Alessandro Corbetta (a sinistra) e Federico Toschi (a destra), due dei vincitori dell’Ig Nobel Prize in Physics 2021. Crediti: Eindhoven University of Technology
Inizia tutto con una email piuttosto sibillina. Una mattina di luglio, un collega avanza una strana richiesta: vuole discutere di lavoro, ma preferisce farlo via Skype. È così che Alessandro Corbetta, ricercatore alla Eindhoven University of Technology, nei Paesi Bassi, scopre di aver vinto un premio.
Non si tratta di un premio qualsiasi. «In quanto vincitore dello stesso premio in passato, questo collega voleva comunicarci che anche noi avevamo vinto l’Ig Nobel Prize per il nostro lavoro», racconta Corbetta a Media Inaf.
Il lavoro premiato, a firma di Corbetta insieme ai colleghi Federico Toschi e Jasper Meeusen della Eindhoven University of Technology, Chung-min Lee della California State University Long Beach e Roberto Benzi dell’Università degli studi di Roma Tor Vergata, era stato pubblicato nel 2018 su Physical Review E, prestigiosa rivista nel settore della fisica statistica. L’obiettivo era quello di rispondere in maniera rigorosa a una domanda che chiunque sia stato un pedone si è posto almeno una volta nella vita: come fanno i pedoni a non scontrarsi tra di loro?
Il premio IgNobel è un riconoscimento che onora gli autori di studi dai risultati ‘strani, divertenti, e perfino assurdi’, conferito annualmente, a partire dal 1991, dalla rivista Annals of Improbable Research. E la ricerca, che a partire da sei mesi di osservazioni del moto dei pedoni nella stazione di Eindhoven ha sviluppato un modello matematico per descriverne gli incontri (e i rari scontri), ha tutte le carte in regola per aggiudicarsi l’Ig Nobel per la fisica.
Alla comunicazione via email segue una scelta in stile Matrix: si può continuare, in tal caso Marc Abrahams – l’organizzatore del premio – si metterà in contatto con i vincitori, oppure si può scegliere di non accettare il premio, e tutto tornerà come prima. «Inevitabilmente abbiamo optato per andare avanti», prosegue Corbetta, «e poi è stato un percorso molto divertente». La cerimonia di consegna, durante la quale autentici vincitori del premio Nobel si divertono a insignire i loro colleghi del riconoscimento alternativo, si svolge generalmente all’Università di Harvard, ma a causa della pandemia, quest’anno si è tenuta online.
«Ci sono certi lavori che fanno ridere, e ci sono altre situazioni in cui quello che fa ridere è il fatto che ci siano lavori diversi che, messi assieme, sembrano contrastare un po’», commenta Federico Toschi, facendo riferimento alla giustapposizione tra il premio per la fisica, conferito al suo team ‘per aver studiato perché i pedoni non si scontrano costantemente con altri pedoni’, e quello per la cinetica, assegnato a un gruppo di ricercatori giapponesi che invece hanno studiato il problema opposto: le collisioni tra pedoni. «Le due cose sembrano in qualche modo in contrasto, anche se ovviamente non lo sono: se uno osserva dieci milioni di traiettorie in una stazione capita che un certo numero di volte le persone si vadano addosso».
I cinque vincitori sono stati premiati da Martin Chalfie, Premio Nobel per la chimica nel 2008 che, alla domanda posta dai vincitori – come vincere un Nobel a loro volta – ha risposto: «Questo è un ottimo inizio, lavorare su qualcosa su cui nessuno ha mai lavorato prima».
«Siamo lusingati che la gente abbia riso, e poi pensato, a causa del nostro lavoro», ha commentato Roberto Benzi, facendo eco al motto dell’Ig Nobel – celebrare ricerche che ‘prima fanno ridere e poi danno da pensare’ – durante la cerimonia di consegna, che è stata trasmessa lo scorso 10 settembre.
I sensori montati per studiare il flusso di pedoni alla stazione di Eindhoven. Crediti: A. Corbetta
Premio stravagante a parte, lo studio ha una serie di importanti applicazioni per prevedere e gestire il flusso attivo delle folle. La parte più difficile, raccontano Corbetta e Toschi, è stata la raccolta dati, che non era mai stata realizzata in questo campo e ha richiesto la progettazione e installazione di un sistema di misura costruito appositamente, con telecamere speciali ad altissima risoluzione (lunghezze al di sotto del centimetro e frequenze dell’ordine di 30 Hz) che misurano la distanza invece del colore.
«Questo tipo di sensori ci permette di tracciare i pedoni per prima cosa in modo accurato e poi senza compromettere la privacy: l’informazione che ci arriva è una mappa in scala di grigi in cui ogni pixel rappresenta una distanza dalle telecamere, il che rende i pedoni non identificabili», spiega Corbetta. «La somma di questi due aspetti rende possibile il terzo aspetto fondamentale: acquisire dati in grandissime quantità».
Non si tratta di una quantità di dati commensurabile a quelli raccolti da esperimenti come il Cern, ma nemmeno trascurabile, considerando oltretutto l’esercizio non banale di trasferire 100 Gigabyte al giorno da una struttura non adibita alla ricerca computazionale, la stazione, ai server dell’università. Dall’analisi dati poi si passa alla fisica: studiare milioni di traiettorie e districare i diversi tipi di pedoni – la folla densa dei pendolari del mattino, la folla diluita della notte – per estrarre quelli di interesse per questo studio specifico: coppie di pedoni che si evitano.
«Le persone che vengono registrate non sanno di far parte di un esperimento», chiarisce Toschi. «In questo lavoro, abbiamo cercato di capire fino a che punto si potesse descrivere con un’equazione di Langevin [un’equazione usata solitamente per studiare il cosiddetto moto browniano delle piccole particelle sospese in un fluido, ndr] la dinamica di un singolo pedone e in particolare cosa succede quando due pedoni, per caso, si trovano su delle traiettorie che li porterebbero a scontrarsi».
Immagine ricostruita dai sensori, che utilizzano un illuminatore laser a raggi infrarossi. La testa dei pedoni, più vicina al sensore, produce una macchia grigio scuro, mentre le spalle, che sono leggermente più lontane, appaiono in toni più chiari di grigio. Crediti: A. Corbetta
Chiaramente i pedoni non sono particelle, quindi all’equazione vanno aggiunti degli ingredienti affinché le traiettorie previste dal modello abbiano proprietà statistiche simili, auspicabilmente indistinguibili da quelle osservate. «Quando ci muoviamo, cerchiamo di non andare a sbattere contro i muri o contro altre persone», aggiunge Toschi. «Osservando le traiettorie, come i pedoni deviano rispetto al moto rettilineo, possiamo cercare di capire la forza effettiva che spiega il movimento osservato». Secondo i dati raccolti alla stazione di Eindhoven, i pedoni non aspettano l’ultimo secondo a scansarsi ma lo fanno quando si trovano a circa 140 centimetri di distanza l’uno dall’altro.
L’esperienza come pedone aiuta: «quando cammino non penso alle formule, casomai il contrario», ammette Toschi. «Al di là della descrizione matematica, gli aspetti psicologici possono aiutarci a capire perché le persone vanno a destra o a sinistra, per esempio, oppure perché iniziano ad andare più veloce a un certo punto: magari stava piovendo e non volevano bagnarsi».
Ci sono poi molteplici differenze che danno origine a piccole variazioni nelle statistiche osservate: il moto dei pedoni misurato all’università, in un altro esperimento, risulta leggermente diverso rispetto a quello effettuato alla stazione, perché i corridoi sono più stretti. «Ma la parte interessante è che la struttura di queste statistiche rimane la stessa», spiega Corbetta. Una consistenza strutturale che sarebbe in grado di spiegare anche eventuali differenze culturali: «Gli olandesi sono più alti degli italiani, quindi cammineranno anche un po’ più veloce. Ma sulla base degli esperimenti effettuati, la struttura delle statistiche rimane più o meno la stessa, a meno di un rescaling che porta il contributo culturale».
Al momento il team è impegnato a generalizzare il problema, aggiungendo aspetti di complessità crescente e adeguando, passo dopo passo, la descrizione matematica del fenomeno: da una persona singola che cerca di evitare di sbattere contro un muro si passa a una persona che interagisce con una folla a bassa densità, poi a più alta densità, fino a flussi di persone che si incrociano.
All’inizio della pandemia da Covid-19, a marzo 2020, i ricercatori hanno condotto uno studio in collaborazione con le ferrovie nazionali dei Paesi Bassi per analizzare come le nuove regole sul distanziamento sociale introdotte per contrastare l’emergenza sanitaria stessero modificato i pattern di distanza tra le persone. Osservando la frequenza con cui le persone violavano, più o meno sistematicamente, le nuove disposizioni, è stato possibile ricavare una statistica dell’adattamento per capire come le misure applicate sulle piattaforme ferroviarie si riflettessero sul comportamento dei pedoni. Del resto, conclude Corbetta, «anche i pedoni – non solo il moto degli elettroni o quello dei pianeti – possono essere descritti da questa cosa misteriosa che è la fisica».
Guarda la cerimonia di premiazione Ig Nobel 2021 (dopo il minuto 53:20 per il premio in fisica):
Per saperne di più:
- Scopri tutti i vincitori del Premio Ig Nobel 2021
- Leggi su Physical Review E l’articolo “Physics-based modeling and data representation of pairwise interactions among pedestrians” di Alessandro Corbetta, Jasper A. Meeusen, Chung-min Lee, Roberto Benzi e Federico Toschi