MILANO. Il Digital Twin, copia digitale di un sistema fisico finora applicato a macchine e impianti, entra per la prima volta dentro la postazione di lavoro e riguarda direttamente l’operatore umano nella manifattura. Sensori, intelligenza artificiale e robot collaborativi vengono utilizzati per leggere e analizzare in tempo reale lo stato fisico e cognitivo di chi lavora, non per sostituirlo, ma per comprenderne condizioni, limiti e bisogni durante l’attività. L’obiettivo è progettare postazioni più sicure, ergonomiche e realmente umano-centriche, capaci di adattarsi alla persona e non il contrario.
È questo il principio alla base di “Human Digital Twin for Future Manufacturing Systems”, sviluppato all’interno dello Spoke 8 di Fondazione MICS – Made in Italy Circolare e Sostenibile, Partenariato Esteso finanziato dal MUR (Ministero dell’Università e della Ricerca) con fondi PNRR. Il progetto nasce dalla necessità di superare il concetto tradizionale di Digital Twin applicato esclusivamente a macchine e impianti, introducendo invece un gemello digitale umano in grado di dialogare istantaneamente con l’ambiente produttivo e con i sistemi automatizzati.
Coordinato dalla professoressa Daria Battini dell’Università degli Studi di Padova, ha coinvolto un team di 20 ricercatori, di cui 12 under 40 e 6 donne. Insieme all’Università di Padova, hanno partecipato alle attività di ricerca anche l’Università di Brescia, il Politecnico di Milano e il Politecnico di Torino, con il coinvolgimento diretto di Leonardo, partner industriale per la sperimentazione in ambiente reale. In particolare, nei test di Leonardo sono stati coinvolti: Nicola Berti, Mattia Guidolin e Monica Reggiani dell’Università di Padova, Sara Tonello ed Emilio Sardini dell’Università di Brescia e Giovanni Minei, Gianluca Rizzi e Carmine Cante di Leonardo.
Questo lavoro congiunto ha portato allo sviluppo di un prototipo hardware e software funzionante di Human Digital Twin, passando da una fase iniziale di ricerca concettuale a un sistema testato in laboratorio e validato anche in un contesto industriale. L’obiettivo del progetto è dimostrare che è possibile costruire una rappresentazione digitale dinamica dell’operatore mentre svolge le proprie attività, capace di monitorare in tempo reale postura, movimenti, affaticamento muscolare e stress cognitivo. Queste informazioni vengono utilizzate non solo per un semplice monitoraggio ergonomico, ma per riprogettare postazioni, processi e interazioni uomo-macchina secondo i principi dell’Industria 5.0, dove la sostenibilità sociale, l’inclusività e il benessere della persona diventano parte integrante della produttività.
Le tecnologie che permettono di leggere il corpo in tempo reale
Il cuore tecnologico dello Human Digital Twin risiede nell’integrazione di sensori indossabili, dispositivi ambientali e strumenti biometrici in grado di acquisire in modo continuo dati relativi all’attività muscolare, alla postura, ai movimenti, alla frequenza cardiaca e ai segnali di stress cognitivo. Tali flussi informativi eterogenei vengono sincronizzati e orchestrati attraverso un’infrastruttura basata su ROS (Robot Operating System), che funge da livello di interoperabilità tra il sistema fisico e il suo gemello digitale, garantendo coerenza temporale, sincronizzazione dei segnali e bassa latenza.
Su questa base, un software di nuova concezione elabora i dati multisorgente per supportare il calcolo di differenti indici ergonomici e l’esecuzione di simulazioni avanzate, consentendo l’analisi dinamica delle condizioni operative e dell’interazione uomo–sistema.
Su questa architettura si innesta l’intelligenza artificiale, utilizzata sia per la ricostruzione della cinematica del corpo e la stima della postura, sia per l’anticipazione di comportamenti e situazioni di rischio. L’impiego di modelli linguistici consente inoltre all’operatore di interagire con il sistema in linguaggio naturale, restituendo anche percezioni soggettive di affaticamento o difficoltà. In questo modo il gemello digitale non osserva soltanto cosa fa l’operatore, ma comprende anche come lo sta facendo.
La sperimentazione industriale di Leonardo
La sperimentazione si è svolta nello stabilimento Leonardo di Bacoli e si è basata sul monitoraggio di un’operazione complessa: la calibrazione manuale di una grande antenna parabolica, attività che richiede giorni di lavoro, posture scomode, movimenti millimetrici e un elevato carico di concentrazione.
Lo Human Digital Twin ha consentito di monitorare in tempo reale lo stress fisico e cognitivo dell’operatore e di segmentare il processo nelle sue fasi più critiche. A partire poi dai dati raccolti è stato possibile simulare uno scenario futuro con l’introduzione di un robot collaborativo a supporto delle attività più ripetitive e gravose. La simulazione ha evidenziato una riduzione superiore al 50% dello stress fisico e cognitivo e un miglioramento significativo della postura e dell’efficienza operativa. I test nella nuova configurazione uomo-robot saranno completati nei primi mesi del 2026.
Il caso Leonardo dimostra come lo Human Digital Twin possa diventare uno strumento operativo per guidare la progettazione delle postazioni manifatturiere, consentendo di prevenire dinamicamente i rischi ergonomici, adattare le attività al benessere dell’operatore e progettare ambienti di lavoro più inclusivi, adatti a una forza lavoro sempre più eterogenea e longeva. Questo approccio rende possibile ripensare la collaborazione uomo-robot non come sostituzione, ma come supporto attivo alla persona.
“Il nostro compito non era inventare un nuovo software di ergonomia digitale, ma dimostrare che è possibile costruire un vero e proprio gemello digitale umano in tempo reale, farlo funzionare in laboratorio e poi portarlo in azienda. Oggi riusciamo a sapere cosa sta facendo un operatore in ogni istante, ma anche come reagisce il suo fisico e il suo sistema cognitivo. Questo ci permette di prevedere affaticamento muscolare e stress e di ripensare le postazioni di lavoro a partire dalla persona, integrando tecnologia, sicurezza e benessere. La tecnologia, in questo caso, non sostituisce il lavoratore, ma lo protegge, lo ascolta e lo valorizza”, afferma la professoressa Daria Battini, Università di Padova.
Gli obiettivi di Fondazione MICS
L’obiettivo di Fondazione MICS – Made in Italy Circolare e Sostenibile – è quello di promuovere la sostenibilità nei settori chiave del Made in Italy, con particolare attenzione a tre settori industriali strategici, quali: abbigliamento-moda, arredamento e automazione. Le azioni principali sono orientate all’innovazione dei processi produttivi attraverso soluzioni digitali; all’implementazione di principi di eco-design per ridurre l’impatto ambientale e allo sviluppo di materiali sostenibili, privilegiando quelli riciclati e riutilizzabili.
I progetti di Fondazione MICS e le aree tematiche
I progetti MICS toccano infatti una o più delle otto aree tematiche di ricerca che lo caratterizzano, denominate Spoke. Ogni Spoke identifica un settore di ricerca nell’ambito della quale i partner di MICS collaborano seguendo un percorso comune.
- SPOKE 1: “Design digitale avanzato: tecnologie, processi e strumenti” guidato da Flaviano Celaschi, Alma Mater Studiorum – Università di Bologna;
- SPOKE 2: “Strategie di eco-design: dai materiali ai sistemi prodotto-servizio (PSS)” guidato da Giuseppe Lotti, Università degli Studi di Firenze;
- SPOKE 3: “Prodotti e materiali verdi e sostenibili da fonti non critiche e secondarie” guidato da Pierluigi Barbaro, Consiglio Nazionale delle Ricerche;
- SPOKE 4 “Materiali intelligenti e sostenibili per prodotti e processi industriali circolari e aumentati” guidato da Domenico Caputo, Università degli Studi di Napoli Federico II;
- SPOKE 5: “Fabbriche e processi a ciclo chiuso, sostenibili e inclusivi” guidato da Sergio Terzi, Politecnico di Milano;
- SPOKE 6: “La manifattura additiva come fattore dirompente della Twin Transition” guidato da Federica Bondioli, Politecnico di Torino;
- SPOKE 7: “Modelli di business innovativi e orientati al consumatore per catene di approvvigionamento resilienti e circolari” guidato da Ilaria Giannoccaro, Politecnico di Bari;
- SPOKE 8: “Progettazione e gestione della fabbrica orientata al digitale attraverso l’Intelligenza Artificiale e gli approcci basati sull’analisi dati” guidato Daria Battini, Università degli Studi di Padova.
La realizzazione di questi progetti è resa possibile da una dotazione di oltre 125 milioni di euro – di cui 114 milioni provenienti dai fondi del PNRR e più di 11 milioni di cofinanziamento da parte dei 13 partner privati di MICS – che hanno reso il Partenariato protagonista nella realizzazione della Missione 4 “Istruzione e Ricerca” del PNRR.
Questo ammontare rappresenta il più alto mai stanziato per progetti di ricerca nell’ambito dell’economia circolare e sostenibile in Italia, con l’obiettivo di creare un ambiente di ricerca pubblico-privato condiviso, autosufficiente, auto-rigenerativo, affidabile, sicuro e sostenibile, dalla progettazione alla produzione. Di questi fondi, il 40% di quelli pubblici è destinato al Mezzogiorno, territorio soggetto a un recente e importante sviluppo tecnologico e industriale.
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