Ontologie EM

 

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Molti problemi in ambito elettromagnetico (EM) implicano un approccio multidisciplinare, richiedendo l’integrazione di diverse capacità, competenze e metodologie. A causa della complessità dei problemi da affrontare, inoltre, i ricercatori EM potrebbero trarre notevole vantaggio da soluzioni preesistenti: spesso accade che gruppi autonomi posseggano il know-how per risolvere parti differenti di un determinato problema e sviluppino autonomamente il software adatto. Emerge da ciò una forte necessità di cooperazione e condivisione di dati e risultati tra gruppi di ricerca fisicamente lontani ed operanti in diversi settori del dominio EM. Ciò, a sua volta, richiede che i ricercatori EM dispongano di un qualche strumento che consenta loro di codificare la conoscenza inerente il loro settore d’attività. Le ontologie si configurano come tecnologia in grado di fornire tale strumento.

A dispetto di ciò, e nonostante l’uso delle ontologie sia già ampiamente diffuso in molti settori scientifici tra cui la medicina, la biologia, la geografia e l’astronomia, soltanto di recente la comunità elettromagnetica si è avvicinata a questa attraente tecnologia, grazie ad una serie di studi pilota condotti nell’area del Computer Aided Design (CAD) di circuiti ed antenne a microonde. Fino ad oggi, tuttavia, non era stato compiuto alcuno sforzo di codifica della conoscenza che tentasse di includere l’intero dominio EM.

Un obiettivo di questo tipo, sicuramente ambizioso, richiede il coinvolgimento di tutta la comunità scientifica EM, al fine di garantire che la rappresentazione della conoscenza prodotta sia adeguatamente approvata e condivisa. Partendo da tali premesse, l’unità di ricerca operante nel settore delle tecnologie informatiche evolute per l’EM, afferente al gruppo di campi EM dell’Università di Lecce, ha intrapreso l’ambizioso lavoro di “organizzazione” della conoscenza inerente l’intero dominio EM, e di codifica della stessa in forma ontologica. Tale lavoro ha portato alla definizione di un’infrastruttura ontologica per la codifica dei concetti inerenti il dominio EM (denominata OntoCEM – Ontological Codification of EM) il cui principale intento è quello di favorire la cooperazione e la ricerca a grande scala in ambito EM, dove (come già precedentemente detto)  molti problemi hanno un carattere prettamente multidisciplinare. L’infrastruttura OntoCEM (rappresentata in Figura) è stata pensata e strutturata in maniera modulare e secondo un ordine gerarchico al fine di favorire la riutilizzabilità dei concetti definiti al suo interno e facilitare il processo di condivisione ed aggiornamento della conoscenza. Inoltre, al fine di validare ed accrescere l’interoperabilità  e la condivisibilità dell’infrastruttura OntoCEM, la stessa è stata popolata riutilizzando ontologie eventualmente già disponibili.

 

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L’ONTOLOGIA SUPERIORE

Alla sommità dell’infrastruttura  si colloca un’ontologia, detta appunto di “alto livello” o “superiore”, all’interno della quale sono definiti una serie di concetti sufficientemente generali da coprire un ampio range di domini. Scopo di tale ontologia è quello di fornire una struttura “concettuale” comune e generale sulla quale poter poi costruire qualsiasi ontologia di dominio. Come ontologia di alto livello è stata scelta SUMO (Suggested Upper Merged Ontology), poiché ritenuta migliore rispetto ad altre ontologie dello stesso tipo in quanto ad applicabilità ed usabilità.

LE ONTOLOGIE DI DOMINIO

A livello intermedio vi sono le ontologie di dominio: in esse sono definiti concetti specifici dei domini in esame. Tale livello è stato ulteriormente suddiviso in due parti: a livello superiore si collocano ontologie di dominio “scientifico” mentre a quello inferiore vi sono le ontologie del dominio EM. Quest’ulteriore suddivisione ha il compito di creare una sorta di ponte tra il contenuto astratto di SUMO e i concetti specifici del dominio EM. Come ontologie “scientifiche” sono state utilizzate le ontologie  pubblicate dal Dipartimento Astronomico dell’Università del Maryland (UMD); esse forniscono una vasta gamma di termini scientifici ed un buon numero di termini utili in ambito EM. Per quanto concerne invece le ontologie del dominio EM esse sono strutturate in maniera modulare ed implementate da zero.

Da quanto riportato in Figura si può notare come il dominio EM sia stato suddiviso in molteplici sotto-domini, per ciascuno dei quali è stata creata un’ontologia. Tale suddivisione è il risultato di un lavoro di ricerca in cui sono state esaminate molteplici sorgenti di conoscenza, quali: interviste ad esperti EM; argomenti proposti nell’ambito di conferenze del settore EM; organizzazioni in Società, Consigli, Comitati Tecnici e Commissioni Scientifiche attive in ambito EM; parole chiave suggerite dall’IEEE.

LE ONTOLOGIE APPLICATIVE

A livello inferiore dell’infrastruttura OntoCEM si collocano infine le cosìddette ontologie applicative: in esse sono codificati concetti inerenti applicazioni EM specifiche, quali ad esempio il CAD di antenne e circuiti a microonde. Obiettivo di tali ontologie è quello di specializzare ulteriormente i rispettivi domini, costituendo delle basi di conoscenza altamente settoriali.

 SISTEMA ESPERTO “ONTOLOGICO”

Un’ontologia viene comunemente definita come una “specifica formale di una concettualizzazione condivisa”. In quanto tale essa rappresenta uno strumento tramite cui poter esplicitare in maniera formale una “concettualizzazione” di un dato dominio di conoscenza e presentarla in una forma esplicita, standardizzata e comprensibile sia dall’uomo che da strumenti software. Partendo dalla concettualizzazione ontologica del dominio del problema e popolando i “concetti” con individui si ottiene una “base di conoscenza”. La realizzazione di “sistemi esperti” di tipo “ontologico” si rivela di grande utilità in vari contesti applicativi in ambito EM. Si pensi ad esempio alla scelta della metodologia d’analisi più opportuna alla risoluzione di un dato problema EM. Essa è scelta tutt’altro che banale poiché legata a molteplici fattori, tra cui la tipologia del problema in esame ed una serie di requisiti di performance definiti dallo stesso utente, tra cui ad esempio determinate caratteristiche di accuratezza, efficienza computazionale, tempi di calcolo, ecc.

La raccolta della conoscenza circa le diverse tipologie di “metodi d’analisi EM” e di “problemi EM” e la sua organizzazione in una struttura dati standard ed ampiamente condivisa come quella ontologica consente 1) da un lato di velocizzare ed automatizzare il processo decisionale precedentemente descritto; 2) dall’altro fornisce una sorta di “contenitore” di dati ed informazioni avente la caratteristica di essere condivisibile sul Web, facilmente accessibile, riutilizzabile, ampliabile e “processabile”da un “ragionatore”, vale a dire un’entità software in grado di effettuare ragionamenti su di essa e ricavare conoscenza implicita a partire da quella esplicita presente nell’ontologia.

A tal scopo l’unità di ricerca operante nel settore delle tecnologie informatiche evolute per l’EM, afferente al gruppo di campi EM dell’Università di Lecce, sta sperimentando l’utilizzo delle ontologie per realizzare un sistema di supporto alle decisioni avente il duplice scopo di:

1.    guidare l’utente interessato verso la scelta del metodo d’analisi più adeguato alla risoluzione di un dato problema EM, portando cosi alla completa automatizzazione dei tool di design di circuiti ed antenne;

2.    fornire un “repository” di dati ordinato ed “intelligente” da cui i ricercatori EM possano attingere dati ed informazioni utili per la loro attività di ricerca.