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Al Politecnico di Zurigo, Siyu Tang ha trovato l’ambiente ideale per andarAl Politecnico di Zurigo, Siyu Tang ha trovato l’ambiente ideale per andare oltre la conoscenza scientifica. (Foto: Politecnico di Zurigo / Nicola Pitaro)

La visione di Siyu Tang è quella di persone virtuali autonome che si muovono e si comportano in modo naturale. L’informatico si ispira in particolare ai nostri modelli comportamentali. La collaborazione con architetti e chirurghi fornisce ulteriori input e rivela l’enorme potenziale degli esseri umani virtuali.

Quando Siyu Tang ha collaborato con i professori di architettura dell’ETH Fabio Gramazio e Matthias Kohler al progetto "Flight Assembled Architecture (FAA) Revisited" per il Guggenheim Museum di Bilbao, la direttrice del Computer Vision and Learning Group dell’Institute of Visual Computing dell’ETH ha riunito due delle grandi passioni della sua giovinezza: "Al momento di scegliere i miei studi, ho dovuto scegliere tra architettura e informatica. All’ETH, come informatico, posso lavorare con architetti di fama mondiale in modo interdisciplinare. Questa è una combinazione perfetta per me.

In collaborazione con esperti di altri settori.

Tang è specializzato nell’acquisizione e nella modellazione di persone virtuali a partire da immagini. Da due anni e mezzo lavora come professore assistente al Politecnico di Zurigo. Per lei, l’ambiente che rende possibile questa collaborazione è uno dei grandi punti di forza dell’università. "Esperti di fama mondiale lavorano in diverse aree di ricerca", spiega Tang. Questo permette di realizzare progetti interdisciplinari che altrimenti non sarebbero possibili a un livello così alto.

Per il progetto "FAA Revisited", il team di Tang ha popolato la città pedonale verticale costruita dai droni con avatar autonomi (vedi video). Gli informatici hanno potuto basarsi sul loro precedente lavoro di ricerca sulla modellazione di esseri umani virtuali che si muovono naturalmente nel loro ambiente per lunghi periodi di tempo: "La grande differenza tra i progetti di ricerca e le questioni del mondo reale sono i requisiti di stabilità e generalizzabilità delle tecnologie in tutte le condizioni immaginabili. Gli avatar del progetto -FAA Revisited devono potersi muovere in città praticamente per sempre e in tutte le situazioni possibili.

Il ritmo comportamentale porta stabilità

Per rendere possibile tutto ciò, il team di Tang si è avvalso delle conoscenze della biologia comportamentale. Il motivo era che, come le previsioni meteorologiche a lungo termine, gli algoritmi utilizzati fino ad ora stavano diventando sempre più confusi nelle loro decisioni direzionali quando venivano utilizzati su un lungo periodo di tempo, a causa del numero quasi infinito di possibilità a loro disposizione. Questo ha portato a schemi di movimento innaturali e a conflitti logici.

Il team di Tang ha ora definito gli 0,25 secondi che trascorrono prima che un essere umano percepisca consapevolmente qualcosa e possa reagire con un movimento, ad esempio, come l’intervallo durante il quale l’algoritmo di movimento prende decisioni direzionali. La sequenza dei movimenti in questa "cadenza" comportamentale, unita all’introduzione di una componente statistica casuale in ogni decisione direzionale, ha conseguenze profonde. Da un lato, il movimento è stabilizzato a lungo termine e, dall’altro, presenta una variabilità simile alla vita.

Simulazioni per la formazione dei chirurghi

Il popolamento del modello architettonico non è l’unico progetto interdisciplinare che Tang ha intrapreso finora in Svizzera. Dalla primavera, il suo team sta lavorando a un secondo ambizioso progetto. Sotto la direzione dell’Ospedale Cantonale di San Gallo, dell’Ospedale Universitario di Vaud (CHUV) e della Clinica Universitaria Balgrist, il Politecnico di Zurigo e la ZHAW (Zürcher Hochschule für angewandte Wissenschaften) stanno sviluppando strumenti di simulazione in collaborazione con partner industriali. La formazione dei chirurghi deve essere innalzata a un nuovo livello (cfr. L’obiettivo è quello di istituire corsi standardizzati con un certificato di prestazione paragonabile a un corso pilota. In futuro, i chirurghi dovrebbero essere in grado di perfezionare le loro abilità su simulatori immersivi. Finora l’addestramento si è svolto quasi esclusivamente durante operazioni reali o su cadaveri. Questo limita notevolmente le possibilità di pratica individuale.

Costruire sulla base del lavoro della madre

I processori di dati visivi sono ancora nelle fasi iniziali del loro lavoro e le sfide sono grandi: come riprodurre realisticamente forti emorragie, i rapidi movimenti dei chirurghi o le diverse strutture dei tessuti nei dispositivi di realtà aumentata e virtuale? Tang prevede che il suo team dovrà valutare le riprese di operazioni reali da tutte le angolazioni possibili e integrarle in un modello. Il modello deve essere in grado di apprendere in modo efficiente e di essere visualizzato in tempo reale.

Per la giovane scienziata, cresciuta in Cina, questo progetto rappresenta un’ulteriore motivazione personale: quando era bambina, sua madre, oculista, ha trascorso due anni in Mauritania per curare i pazienti e formare i colleghi. Ora può trarre ispirazione da questo: "La formazione con i simulatori può fare un’enorme differenza per la medicina nei Paesi in via di sviluppo. Il fatto di poter continuare indirettamente il lavoro di mia madre è per me fonte di ulteriore soddisfazione.

Dall’università all’industria e viceversa

Il background di Tang dimostra anche che non si sottrae alle sfide pratiche. Dopo essersi laureata in informatica alla Zhejiang University, non ha seguito immediatamente un percorso accademico. Invece, è passata dall’università d’élite cinese al settore privato, sviluppando software per l’elettronica di consumo. "Ma dopo due anni ne ho avuto abbastanza", ride la ricercatrice, che emana una grande passione per il suo campo e per il suo team.

Non voleva solo conseguire il master in Cina, ma anche in Europa: "Molti dei dispositivi e degli strumenti di alta qualità utilizzati da mia madre, medico, e da mio padre, ingegnere meccanico, provenivano dalla Germania. Inoltre, il Paese si trova nel cuore dell’Europa. È l’ideale per conoscere i diversi Paesi.

Il trasferimento a Zurigo dalla Germania, dove aveva già guidato un primo gruppo di ricerca presso il Max Planck Institute for Intelligent Systems di Tubinga, è un vantaggio per Tang, e non solo dal punto di vista scientifico. "Per nostro figlio di quattro anni e mezzo, la città è un paradiso. Il lago, i numerosi parchi giochi, i boschi circostanti e le montagne vicine. Qui possiamo fare tante cose insieme come famiglia.

Un percorso egocentrico verso un comportamento naturale

Tang ha anche grandi ambizioni per i suoi progetti di ricerca. Oltre ai movimenti naturali, in futuro le persone virtuali dovranno comportarsi in modo naturale. Nel modello del progetto Flight-Assembled-Architecture, non si muoveranno più a caso nelle stanze, ma interagiranno tra loro e con l’ambiente come veri esseri umani.

Per Tang, la chiave delle interazioni naturali sta in una visione egocentrica degli avatar. Come le persone reali, devono creare un modello del loro ambiente dalla loro prospettiva e derivarne il comportamento individuale.

Impatto oltre la scienza

L’architettura non è l’unico campo di applicazione in cui gli esseri umani virtuali dal comportamento naturale apriranno nuove possibilità. Non vediamo l’ora di vedere in quali progetti interdisciplinari gli esseri umani virtuali di Tang dispiegheranno il loro potenziale: "È difficile immaginare una situazione di lavoro migliore di quella che si vive qui al Politecnico. Posso ispirare il mio team di ricerca con le mie visioni e possiamo raggiungere qualcosa che va oltre la conoscenza scientifica insieme ad altri gruppi di ricerca.