Da sempre la simulazione dell’evento bellico è la base dell’addestramento delle forze militari. Man mano che sistemi di visione e controlli digitali hanno assicurato un costante aumento del realismo, molte forze armate hanno integrato progressivamente l’addestramento tradizionale con quello al simulatore, rendendo possibile la riproduzione di particolari condizioni-limite e/o di emergenza senza alcun problema, considerando sempre che un simulatore, per quanto costoso può essere, fornito sempre notevole economie.
Infatti, il grande interesse per i simulatori risiede, oltre che nel realismo attualmente possibile, anche nei costi: per quanto i moderni simulatori sono sistemi molto complessi e conseguentemente costosi, ora al simulatore di volo più avanzato costa 10-15 volte in meno (un secondo del tipo di velivolo) rispetto ad una corrispondente ora di volo effettivo, con un risparmio di carburante e di minerale di volo a carico dei velivoli.
Sono proprio i simulatori di volo a rappresentare la tecnologia più sofisticata del settore, per quanto oggi esistano simulatori avanzati per l’addestramento di comandanti di sottomarini e unità navali, equipaggiamenti di mezzi corazzati, fino alle squadre di fanteria e al lancio di paracadutisti.
Attualmente i simulatori vengono sempre più massicciamente usati per integrare, ed in alcuni casi sostituiti completamente Inoltre, negli ultimi trent’anni, è andata affermando la tendenza della “simulazione totale”: con questa definizione si indica un iter addestrativo che tende a ridurre al minimo il minerale di volo efficace a favore di un addestramento da svolgere su simulatori avanzati e realistici , che diventano uno dei riferimenti più importanti di tutto il ciclo formativo.
I simulatori di volo dell’ultima generazione di sofisticate soluzioni tecnologiche tendono a fornire al pilota quell’insieme di sensazioni ottiche e fisiche tipiche del volo reale. Infatti, un simulatore di volo è un apparato destinato all’addestramento e capace di riprodurre fin nei minimi dettagli l’abitacolo di un aeroplano, riproducendo reazioni e usando in funzione degli interventi del pilota, imitando in modo realistico condizioni ambientali e situazioni che il pilota incontra nel volo reale.
Secondo le ricerche condotte presso il Dipartimento di Psicologia cognitiva dell’Università di Rochester (New York), l’uso intensivo dei simulatori determinerebbe una notevole attenzione all’attenzione e della risposta visiva: in effetti (compatibilmente con le capacità umane) quanti più stimoli visivi e condizioni limite si presentano durante l’utilizzo dei simulatori, maggiori saranno le capacità in termini di attenzione e selezione dei reali pericoli manifestati dai piloti. Studi analoghi condotti dall’Università della British Columbia a Toronto e presso l’Università di Tokio confermano queste conclusioni. In effetti (compatibilmente con le capacità umane) quanti più stimoli visivi e condizioni limite si verificano durante l’utilizzo dei simulatori, maggiori saranno le capacità in termini di attenzione e selezione dei reali pericoli manifestati dai piloti.
Il contributo al realismo dell’intelligenza artificiale
L’obiettivo ultimo della simulazione è quello di azzerare le differenze tra la simulazione stessa e l’evento reale, e ciò sarà possibile quando si comprenderà una scena simulata praticamente indistinguibile da quella vera. Da ciò si intuisce come la chiave del realismo per un moderno simulatore risieda nelle notevoli capacità dell’autore del suo sistema di generazione dell’immagine, fattore vitale in caso di applicazioni di principi di intelligenza artificiale per incrementare ulteriormente il realismo. Oggi si tende a fornire al sistema di generazione delle informazioni derivanti da rilievi fotografici riguardo alla morfologia del suolo e all’integrazione dei dati già forniti dal sistema (l’uso dei satelliti è possibile utilizzare le mappe dell’intera superficie del pianeta con ottimi livelli di dettaglio) : le informazioni così ottenute sono codificate in forma digitale ed integrate nell’elaboratore del sistema di generazione dell’immagine, in situazioni simulate scenari operativi reali con evidenti benefici influssi sul realismo.
Attualmente si sta sperimentando una tecnica, derivata da quella ora esposta, basata su sistemi esperti (un sistema esperto è un programma che usa la conoscenza e l’esperienza umana per poi applicare alla risoluzione di problemi e complessa) in grado di sostituire le immagini generare elettronicamente con immagini fotografiche in forma digitale. Durante la simulazione dall’elaboratore eseguirà in tempo reale il calcolo della posizione del velivolo in base a mappe digitali in memoria, in modo da stabilire quali immagini fotografiche sarà necessario presentare al pilota, presente presente posizione, velocità e assetto del velivolo simulato. Per quanto estremamente promettente, questa tecnica (risentito di tempi di calcolo ancora inadeguati e problemi di capacità di memoria).
Negli ultimi anni si è cercato di rimediare a queste insufficienze con un’evoluzione del software e dell’avionica. Infatti i moderni simulatori devono garantire, ovviamente, in tempo reale, cioè il tempo di ritardo tra l’ingresso dell’unità nell’organizzazione del sistema di generazione dell’immagine e la creazione dell’immagine stessa è inferiore ai 30 millisecondi, con una capacità di successo delle immagini oggi creato intorno ai 50 millisecondi.
Per far fronte a queste necessità (e quindi per poter sfruttare i principi dell’intelligenza artificiale) è stata messa a punto una tecnica che utilizza una struttura formata da più elaboratori superveloci che sfruttano le possibilità offerte dall’elaborazione parallela. L’elaborazione parallela suddivisa nel programma da eseguire in più blocchi logici separati (moduli) che vengono poi eseguiti contemporaneamente dagli elaboratori. Lo svolgimento dei programmi risulterà così gestito ed elaborato da più calcolatori, con notevoli ed evidenti vantaggi in termini di velocità di risposta e capacità di elaborazione. Grazie all’architettura distribuita (evoluzione del concetto di elaborazione parallela) e dalle cosiddette “memoria riflessiva” (memoria riflessiva, un particolare fenomeno di cambio che prevede di adeguare contemporaneamente lo stato di tutte le memorie, adattandolo alle varie immagini da generare durante la simulazione). Ovviamente il software gioca un ruolo predominante, mentre i linguaggi vengono usati nei simulatori odierni sono i classici software assegnati sul formalismo logico-simbolico, quali:
– IPL-V (Information Processing Language-Five), versione evoluta di un linguaggio basato su liste
simboliche ed utilizzate nelle applicazioni di intelligenza artificiale,
– il SIMSCRIPT, un linguaggio sviluppato proprio per simulazioni di natura militare,
– linguaggi tipici dell’intelligenza artificiale quali: LISP (LIST Processing), PROLOG, FRL, SMALLTALK.
È importante notare come sia la nazione Gould sia gli altri produttori di elaboratori digitali del settore (Singer Link, Evans & Sutherland, Thomson CFS, ecc.) . Fino a non molti anni fa, l’eidomatica (termine generato dalla fusione della parola greca eidos -immagine- con informatica) era un’assegnazione esclusiva di scienziati e ingegneri impegnati nella progettazione assistita dal calcolatore (CAD) e nell’analisi di sistemi matematici . Ma i notevolissimi progressi effettuati nella progettazione e nella realizzazione di microcircuiti, hanno funzionato la realizzazione di nuove generazioni di circuiti di memoria caratterizzati da elevate capacità e costi di produzione contenuti, rendendo disponibili sofisticati terminali e collegati destinati alla grafica.
Parallelamente, notevoli miglioramenti nel software hanno esteso enormemente la gamma delle applicazioni: in particolare, i software avanzatissimi destinati ai simulatori sono anche in grado, dopo aver realizzato perfette immagini a colori, di utilizzare anche ombre e ombreggiature. Questo particolare tipo di software deve tener conto della proprietà delle varie superfici rappresentate (eventuale effetto metallico, fattore di riflessione della luce, proprietà dei materiali a seconda che siano trasparenti, traslucidi o opachi) unitamente alla posizione della fonte luminosa. L’illuminazione e l’ombreggiatura della scena devono anche tener conto se la luce è naturale o artificiale e, in caso di necessità, rappresentato debito le relative sorgenti (per esempio le luci ai lati della pista). È poi possibile impiegare tecniche particolari di mappatura, in grado di simulare il rilievo di certi particolari, regolando l’ombreggiatura in base a concetti di profondità derivati da informazioni digitali relative a fotografie ai raggi X degli oggetti; mentre effetti particolari nebbia e foschia sono elaborati particolari funzioni matematiche relative al contrasto dell’immagine. L’incremento delle necessità ha fatto sì che negli ultimi dieci anni la potenza di elaborazione richiesta ai sistemi di generazione è sia quintuplicata, accentuando la necessità di ricorrere a elaboratori sempre più potenti, sofisticati e, quindi, costosi: non dimentichiamo che i sistemi di visione oggi disponibili, pur offrendo prestazioni eccezionali,
Una nuova generazione di simulatori potrà usufruire delle tecniche della realtà virtuale, ovvero un insieme di tecniche di ricostruzione degli ambienti tramite il computer tramite le quali l’utente può interagire con l’ambiente stesso come se fosse immerso in una realtà fittizia, potendo così usufruire della forma più realistica di simulazione. Nella realtà virtuale vengono coinvolte aree di ricerca che riguardano il disegno, lo sviluppo e la valutazione di nuovi hardware e software collegati in particolare alle interfacce sensoriali (visuali, acustiche e tattili), per migliorare l’immersione sensoriale sempre più compatibile con i sensi naturali dell ‘ uomo, con l’intento di incrementare le sue capacità cognitive. Infatti il pilota può guardare in ogni direzione senza nessuna restrizione grazie a un sistema di posizionamento che registra istante per la posizione della testa e delle braccia e il relativo orientamento, in modo da proiettare la scena virtuale più protetta in un determinato settore e in un determinato istante. Il realismo è integrato dalla presenza di suoni, sensazioni tattili (grazie a particolari guanti forniti di sensori) e addirittura odori (si pensa all’odore del fumo in cabina per simulare un principio di incendio) e quant’altro è ritenuto necessario per incrementare gli stimoli del pilota. In particolare le interfacce tattili richiedono tecnologie ancora più avanzate da quelle necessarie per la creazione degli ambienti, e continuano ad essere un settore di ricerca critica.
Mediante il guanto e un rilevatore di posizione, un controllo delle mani del pilota e appositi sensori individuano e riconoscono i movimenti delle dita o dell’intera mano: bisogna notare che è già complesso riprodurre la sensazione tattile che si sta sperimentando toccando una superficie rigida o stringendo un oggetto, e lo è ancora di più osare al pilota la sensazione di manovra acceleratore e barra di comando o selezionare pulsanti e interruttori.
Per simulare queste sensazioni occorrono una serie di sensori controllati dall’elaboratore e capacità di generare le forze di reazione agendo direttamente sulla parte della mano o delle dita coinvolte nella funzione della forma necessaria, richiedendo una velocità e un’accuratezza assoluta. Inoltre queste sensazioni tattili devono essere sincronizzate perfettamente con quelle acustico-visive. Quanto detto fa includere le enormi capacità di calcolo e i software particolarmente evoluti indispensabili per la riproduzione della realtà virtuale. Anche se la velocità di elaborazione dei calcolatori è cresciuta enormemente negli ultimi anni grazie a particolari tecniche e procedimenti (la già citata elaborazione parallela, l’architettura distribuita, le memorie riflessive e le relative evoluzioni) e alle nuove frontiere della microelettronica, le necessità per soddisfare i principi della realtà virtuale sono grandissime: nonostante la realtà virtuale, per sua stessa definizione, simula la realtà esistente, dal punto di vista pratico allo stato attuale non è sempre possibile assicurare in ogni condizione un ambiente simulato indistinguibile da quello reale, anche si siano raggiunti risultati spesso sorprendenti.
Un moderno simulatore prevede di ricreare le varie fasi del volo, simulando in modo realistico tutte le sensazioni associate al volo e anche le situazioni di emergenza che il pilota deve affrontare e risolvere, utilizzando un punto tecnico di navigazione e combattimento sicurezza, conseguendo economie non indifferenti e migliorando la qualità del risultato finale. Il settore aerospaziale è, per la complessità dei sistemi e per i costi e i rischi delle sperimentazioni su macchine funzionanti, tradizionalmente sensibili alle tematiche della simulazione. Non dimentichiamo, inoltre, i motivi di ordine economico. L’uso del simulatore, anche il più complesso e costoso, è sempre meno oneroso dell’impiego del velivolo reale, soprattutto per quanto riguarda il risparmio di carburante e di minerale di volo a carico degli addestratori. Inoltre può essere utilizzato in modo intenso e continuativo, possibilità che si traduca in ulteriori congressi economici. Necessario per il pilota sia indispensabile il volo effettivo, le nuove tecnologie relative alla realtà virtuale aprono scenari impensabili fino a pochi anni fa: il futuro della simulazione è appena iniziato.
