Studiare la natura per capirne le dinamiche e cercare, nei limiti del possibile, di controllarle. È questo il lavoro di Giulia Giordano, docente di teoria dei sistemi dinamici e del controllo all’Università di Trento e coordinatrice dell’Erc Starting Grant “Inspire”. Partito a gennaio dello scorso anno, il progetto proseguirà fino a tutto il 2027 con l’obiettivo di elaborare metodi matematici in grado di spiegare i meccanismi che stanno alla base di fenomeni importanti come la dinamica cellulare, l’insorgenza di malattie o la diffusione di epidemie.
Professoressa Giordano, ci racconta il progetto Inspire?
«Inspire studia le dinamiche della natura attraverso la teoria dei sistemi e del controllo, una disciplina al confine tra la matematica e l’ingegneria che si occupa di fenomeni che evolvono nello spazio e nel tempo. Tutto ciò che ci circonda si trasforma secondo meccanismi che possono essere descritti sotto forma di equazioni differenziali. Il progetto Inspire mira a sviluppare nuove metodologie per comprendere la straordinaria robustezza dei meccanismi naturali che incontriamo in contesti diversi, dal funzionamento interno delle cellule all’insorgenza di una malattia, dalle epidemie allo sviluppo dell’antibiotico-resistenza. Il nostro obiettivo è quello di capire come funzionano i sistemi naturali e come riescono a preservare determinati comportamenti, fondamentali per la sopravvivenza, nonostante l’incertezza del contesto in cui operano. Ai meccanismi che garantiscono la robustezza della natura possiamo anche ispirarci quando, da ingegneri, realizziamo sistemi che devono operare correttamente nonostante incertezze e variabilità».
Com’è composto il suo gruppo di ricerca?
«Al momento è composto dai post-doc Francesca Calà Campana, Rami Katz e Daniele Proverbio e dal dottorando Uros Sutulovic, a UniTrento, e dal dottorando Maarten de Jong all’Università di Delft, dove ho lavorato in passato e dove sono tuttora visiting professor. Un altro dottorando a Delft, Carlos Andrés Devia, ha conseguito il titolo l’anno scorso. Quello di Inspire è un gruppo di ricerca interdisciplinare e internazionale con competenze eterogenee: teoria dei sistemi e del controllo, matematica, fisica, biologia dei sistemi, bioinformatica e ingegneria del controllo».
Come si è accostata a questo ambito di ricerca?
«Non è stato un percorso lineare. Già da bambina mi appassionava la ricerca scientifica, ma anche la letteratura e la scrittura creativa. Mi è sempre piaciuto scoprire e comprendere il mondo circostante, ma anche creare e costruire. Il percorso di studi mi ha portato all’ingegneria elettronica, nell’ambito della quale sono sempre stata attratta dalle discipline più astratte e fortemente matematiche. Amo la teoria dei sistemi e del controllo perché è intrinsecamente interdisciplinare e con i suoi strumenti rigorosi abbraccia lo studio dei fenomeni più diversi, nella natura e nella tecnologia, ma non solo. Ci sono addirittura pubblicazioni che usano questa teoria per analizzare le trame di romanzi, o l’andamento nel tempo della creatività di intellettuali e musicisti».
Cos’hanno in comune scrittura e ricerca scientifica?
«In entrambi i casi sono fondamentali creatività e rigore. A me piace scrivere soprattutto romanzi gialli storici. Per farlo, occorre documentarsi molto: si vestono i panni dello scienziato e del ricercatore. Importante è poi la solidità della trama: gli indizi devono essere parte di una ragnatela dove tutto si tiene. Chi scrive – così come chi fa ricerca – deve avere curiosità, fantasia e volontà di rivelare qualcosa che prima non era conosciuto. Un parallelo interessante è quello tra scienziato e detective: entrambi cercano indizi per risolvere un problema. Lo scienziato – come il detective – è cercatore di verità in un mondo complesso, con fantasia, intuizione e creatività, ma anche con rigore».
Come si vede da qui a 10 anni?
«Non sono una grande pianificatrice, ho sempre la sensazione del tempo che sfugge e quindi preferisco godermi il presente e cogliere l’attimo. Sicuramente serve un compromesso, soprattutto nella pianificazione di un progetto di ricerca. Ma cerco sempre di ascoltare il presente: a volte, inseguendo a tutti i costi un piano predeterminato per il futuro, non ci si accorge di qualcosa di bello vicino a noi. La serendipity (l'occasione di fare scoperte per puro caso, ndr) è molto importante anche in ambito scientifico e l’imprevisto è stato il seme di scoperte fondamentali. In generale, in futuro vorrei veder crescere il mio gruppo di ricerca e impegnarmi per offrire sempre più contributi scientifici importanti, che abbiano un grande impatto non solo nel mio settore, ma anche nelle scienze della vita e in ambiti interdisciplinari».
Unveiling the secret mechanisms of nature
Giulia Giordano studies dynamical systems in nature to understand phenomena such as epidemics or antibiotic resistance
Giulia Giordano’s research interests revolve around studying nature so as to understand, and possibly control, its dynamics. A professor of dynamical systems and control theory at the University of Trento, she is the coordinator of the ERC Starting Grant "Inspire". The project, which started in January last year and will continue until 2027, aims at developing mathematical methods that can explain the mechanisms underlying important phenomena such as cellular dynamics, the onset of diseases or the spread of epidemics.
Professor Giordano, can you tell us about the Inspire project?
"Inspire studies the dynamics of nature through the lens of systems and control theory, a discipline at the boundary between mathematics and engineering that focuses on phenomena that evolve in space and time. Everything around us evolves according to mechanisms that can be described using differential equations. The Inspire project aims to develop new methodologies to understand the extraordinary robustness of many natural mechanisms that we can find in different contexts, from the internal functioning of cells to the onset of a disease, from epidemics to the development of antibiotic resistance. Our goal is to understand how natural systems work and how they manage to maintain certain behaviours, which are fundamental for survival, despite the uncertainty of the context in which they operate. The mechanisms that guarantee the robustness of nature are also a source of inspiration for us when, as engineers, we design systems that must work properly despite uncertainties and variability."
What about your research group?
"At the moment the group includes post-docs Francesca Calà Campana, Rami Katz and Daniele Proverbio and a PhD student, Uros Sutulovic, at UniTrento, as well as Maarten de Jong, another PhD student, at the Delft University of Technology, where I worked in the past and where I am still a visiting professor. Another PhD student in Delft, Carlos Andrés Devia, earned his PhD last year. The research group is highly interdisciplinary and international, and it includes members with very different backgrounds and skills in systems and control theory, mathematics, physics, systems biology, bioinformatics and control engineering."
What led you to this area of research?
"It was not a straightforward path. As a child, I was passionate about scientific research, but also about literature and creative writing. I have always enjoyed discovering and understanding the world around me, but also creating and developing. I ended up studying electrical engineering, and I was particularly interested in the most mathematical and abstract disciplines. I love systems and control theory because it is inherently interdisciplinary and its rigorous tools allow us to study the most diverse phenomena, in nature, in technology, and beyond. There are publications that use this theory even to analyse the plots of novels, or the evolution of the creativity of intellectuals and musicians over time."
What do writing and scientific research have in common?
"Creativity and rigour are fundamental for both. I especially like to write historical crime novels. This requires reading up a lot to collect documentation, exactly as a scientist and a researcher. Also, the plot must be solid: the clues must be revealed with perfect timing and compose a precise mosaic. Writers – as well as researchers – must be curious, imaginative and passionate about shedding light on mysteries. Interestingly, both scientists and detectives look for the right clues to solve a problem. Scientists – like detectives – search for the truth in a complex world with imagination, intuition and creativity, but also with rigour."
Where do you see yourself 10 years from now?
"I'm not fond of planning, I always have the feeling that time is slipping away and therefore I prefer to enjoy the present and seize the moment. Of course, a compromise is necessary, especially when you have to plan for the execution of a research project. However, I am always mindful about the present: sometimes, when focusing on a plan for the future, you lose sight of something important near you. Serendipity (an unplanned fortunate discovery, ed.) also plays a key role in science, where unexpected results have led to life-changing discoveries. In general, in the future I would like to see my research group grow and to strive so as to offer more and more important scientific contributions that have a great impact not only within my field, but also in the life sciences and at an interdisciplinary level."