competenze dei propri dipendenti senza rallentare la produzione e sottrarre all'azienda preziosa forza lavoro.

Quali sono le principali collaborazioni dell'Istituto?

L'Istituto ha più di settanta collaborazioni ripartite per tipologia in università, centri di ricerca, enti pubblici ed industrie, a livello nazionale ed internazionale.

La nostra valenza sia metodologica sia applicativa rende necessario sviluppare sinergie di tipo disciplinare e teorico, ma anche interdisciplinare e applicativo.

Nel primo caso le collaborazioni mirano alla definizione e allo sviluppo di strumenti formali adeguati alle sempre più raffinate esigenze applicative e coinvolgono soprattutto ricercatori appartenenti ad istituti di ricerca ed università italiani e stranieri.

Per quanto riguarda invece lo sviluppo e l'applicazione di tali strumenti in ambito interdisciplinare e applicativo abbiamo attivato collaborazioni con ricercatori di altre discipline (ingegneri, geologi, architetti, psicologi) e con i responsabili di strutture operative in ambito industriale e sociale.

Si tratta di contatti importanti, ma citando i più significativi, vorrei ricordare, a livello locale, quelli con gli altri istituti dell'Area e con l'Università di Genova.

A livello internazionale, invece, vorrei citare la collaborazione con l'Istituto Fraunhofer di Darmstadt in Germania; con il Centro di calcolo parallelo di Edinburgo (U.K.); con la Vector Fields di Oxford (U.K.); con le Università di Tokyo e Aizu in Giappone; con quella del Maryland negli Stati Uniti, di Mittweida in Germania e di Nizza in Francia. Per le nuove applicazioni, ritengo interessanti le sinergie sviluppate con gli stilisti della Pininfarina e con i sistemisti della Matra francese.

Quali sviluppi prevede in futuro per l'Istituto?

Malgrado la nostra attività sia molto legata alle esigenze della realtà esterna, abbiamo naturalmente degli obiettivi generali.

Innanzitutto consolidare la posizione di centro di eccellenza che l'IMA ha conquistato nell'ambito delle ricerche nella didattica e nella modellistica computazionale.

In secondo luogo poter sfruttare a pieno tutta l'enorme potenzialità applicativa delle discipline nelle quali abbiamo competenza.

Importante è anche riuscire a rispondere in modo sempre più efficace ed efficiente alla richiesta di metodi matematici che ci viene dal mondo esterno.

Per raggiungere questi traguardi dovremo puntare su progetti di grande impatto per l'innovazione e la qualità della ricerca e in particolar modo: sullo sviluppo di sistemi multimediali per l'apprendimento e il lavoro cooperativo; sull'analisi e la sintesi della forma per il design estetico e per l'ottimizzazione della progettazione; sulla simulazione e la rappresentazione di fenomeni geografici per la gestione del territorio; sullo sviluppo di modelli computazionali per il CAD elettromagnetico.