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Dai modelli decompressivi agli algoritmi per la sicurezza dell’immersione – matematica applicata alla subacquea – parte terza

Reading Time: 8 minutes

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livello medio

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ARGOMENTO: SUBACQUEA
PERIODO: XXI SECOLO
AREA: DIDATTICA
parole chiave: matematica applicata alla subacquea
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Abbiamo dedicato questo articolo, del quale siamo giunti alla terza e ultima parte, per riflettere su quanto grande sia l’impatto delle leggi matematiche in ogni attività umana. Più o meno semplici algoritmi ci consentono di elaborare dati, interpretare fenomeni fisici e predire fenomeni che si evolvono nel tempo, al fine di gestire al meglio le attività operative che ad essi sono legate.

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Dopo aver descritto nella prima e seconda parte dell’articolo le più importanti caratteristiche di una funzione matematica ed aver esplorato le leggi più significative legate alle attività subacquee, prima fra tutti la legge esponenziale, ci troviamo ora al coronamento della nostra immersione nel mondo dei numeri: esplorare il significato e lo scopo dei modelli ed algoritmi decompressivi

Il desiderio di ogni appassionato subacqueo è provare l’affascinante avventura di esplorare i fondali marini, volando senza peso, tra pesci di mille colori e ambienti di struggente e incontaminata bellezza.  Il problema è che il subacqueo non è un pesce, e non avendo branchie per estrarre dall’acqua l’ossigeno in essa disciolto, deve respirare miscele gassose ad una pressione uguale a quella dell’ambiente circostante.  Come noto, ciò è causa del passaggio in soluzione del gas inerte nei tessuti e del successivo rilascio di tale gas inerte durante la risalita verso la superficie, che dovrà prima o poi avvenire per permetterci di tornare al nostro ambiente naturale. 

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Sappiamo di dover sottostare a delle regole ben precise per evitare che il rilascio del gas inerte avvenga con una eccessiva produzione (o meglio crescita di volume) di bolle gassose nei tessuti, per limitare il rischio di malattia da decompressione. Qualunque sia il metodo noi utilizziamo per ottenere questo risultato,  l’utilizzo di tabelle,  l’applicazione di metodi decompressivi mnemonici, o l’uso di un computer subacqueo, stiamo di fatto applicando un algoritmo decompressivo, a sua volta determinato in base ad un modello decompressivo specifico.

La parola algoritmo è una delle più utilizzate nel villaggio globale, e come spesso accade quando un termine schiettamente tecnico diviene di uso comune, ne risulta in parte snaturato e si tende a trascurarne o perderne del tutto il significato. Un algoritmo non è altro che una sequenza di operazioni che consente di raggiungere un obiettivo specifico, o meglio, tutti gli obiettivi dello stesso tipo (stessa classe in gergo tecnico).  Si tratta di un concetto base dell’informatica, la scienza che applica l’automazione al trattamento dei dati. Ci sono diversi requisiti generali che caratterizzano un algoritmo, ma il più importante e critico è che i singoli passi che lo compongono, o istruzioni, devono essere non ambigue, e fornire sempre lo stesso risultato qualunque sia l’esecutore.

Il concetto di algoritmo è stato sviluppato principalmente nell’ambito dell’automazione del calcolo, ma in realtà è pienamente valido in campi del tutto diversi e trova applicazione tutte le volte che si ricerca la soluzione di un problema tramite una lista istruzioni semplici, ripetibili e non ambigue, come la check list di un pilota di aereo, la ricetta degli spaghetti alla carbonara, un processo di automazione industriale o l’utilizzo delle tabelle decompressive in immersione.

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Le procedure decompressive, che mettiamo in atto durante la risalita di una immersione, sono sempre il risultato della applicazione di un algoritmo.

Attenzione! Questo concetto non si riferisce necessariamente o esclusivamente all’utilizzo del computer subacqueo, all’interno del quale l’algoritmo è implementato tramite un programma software; anche agire in base ad un procedimento mnemonico o una procedura decompressiva basata su tabelle non è altro che l’applicazione di un algoritmo.  Lo sviluppo di un algoritmo nasce sempre da regole matematiche o modelli: anche la ricetta per fare una torta è a tutti gli effetti un algoritmo se priva di istruzioni ambigue (come agitare bene o aggiungere un ingrediente a piacere) e presume l’esistenza di un modello, ovvero la conoscenza degli effetti della temperatura e della miscelazione sugli  ingredienti, per ottenere il risultato finale.

Nell’ambito delle attività subacquee, i modelli decompressivi sono il punto di partenza per lo sviluppo degli algoritmi.  Si tratta di macchine virtuali il cui funzionamento approssima il comportamento dell’organismo umano durante la respirazione di gas compressi. Ovviamente parliamo di modelli estremamente semplificati, quasi rudimentali se paragonati alla complessità del fenomeno reale, la cui aderenza alla realtà dipende fortemente dal livello di conoscenza che si ha della fisiologia iperbarica. Per questo i modelli decompressivi e gli algoritmi che ne derivano sono in continua evoluzione, e specialmente nella seconda metà del secolo scorso sono stati sviluppati in gran numero e varianti.

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Tra i modelli esistenti capita infatti spesso di osservare uno o più contenitori chiusi contenenti liquidi a contatto con gas ad alta pressione, che possono essere variati spostando un pistone. E’ una semplice ed intuitiva rappresentazione di come può essere schematizzata la risposta di un tessuto alla pressione dei gas respirati in termini di assorbimento e rilascio dei gas inerti. Stabilite le regole matematiche che governano il fenomeno fisico schematizzato (gas, liquido e azione del pistone), esse vengono trasposte al caso reale, generando, nel caso di un computer subacqueo, un algoritmo che rileva ciclicamente un certo numero di variabili in input (principalmente tempo e pressione ambiente); quindi le elabora in accordo a leggi matematiche note, relative alla soluzione dell’inerte nei tessuti, integra i risultati nel tempo e li confronta con limiti interni, eventualmente modificati in base alla configurazione del computer. L’output è il tempo residuo spendibile entro curva di sicurezza oppure, se l’immersione richiede una decompressione, il numero e la durata delle soste decompressive da eseguire.

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Come sappiamo i tanti modelli sviluppati e gli algoritmi decompressivi ad essi associati sono stati classificati in base alle caratteristiche generali che li contraddistinguono; per questo abbiamo fatto l’abitudine a trattare con algoritmi tipo esponenziale-esponenziale, esponenziale-lineare, a fase singola o “a bolle”, haldaneani, compartimentali serie o parallelo, deterministici, probabilistici, e così via.

La copiosità e variabilità dei modelli e algoritmi decompressivi disponibili sembrerebbe negare uno degli assunti fondamentali di un algoritmo, ovvero la sua capacità di risolvere problemi della stessa classe in modo univoco e ripetibile.  La variabilità di cui disponiamo, e le dispute accesissime tra subacquei su quale sia la strategia decompressiva (algoritmo) migliore per gestire una immersione, derivano da altrettanta variabilità del modello, non dall’algoritmo sviluppato in base ad esso. Il modello è così variabile perché non è completa la conoscenza dell’organismo umano che respira gas compressi, e il privilegiare questa o quella ipotesi semplificativa porta alla realizzazione di modelli diversi.

C’è una osservazione importante da fare riflettendo sul tema degli algoritmi e sull’automazione nel trattamento dei dati, due argomenti che naturalmente sono strettamente collegati nel mondo dell’informatica, che ormai pervade quasi ogni aspetto della nostra vita. La qualità di un algoritmo, ovvero la sua efficacia, affidabilità e precisione nel risolvere il problema per il quale è stato sviluppato, dipende in modo decisivo dalla qualità ed efficacia del modello di riferimento ideato per descrivere il fenomeno fisico cui si riferisce, e non dal mezzo tramite il quale viene eseguito. Infatti, avere sviluppato un algoritmo per la soluzione di qualunque problema non richiede necessariamente che esso sia tradotto in un programma software da implementare in un computer. Da queste due considerazioni si capisce che molte delle polemiche tra appassionati sull’utilizzo o meno del computer subacqueo in immersione non hanno reale motivo di esistere.

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Qualunque subacqueo durante una immersione applica infatti un algoritmo per determinare il profilo decompressivo. Può essere l’uso di tabelle, la deco-mnemonica, un computer basato su uno dei tanti modelli esistenti, e così via.  Anche il computer subacqueo non fa che seguire fedelmente l’algoritmo implementato, che è lo specchio del modello decompressivo utilizzato.

Coloro che ritengono i computer subacquei inaffidabili o inutili, anziché fare la guerra al computer, dovrebbero chiedere di implementare nel computer gli algoritmi che ritengono più affidabili, spiegando bene in quali aspetti il modello di riferimento è migliore, fornendo dati, prove, test, e verifiche oggettive a supporto.

A proposito delle polemiche spesso molto accese tra fautori di questa o quella metodologia decompressiva, che spesso sconfinano nella rissa mediatica quando entra in ballo la questione dell’utilizzo del computer subacqueo, mi piace concludere questo articolo ricordando la vita e l’opera del personaggio che è forse stato il più grande tra i grandi, e che non è più tra noi dall’ormai lontano 1994. 

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Shek Exley, pioniere dell’immersione in grotta e dell’immersione profonda ed estrema, fu il primo al mondo a registrare a soli 23 anni oltre 1.000 immersioni in grotta, divenute poi nella sua carriera oltre 4.000. Lo scrittore Phillip Finch, nel suo libro “Diving into Darkness”, arriva ad affermare:  “Lo status di Sheck Exley in questo sport è quasi impossibile da sopravvalutare“. Shek morì a 45 anni durante una immersione a Zacaton, un cenote d’acqua dolce del Messico profondo 330 metri, mentre cercava di raggiungere i 1.000 piedi di profondità e stabilire un nuovo record. Citiamo Exley in omaggio all’argomento del presente articolo, proprio perché, al di fuori della sua travolgente passione, Sheck era un tranquillo e affabile insegnante di algebra al liceo Suwannee High, a Live Oak, in Florida.  Aveva però unito la sua professione alla sua passione sviluppando egli stesso i complessi calcoli dei propri profili e algoritmi decompressivi, e dedicando alle immersioni in grotta dei libri divenuti pietre miliari di questo tipo di attività subacquea.

Questa immagine ha l'attributo alt vuoto; il nome del file è shek-exle-cave.pngMa le qualità di Exley non si fermano al valore tecnico o pionieristico delle sue immersioni. Malgrado egli fosse riconosciuto da tutti, anche da coloro che non ne condividevano le idee, come una autorità assoluta nel campo delle immersioni in grotta, non è mai entrato in manifesta polemica con qualcuno. Ascoltava le tesi di tutti e evitava a qualunque costo polemiche e contrasti accesi, difendendo le sue opinioni ma lasciando sempre spazio agli altri, ascoltandone attentamente le ragioni. Il suo carattere affabile e bonario sembra quasi in contrasto con i suoi nervi d’acciaio, e la capacità incredibile che egli aveva di dominare le emozioni, mantenendo la lucidità e l’autocontrollo nelle situazioni più critiche, che avrebbero fatto perdere la tesa a chiunque altro.

Una lezione di umiltà per tutti noi che teniamo sempre un pò troppo all’affermazione del nostro ego, soprattutto quando ci capita di trovarci accanto ad una tastiera.

Luca Cicali
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