Dare vita ai pixel dei video
Gli esseri umani virtuali autonomi che si muovono e si comportano in modo naturale sono la visione di Siyu Tang. L'informatica si ispira, tra l'altro, ai nostri modelli comportamentali. Un ulteriore contributo proviene dalla collaborazione con architetti e chirurghi e rivela l'enorme potenziale degli esseri umani virtuali.
Quando Siyu Tang lavora 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 responsabile del Computer Vision and Learning Group dell'ETH Institute for Visual Computing combina due grandi passioni della sua giovinezza: "Quando stavo scegliendo il mio corso di laurea, dovevo decidere tra architettura e informatica. All'ETH, come informatico, posso lavorare con architetti di fama mondiale in modo interdisciplinare. ? una combinazione perfetta per me".
Insieme a luminari di altri settori
Tang è specializzata nell'acquisizione e nella modellazione di esseri umani virtuali tramite immagini. Da due anni e mezzo lavora come professoressa assistente all'ETH di Zurigo. Per lei, l'ambiente che rende possibile questo tipo di collaborazione è uno dei grandi vantaggi della scuola universitaria. "I luminari riconosciuti a livello mondiale lavorano in molte aree di ricerca", sottolinea Tang. Ciò consente di realizzare progetti interdisciplinari che altrimenti non sarebbero possibili a questo livello.
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 sulle loro precedenti ricerche sulla modellazione di esseri umani virtuali che si muovono in modo naturale nell'ambiente in cui si trovano per periodi di tempo prolungati: "La grande differenza tra i progetti di ricerca e le questioni del mondo reale sono i requisiti di stabilità e generalizzabilità delle tecnologie, che tengono conto di tutte le condizioni possibili. Gli avatar del progetto 'FAA Revisited' devono essere in grado di muoversi nella città praticamente per sempre e in tutte le situazioni possibili".
L'orologio comportamentale porta stabilità
Per rendere possibile questo risultato, il team di Tang ha attinto alle scoperte della biologia comportamentale. Infatti, gli algoritmi precedenti - simili alle previsioni del tempo a lungo termine - si perdevano sempre più nelle loro decisioni direzionali quando venivano utilizzati per un periodo di tempo più lungo, a causa del numero praticamente infinito di possibilità a loro disposizione. Il risultato è stato quello di ottenere modelli di movimento dall'aspetto innaturale e conflitti logici.
Il team di Tang ha ora definito gli 0,25 secondi necessari a una persona per percepire consapevolmente qualcosa e reagire con un movimento, ad esempio, come l'intervallo in cui l'algoritmo di movimento prende decisioni direzionali. La sequenza dei movimenti in questo "orologio" comportamentale, in combinazione con l'introduzione di una componente statistica casuale per ogni decisione direzionale, ha conseguenze di vasta portata. Da un lato, il movimento è stabilizzato a lungo termine e, dall'altro, mostra una variabilità fedele alla realtà.
Simulazioni per la formazione dei chirurghi
Il popolamento del modello architettonico non è l'unico progetto interdisciplinare che Tang ha affrontato finora in Svizzera. Dalla primavera il suo team sta lavorando a un secondo ambizioso progetto. Sotto la guida dell'Ospedale Cantonale di San Gallo, del Centre Hospitalier Universitaire Vaudois (CHUV) e dell'Ospedale Universitario di Balgrist, l'ETH di Zurigo e la ZHAW (Università di Scienze Applicate di Zurigo) stanno sviluppando strumenti di simulazione insieme a partner industriali. La formazione dei chirurghi sarà portata a un nuovo livello (vedi video). L'obiettivo è creare corsi di formazione standardizzati con un'attestazione delle prestazioni paragonabile a quella dei piloti. In futuro, i chirurghi potranno anche perfezionare le loro abilità su simulatori immersivi. Finora la formazione si è svolta quasi esclusivamente durante operazioni reali o su cadaveri. Questo limita fortemente le opportunità di formazione individuale.
Basarsi sul lavoro della madre
Gli specialisti dell'elaborazione dei dati visivi sono ancora all'inizio del loro lavoro e le sfide sono grandi: come si possono rappresentare in modo realistico le 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 analizzare le immagini delle telecamere di operazioni reali da tutte le angolazioni possibili e integrarle in un modello. Questo modello deve essere in grado di apprendere in modo efficiente e di essere visualizzato in tempo reale.
Per la giovane scienziata, cresciuta in Cina, c'è un'ulteriore motivazione personale alla base di questo progetto: quando era piccola, sua madre, un'oculista, si è recata in Mauritania per due anni per curare i pazienti e formare i colleghi. Ora può fare tesoro di questa esperienza: "La formazione sui simulatori può consentire enormi progressi, soprattutto nella medicina dei Paesi in via di sviluppo. Il fatto di poter continuare indirettamente il lavoro di mia madre è anche appagante per me".
Dall'università all'industria e viceversa
Il percorso professionale di Tang dimostra che non si sottrae alle sfide pratiche. Dopo aver conseguito il Bachelor in Informatica presso la Zhejiang University, non ha intrapreso immediatamente la carriera accademica. ? passata dall'università cinese d'élite al settore privato e ha sviluppato software per dispositivi elettronici di consumo. "Ma mi sono stufata dopo due anni", osserva ridendo la ricercatrice, che trasmette una grande passione per la sua specializzazione e per il suo team.
Non voleva solo conseguire il diploma di master in Cina, ma anche in Europa: "Molti dispositivi e strumenti di alta qualità utilizzati da mia madre, medico, e da mio padre, ingegnere meccanico, provengono dalla Germania. Il Paese è anche al centro dell'Europa. ? l'ideale per conoscere i diversi Paesi".
Per Tang, il trasferimento dalla Germania, dove aveva già diretto il suo primo gruppo di ricerca presso il Max Planck Institute for Intelligent Systems di Tubinga, a Zurigo non è solo un colpo di fortuna 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 si è posta anche obiettivi ambiziosi nei suoi progetti di ricerca. Oltre al movimento naturale, in futuro gli esseri umani 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 persone reali.
Tang vede la chiave delle interazioni naturali in una visione ego-centrica degli avatar. Proprio come le persone reali, essi dovrebbero creare un modello dell'ambiente circostante dalla propria prospettiva e apprendere da esso un comportamento individuale.
Impatto che va oltre la scienza
L'architettura non è l'unico campo di applicazione in cui gli esseri umani virtuali dal comportamento naturale apriranno nuove possibilità. Sarà interessante vedere in quali progetti interdisciplinari gli esseri umani virtuali di Tang realizzeranno il loro potenziale: "? difficile immaginare una situazione lavorativa migliore di quella dell'ETH. Posso ispirare il mio team di ricerca con le mie visioni e insieme ad altri gruppi di ricerca possiamo realizzare qualcosa che vada oltre la conoscenza scientifica".