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Come prevedere il suono che produrrà un pezzo di legno una volta trasformato in una tavola di violino? Che forma dargli perché suoni al meglio? Ci pensa l’intelligenza artificiale.
Una ricerca ha permesso di dimostrare come intelligenza artificiale, simulazione fisica e artigianato possano unirsi per far luce sull’arte della liuteria. Ce ne parla Sebastian Gonzalez che ci racconta la sua storia e come è arrivato a trovare la perfetta sintesi fra i suoi studi di fisica e di liuteria.
Sebastian, come hai conosciuto la città della liuteria?
Mi sono trasferito a Cremona nel novembre del 2019. Circa un anno prima avevo visitato questa città per la fiera Mondo Musica e avevo scoperto il laboratorio di Musical Acoustics Lab, che si trova all’interno del Museo del Violino di Cremona. Dopo aver bussato alla porta e chiesto di fare un tour, mi sono detto: “Come mi piacerebbe lavorare in questo posto!”.
Un desiderio che poi si è avverato?
Allora avevo appena finito il mio secondo postdoc in Cile, studiando colloidi attivi, e mi stavo dividendo fra il mio laboratorio di chitarra e il lavoro scientifico di analisi dei dati. Non avrei mai pensato che sarebbe stato possibile unire in un unico lavoro la mia formazione di fisico con il mio amore per la costruzione di strumenti.
Come nasce questa tua passione?
Poco prima di finire il mio dottorato di ricerca, nel 2013 ho incontrato la famiglia della mia prima moglie. Sono liutai da tredici generazioni. Originario di Markneukirchen, che può essere considerata un po’ la Cremona tedesca, Opa, il padre di mia suocera aveva lasciato la DDR negli anni ’60 e si era trasferito a Celle, in Bassa Sassonia, dove si è specializzato in strumenti barocchi.
La prima volta che entrai nel suo laboratorio era un pomeriggio di ottobre, mentre filtravano le ultime luci del giorno. In quel momento fui avvolto dall’odore di propoli, sandracca, gommalacca e legno vecchio. Rimasi incantato a guardare i bellissimi strumenti appesi alle pareti e negli armadi. Si respirava la storia, costruita a mano con pochi strumenti artigianali, e la conoscenza tramandata da maestro ad apprendista per 300 anni.
Questa era esattamente la mia idea di Europa e ciò che apprezzavo in essa. Gli scalpellini del sud della Francia, gli orafi fiamminghi, i liutai italiani, le tradizioni che hanno creato il terreno fertile in cui la scienza poteva finalmente decollare e cambiare il mondo in modi mai immaginati prima.
Raccontaci dei tuoi primi approcci con il legno e gli strumenti del liutaio…
Il primo legno che Opa mi ha messo in mano per trasformarlo in “riccio” si è rapidamente trasformato in legna da ardere. [ride] Ho capito subito che non era facile, che semplicemente non “vedevo” cosa avrei dovuto fare.
E cosa hai deciso di fare per iniziare a vederlo?
Ho deciso allora di intraprendere un viaggio di diversi anni nella costruzione di strumenti. Sapere è fare qualcosa con precisione, e dopo il dottorato ho capito che ci vuole tempo. Come una lumaca con la casa sulle spalle, per 5 anni ho portato i miei strumenti dalla Germania all’Ecuador, all’Austria e infine al Cile, dove ho aperto un laboratorio con una coppia di amici, e ho costruito la mia prima chitarra. Durante quel periodo ho anche imparato da solo i metodi di calcolo FEM (Finite Elements Method) e BEM (Boundary Element Method) cercando di usarli per comprendere la costruzione di strumenti.
Come nasce l’idea della tua ricerca?
Dopo la visita al Cremona Lab sono stato licenziato dal mio lavoro di data scientist e a novembre 2019 ho deciso di provare a lavorare a Cremona, scrivendo una lettera al professor Augusto Sarti che in sintesi diceva così: “Ciao sono Sebastian, fisico e liutaio e mi piacerebbe lavorare con te”. Augusto ha avuto la lungimiranza e la fiducia, che io allora non avevo, e mi ha dato un’opportunità. A dicembre abbiamo avuto la visita degli studenti della laurea magistrale e uno di questi, Davide Salvi, anche lui mandolinista professionista, ha voluto fare una tesi su violini. Avevo recentemente sviluppato un modo per progettare parametricamente i contorni del violino e proposto a Davide di studiare se una rete neurale sarebbe in grado di prevedere le frequenze proprie della tavola a partire dai loro parametri geometrici.
la parametrizzazione della forma esterna della tavola (a) e l’effettiva modellazione geometrica usata (b).
Poi però il mondo viene bloccato dalla pandemia…
È vero. Infatti il lavoro di tesi di Davide inizia e finisce via skype. Parlo con lui quotidianamente dalla Germania e poi dal Cile su quali esperimenti eseguire. Inizia riproducendo il profilo parametrico e sviluppando una formula per l’arcata trasversale. Una volta che mi trasferisco in Cile, i nostri colloqui iniziano intorno alle 10 del mattino e terminano alle 4 del mattino successivo. Poi vado a letto, mentre Davide passa la giornata a sistemare qualche bug. Trascorriamo così alcune settimane, o forse mesi, finché alla fine abbiamo dei risultati soddisfacenti.
Nonostante non sia stato affatto facile, siete però riusciti ad arrivare ad importanti conclusioni…
Tornato in Italia, ad agosto ho iniziato a parlare con il mio ex capo Daniel Baeza su come interpretare i risultati della rete neurale. Abbiamo misurato l’entropia reciproca, le correlazioni e un sacco di altre cose per arrivare finalmente all’importanza della caratteristica presentata nello studio. Cioè quali siano i parametri più importanti del profilo del violino per prevedere la risposta vibrazionale. Nel nostro caso, la larghezza del violino era la più importante, seconda solo alla velocità del suono del materiale di cui è composta la tavola del violino.
Sulla destra tre esempi di tavole del dataset.
Che cosa ti ha insegnato questo intenso lavoro di ricerca?
Le discipline scientifiche sono esseri divertenti, di solito è necessario uno sguardo esterno per sfidare lo status quo. Noi lo abbiamo fatto con questo studio pubblicato su Nature Scientific Reports che mostra che l’intelligenza artificiale può far luce laddove la tradizione segue ciecamente ricette preconfezionate e collaudate.
Invito tutti a restare sintonizzati per saperne di più, perché abbiamo molte idee su come applicare l’intelligenza artificiale alla costruzione di strumenti musicali!