Cos’è l’Innovative Optical and Wireless Network (IOWN)
A cura di Giorgio Scarpelli, CTO & Foresight
In occasione della Giornata Internazionale della Luce, che celebra questo elemento fondamentale per lo sviluppo della vita umana e per la costruzione di una società più sostenibile, non possiamo non guardare alle sfide del futuro: la fotonica resta un campo di ricerca chiave per il domani e potrà contribuire all’avanzamento di alcune tecnologie che oggi risentono di alcuni limiti tecnici. Su questi aspetti Il Gruppo NTT è già impegnato da anni, attraverso un’iniziativa strategica nata nel 2019 e chiamata IOWN (Innovative Optical and Wireless Network), di cui abbiamo trattato in questo precedente articolo. Si tratta di un’infrastruttura di telecomunicazione in grado di offrire bassa latenza, grande capacità trasmissiva e ridotti consumi energetici grazie all’utilizzo dei fotoni al posto degli elettroni nel processo di trasmissione delle informazioni. I fotoni, infatti, hanno la capacità di non disperdere energia nella loro attività di trasmissione delle informazioni, cosa che invece gli elettroni tendono a fare. Si tratta di un passaggio tecnologico che può portare gli esseri umani in una nuova dimensione, capace di sfruttare nuove infrastrutture per semplificare di molto la vita delle persone.
I pilastri della tecnologia basata sui fotoni che supererà la fibra ottica
Quando i dati vengono trasmessi tramite la fibra ottica, la loro elaborazione avviene in chip di silicio e con l’utilizzo degli elettroni a livello atomico. Questo tipo di tecnologia, per sua stessa natura, si porta dietro problematiche legate per esempio alla dissipazione dell’energia di generazione e del calore, che costituiscono un limite per l’ulteriore scalabilità delle performance dei chip in silicio. Questa tecnologia è quindi limitata dalle sue stesse caratteristiche fisiche, superabili attraverso l’impiego dei fotoni, che consentono un aumento fino a 125 volte della capacità trasmissiva e una riduzione della latenza di 200 volte, oltre ad un abbattimento dei consumi energetici fino a 100 volte rispetto agli attuali standard, un dato molto importante in termini di sostenibilità.
Il programma IOWN si pone l’obiettivo di ottenere risultati decisivi entro il 2030 e conta già l’impegno di una crescente community di 117 aziende e realtà internazionali interessate al programma e coinvolte nel suo sviluppo. Il progetto, inoltre, si basa su tre pilastri fondamentali:
- la All Photonic Network (APN), che costituisce il layer elaborativo e di trasmissione delle informazioni e che funge da elemento trasversale per lo sviluppo degli altri due pilastri;
- il Digital Twin Computing, una tecnologia che permette la creazione di un gemello digitale 3D di un sistema complesso reale e che costituisce la parte più applicativa;
- la Cognitive Foundation, una logica di governo delle infrastrutture tecnologiche basata su AI, che consente di allocare le risorse in base alle esigenze reali e di gestire le componenti dei vari servizi secondo una logica dinamica, efficiente e produttiva.
Tutti questi elementi vengono sviluppati in parallelo all’interno del programma IOWN, integrandosi fra di loro per abilitare le applicazioni pratiche di questa tecnologia. I risultati in termini di bassa latenza ottenuti attraverso l’APN, infatti, rendono possibile l’applicazione del Digital Twin Computing in scenari che attualmente sono irrealizzabili perché richiederebbero una latenza prossima allo zero che, con gli strumenti oggi in nostro possesso, non è possibile ottenere. L’ulteriore sviluppo della tecnologia basata sui fotoni apre quindi nuovi scenari per il futuro, che potranno avere un’applicazione commerciale. Un importante risultato è già stato raggiunto il 16 marzo di quest’anno, con il lancio in Giappone dei primi servizi commerciali basati sull’infrastruttura APN, per esempio per la connettività fra data center, che hanno registrato un record in termini di capacità trasmissiva pari a 1.2 terabit al secondo, un valore che supera di molto quello delle reti attuali.
Alcune possibili applicazioni di IOWN, dalla robotica al bio-digital twin
Proviamo adesso a entrare nel dettaglio e capire più nello specifico quali casi d’uso possono essere abilitati da questa nuova tecnologia.
Potrebbe diventare molto più semplice ed efficace l’uso di bracci robotici per gli interventi chirurgici da remoto, perché la rappresentazione digitale perfetta della zona da operare sommata a una latenza praticamente inesistente, consentirebbe a un chirurgo di intervenire su un paziente a migliaia di chilometri di distanza senza alcun pericolo.
Un altro esempio abilitato da una latenza prossima allo zero e già testato con successo è la creazione di un’orchestra sinfonica i cui musicisti riescono a suonare insieme pur trovandosi in luoghi diversi del pianeta. Per realizzare questo scenario, è necessario che gli orchestrali possano sentire non solo il proprio strumento, ma come questo si colloca all’interno dell’armonia prodotta da tutti gli elementi. In questo caso, il sistema è stato in grado di proiettare in ciascun luogo la restante parte dell’orchestra dal punto di vista sia sonoro, sia visivo, in modo che il direttore d’orchestra potesse vedere i musicisti in tempo reale, ottenendo così un’esecuzione perfetta del brano. Ciò apre scenari molto affascinanti per l’evoluzione di nuove forme d’arte, che possono conoscere nuovi orizzonti grazie a una remotizzazione oggi impossibile.
Un altro possibile ambito di applicazione è l’ottimizzazione di sistemi complessi, in ambiti come la logistica o la pianificazione urbana e del traffico. Grazie a questa tecnologia sarà possibile, per esempio, creare un gemello digitale 3D di una città, di un sistema di trasporti o di una rete energetica, trasferendo sulla copia virtuale le caratteristiche e i livelli di informazione della realtà fisica in modo da simulare i comportamenti reali del sistema al variare delle condizioni, o per riprodurre le sue evoluzioni nel tempo.
Questo concetto viene ripreso anche da un altro possibile campo d’applicazione molto importante, quello medico-scientifico, con il bio-digital twin. In futuro, analogamente a come avverrà per i sistemi complessi citati nell’esempio precedente, sarà possibile replicare con un gemello digitale qualsiasi organo del corpo umano, o l’intero organismo, non solo nella struttura, ma anche nel suo comportamento in tempo reale. Oggi si sta già sperimentando la creazione del bio-digital twin di un singolo organo, come il cuore. Ciò apre nuovi scenari per la ricerca scientifica e la cura di molte patologie, perché si tratta di molto più di una riproduzione 3D fedele dell’organo, che già oggi è possibile ottenere con strumenti come la TAC. Il bio-digital twin di un cuore, per esempio, riprodurrà non solo l’aspetto, ma anche il funzionamento dell’organo stesso, perché viene alimentato da tutti i dati biologici specifici relativi al cuore di una data persona. Grazie a questa tecnologia, quindi, sarà possibile simulare nel gemello digitale cosa succederà con il passare del tempo e vedere in anticipo se il paziente rischia lo sviluppo di alcune patologie a causa di abitudini dannose, come il fumo o la vita sedentaria, ma anche vedere in anticipo gli effetti delle cure che si mettono in atto.
Infine ci sono tanti sviluppi legati all’elaborazione delle comunicazioni wireless, come dice il nome stesso del progetto IOWN, Innovative Optical and Wireless Network. Questo è legato al perfezionamento della rete 6G, a cui si sta già lavorando nei laboratori per l’integrazione fra comunicazione terrestre e comunicazione spaziale, con un target temporale del 2025. Questo significa che la realizzazione di infrastrutture nello spazio potrà essere facilitata dalla possibilità di interscambio di dati molto più a basso costo rispetto all’attuale comunicazione satellitare. Ciò permetterà la creazione dei cosiddetti space data center, dei veri e propri data center ospitati su satelliti inseriti in reti di comunicazione nuove e integrate.
Il progetto IOWN si pone sicuramente degli obiettivi ambiziosi e le sfide tecnologiche da risolvere nei prossimi anni sono ancora molte, ma la tecnologia avanza con una crescita che possiamo ormai definire verticale e nel 2030 alcune delle applicazioni che abbiamo visto in questo articolo, sebbene oggi sembrino quasi fantascientifiche, potrebbero già essere realtà e aprire la strada a ulteriori innovazioni.