Comprendere come le scelte dei singoli possano trasformarsi in comportamenti collettivi è una delle sfide più affascinanti della scienza contemporanea. Un nuovo studio pubblicato su Nature Communications presenta per la prima volta un modello matematico capace di descrivere questo meccanismo, aprendo prospettive concrete per il controllo di traffico, folle, flotte di droni e persino popolazioni cellulari.
La ricerca è stata guidata dal Professor Mario di Bernardo professore ordinario di Automatica presso l’Università degli Studi di Napoli – Federico II, componente del collegio dei docenti e coordinatore del corso di dottorato di ricerca in Modeling and engineering risk and complexity (MERC) della Scuola Superiore Meridionale (SSM) insieme alla professoressa Sabine H. L. Klapp della Technische Universität Berlin, e svolto da Andrea Lama, primo autore del lavoro e dottorando della Scuola Superiore Meridionale .
“Il nostro modello matematico rappresenta un passo in avanti significativo perché mostra come i processi decisionali introducano naturalmente asimmetrie nelle descrizioni matematiche di sistemi complessi,” spiega il Professor di Bernardo. “Questo ci permette di predire transizioni da stati disordinati a stati organizzati e di progettare comportamenti collettivi desiderati.”
Per validare l’approccio, i ricercatori hanno analizzato il caso di un gruppo di “pastori” (robot o agenti di controllo) che guidano un “gregge” di agenti in uno spazio delimitato. Le equazioni sviluppate dimostrano come le decisioni dei singoli possano trasformarsi in dinamiche collettive prevedibili e controllabili, con scenari applicativi che vanno dall’evacuazione sicura di una folla al coordinamento di robot in missioni complesse.
“Abbiamo dimostrato che le decisioni degli agenti creano nuove forme di interazioni, diverse da quelle tradizionali della fisica,” sottolinea Andrea Lama. “Questo apre una nuova classe di modelli matematici, più efficaci per predire e controllare il comportamento collettivo.”
Le implicazioni pratiche della ricerca sono ampie e trasversali:
- Robotica di sciame: coordinamento intelligente di flotte di droni.
- Gestione del traffico: ottimizzazione dei flussi urbani.
- Sicurezza delle folle: protocolli avanzati per grandi eventi.
- Biologia: comprensione della migrazione collettiva negli animali.
Un risultato dell’eccellenza della ricerca meridionale
La pubblicazione su Nature Communications rappresenta un riconoscimento internazionale per la ricerca meridionale e per la Scuola Superiore Meridionale di Napoli, che si conferma centro di eccellenza nello studio e nel controllo dei sistemi complessi.
«È un risultato che dimostra la forza dell’approccio interdisciplinare,» conclude di Bernardo. «Unendo teoria del controllo e fisica statistica, possiamo affrontare problemi reali con strumenti nuovi e potenti, a beneficio della società.»
Riferimento pubblicazione: Lama, A., di Bernardo, M. & Klapp, S.H.L. “Nonreciprocal field theory for decision-making in multi-agent control systems.” Nature Communications 16, 8450 (2025). DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-63071-4