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Jun 27, 2023

Premi, rischi e impiego responsabile dell'intelligenza artificiale nei sistemi idrici

Nature Water volume 1, pages

Natura Acqua volume 1, pagine 422–432 (2023) Citare questo articolo

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L’intelligenza artificiale (AI) viene sempre più proposta per affrontare le carenze dei sistemi idrici, che attualmente lasciano circa il 25% della popolazione mondiale senza acqua pulita, circa il 50% senza servizi igienico-sanitari e circa il 30% senza strutture igieniche. L’intelligenza artificiale è pronta a migliorare le informazioni sull’offerta, la gestione dei bacini idrografici e la risposta alle emergenze, a migliorare la progettazione, il funzionamento e la manutenzione degli impianti di trattamento e della rete di distribuzione, nonché a promuovere la disponibilità del servizio, la gestione della domanda e la giustizia idrica. Tuttavia, la proliferazione di questa tecnologia nascente potrebbe innescare problemi seri e inaspettati, tra cui compromissioni a livello di sistema dovute a errori di progettazione, malfunzionamenti e attacchi informatici, nonché esposizione a fattori socio-ecologici a cascata, al nesso acqua-energia-cibo e a guasti accoppiati di infrastrutture critiche. In risposta, formuliamo tre raccomandazioni per un’implementazione sicura e responsabile dell’IA nei sistemi di approvvigionamento di acqua potabile e di smaltimento delle acque reflue: affrontare le lacune nelle infrastrutture fondamentali e nell’alfabetizzazione digitale; stabilire meccanismi istituzionali, software e hardware per un’IA affidabile; e dare priorità alle applicazioni in base al nostro quadro sistematico di valutazione dei benefici e dei rischi proposto.

I primi sviluppi scientifici nei sistemi di approvvigionamento di acqua potabile e di smaltimento delle acque reflue (di seguito incapsulati come “sistemi idrici”) hanno consentito alle società antiche di trasformarsi in metropoli urbane oltre le loro origini lungo il fiume e di sviluppare resilienza alle perturbazioni meteorologiche, compresi periodi umidi e secchi1. Ad esempio, i Nazcani costruirono acquedotti sotterranei per trasportare l’acqua potabile su lunghe distanze mitigando al contempo le perdite per evaporazione2, e la civiltà della valle dell’Indo costruì fogne in mattoni per drenare bagni e latrine in pozzi isolati per mitigare l’esposizione delle persone alle acque reflue3.

Sebbene le imprese ingegneristiche abbiano prodotto molteplici benefici, alcuni casi di innovazione tecnologica hanno dato luogo a “trappole del progresso”: eventi in cui l’ingegno umano nel risolvere un dato problema manifesta inavvertitamente problemi imprevisti che superano la capacità della società e della tecnologia di risolverli4. Ad esempio, le tubature in piombo dell’Antica Roma erano una meraviglia dell’ingegneria, poiché collegavano la sua vasta popolazione a reti idriche e di acque reflue affidabili, ma i suoi deflussi sono stati anche collegati alla contaminazione dell’acqua del porto con piombo, potenzialmente avvelenando la vita marina e le persone5.

Più recentemente, l’irrigazione agricola artificiale ha impoverito le falde acquifere sotterranee6 e causato la salinizzazione7. Il trattamento delle acque reflue ha inavvertitamente contribuito al riscaldamento globale, alla tossicità e all’acidificazione8. La desalinizzazione dell'acqua di mare ha causato l'inquinamento dell'aria, del mare e del suolo9. Le innovazioni nei settori adiacenti che realizzano benefici a breve termine hanno creato problemi a lungo termine per le risorse idriche, come le dighe idroelettriche per la produzione di energia che degradano gli ecosistemi acquatici, le dinamiche biogeochimiche e la qualità dell’acqua10. Nonostante le innovazioni di successo ed essenziali nei sistemi idrici, la nostra sete di risoluzione dei problemi basata sulla tecnologia ci ha spesso rinchiusi in trappole di progresso cronico.

Oggi, circa il 25% della popolazione mondiale non ha accesso all’acqua pulita, il 50% non ha accesso ai servizi igienico-sanitari e il 30% non ha accesso alle strutture igieniche11. Il cambiamento climatico antropogenico minaccia di esacerbare questi problemi, con temperature più elevate che aumentano la scarsità d’acqua a livello globale ed eventi estremi, tra cui tempeste, inondazioni e siccità, che danneggiano le infrastrutture dei sistemi idrici nei paesi sviluppati e minano gli sforzi per l’acqua, i servizi igienico-sanitari e l’igiene (WASH) nei paesi in via di sviluppo12.

In questo contesto, l’intelligenza artificiale (AI), e la sua suddivisione del machine learning (ML), è l’ultimo intervento tecnologico proposto per risolvere i problemi dei sistemi idrici costruendo la resilienza climatica, migliorando le prestazioni delle infrastrutture e, in casi limitati, assistendo gli sforzi WASH. . Tuttavia, le crescenti applicazioni dell’intelligenza artificiale possono dare origine a problemi seri e inaspettati che sono sottovalutati e devono essere gestiti in modo responsabile e preventivo per evitare di compromettere involontariamente gli sforzi volti a raggiungere l’Obiettivo di sviluppo sostenibile 6.