Seminari – Més enllà d’Habitat III

Propostes per a la Transformació Urbana de Societats en Transició

Metabolisme urbà i Economia Circular

Complexitat i resiliènciaMartí Rosas-Casals

https://sites.google.com/site/martirosashomepagemarti.rosas@(upc.edu)

https://is.upc.edu/cahttps://summlab.upc.edu

1

Continguts

1. Complexitat i col·lapse

2. La qüestió de l’escala

3. Complexitat i resiliència

4. Conclusions

2

Pueblo Bonito, Chaco Culture (NM, EEUU)

“Les civilitzacions col·lapsen perquè la seva complexitat fa impossible gestionar de manera adequada els seus reptes.”

1. Complexitat i col·lapse

3

J. Tainter (1949)

Pueblo Bonito, Chaco Canyon (EEUU)

(1988)

Pueblo Bonito, Chaco Culture (NM, EEUU)

1. Complexitat i col·lapse

4

J. Tainter (1949)

Col·lapse (sociopolític): ràpida simplificació i pèrdua d’un o més nivells de complexitat social, política o econòmica esdevinguda quan les formes de solucionar problemes són més costoses i menys rendibles.

• Canvi de paradigma

• Epigenètic

• Raça

• Punt d’inflexió

• Cèl·lula mare

• Significatiu

• Consciència

• Complexitat

1. Complexitat i col·lapse

La complexitat s'utilitza generalment per a caracteritzar sistemes amb molts elements, i on aquests elements interactuen entre si de múltiples maneres, culminant en fenòmens emergents de qualitat diferent a la corresponent a la suma de les parts.

Pueblo Bonito, Chaco Culture (NM, EEUU)

1. Complexitat i col·lapse

6

J. Tainter (1949)

Hipòtesi 1:

Agment de la mida del sistema (i.e., elements constituens) → Augment de la complexitat del sistema

(i.e., quantitat i qualitat tant d’elements constituents com de les seves relacions)

S. Delgado-Raack & M. Rosas-Casals: De colapsos y continuidades. Una valoración conceptual del estudio de sociedades en transición, Sostenible?, Vol. 13, pp. 13-29 (2012)

Continguts

1. Complexitat i col·lapse

2. La qüestió de l’escala

3. Complexitat i resiliència

4. Conclusions

7

2. La qüestió de l’escala

Hipòtesi 2:

Augment de la complexitat → Augment de la resiliència

Schuster, P.: The disaster of central control, Complexity 9, pp. 13–14 (2004)

Meadows, D., Randers, J., & Meadows, D.: Limits to Growth, Earthscan (2004)

SI. La complexitat ofereix novesllibertats i cal fer crèixer un

sistema garantint al mateix temps les seves propietats emergents.

NO. La complexitat presenta greusriscos de portar-nos a dominis

inestables. Cal reduir-la a qualsevol preu a mida que creixen

els sistemes.

2. La qüestió de l’escala

Corol·lari:

Les societats que busquen identificar camins de desenvolupament sostenible tenen així el dilemmade si aplaudir o reduir la complexitat social, econòmica i infrastructural.

Pregunta:

Existeix una escala que ofereixi una solució de compromís entre complexitat i capacitat de solucionar problemes, predicció i estabilitat socioecològica?

2. La qüestió de l’escala

Goeffrey B. West(1940)

https://en.wikipedia.org/wiki/Kleiber%27s_law

𝑅~𝑀$ %⁄

En la biosfera, un canvi d’escala porta associat una millora en el consum metabolic. Això és: el sistema és més eficient a mida que creix.

¿?

2. La qüestió de l’escala

Metabolisme urbà vs. Metabolisme animal (ecològic)

Bettencourt et al. “Growth, innovation, scaling, and the pace of life in cities”, PNAS, April 24, 2007, vol. 104, no. 17

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 10 20 30 40 50

X

Y

b = 0,5 (sublinear)

b = 1 (linear)

b = 1,5 (superlinear)

L. Bettencourt

2. La qüestió de l’escala 𝑅~𝑀'

Continguts

1. Complexitat i col·lapse

2. La qüestió de l’escala

3. Complexitat i resiliència

4. Conclusions

13

3. Complexitat i resiliència

Les lleis d’escala es podenexplicar, en part, per

l’arquitectura de la complexitat, això és la connectivitat entre els

elements del sistema

3. Complexitat i resiliència

Internet a nivell de sistemes autònoms (grups de PC locals cadascun d’ells representant cents o milers de màquines).

http://www-personal.umich.edu/~mejn/networks/callings.gif

Trucades telefòniques en un moment donat com a proxy de la xarxa social subjacent.

16

Proxy: Un agent o substitutautoritzat per actuar en unaaltra persona.

3. Complexitat i resiliència

Aeroports

17

3. Complexitat i resiliència

Aaron Clauset’s “Structure and Strangeness” Blog: http://www.cs.unm.edu/~aaron/blog/archives/2010/09/learning_how_to.htm, Lecture 12.

3. Complexitat i resiliència

La connectivitat augmenta la capacitat de transmissió de la informació però també dels errors i els funcionaments no previstos→ La connectivitat ens fa vulnerables.

3. Complexitat i resiliència

L’evolució afecta la topologia

Complexitatestructural

EvolucióDiversitat deconnexions Complexitat

dinàmica

Diversitatd’elements

Metacomplexitats

La complexitat dinàmica afecta la diversitat de connexions

Evolució

Estructura

Dinàmica

20

3. Complexitat i resiliència

Ecosistema definit en termes de xarxa d’interaccions

3. Complexitat i resiliència

Fallides en cascada

3. Complexitat i resiliència

Fallides en cascada

3. Complexitat i resiliència

Fallides en cascada

3. Complexitat i resiliència

Fallides en cascada

3. Complexitat i resiliència

Fallides en cascada

R. V. Solé and J. M. Montoya: Complexity and fragility in ecological networks, Proc. Roy. Soc B. 2001

3. Complexitat i resiliència

L’impacte de la fallida en cascada és funció de l’arquitectura de la xarxa

≠

3. Complexitat i resiliència

Eficiència

Fracció d’elements eliminats

Fallida aleatoria (i.e., errors)

Eliminació selectiva (i.e., atacs)

Rosas-Casals,M., Valverde Castillo, S., & Solé, R.: Topological vulnerability of the European power grid under errors and attacks, International Journal of Bifurcation and Chaos, 17(7) (2007)

Continguts

1. Complexitat i col·lapse

2. La qüestió de l’escala

3. Complexitat i resiliència

4. Conclusions

28

4. Conclusions

29

• La complexitat augmenta amb la mida del sistema• Les regles de connexió local s’acostumen a conèixer i es poden

optimitzar, però la connectivitat global es desconeix• La resiliència d’un sistema és funció de l’arquitectura de la

complexitat → diferents arquitectures (i.e., connectivitats) ofereixen diferents nivells de resiliència

• Un mateix tipus de connectivitat (i.e., presència d’elements moltconnectats) dona resiliència als errors però fragilitat als atacs.

• La resposta a la pregunta de si una societat que busca un desenvolupament sostenible pot/ha d’acceptar l’augment de complexitat és: depen del cas

• En qualsevol cas, el desconeixement de la connectivitat global del sistema és un risc per a la resiliència del mateix.

Seminari – Més enllà d’Habitat III

Propostes per a la Transformació Urbana de Societats en Transició

Metabolisme urbà i Economia Circular

Moltes gràciesMartí Rosas-Casals

https://sites.google.com/site/martirosashomepagemarti.rosas@(upc.edu)

https://is.upc.edu/cahttps://summlab.upc.edu

30

2. La qüestió de l’escala(a) Els successius ciclesd’innovació superlinear restableixen la singularitat iposposen la inestabilitat i el posterior col·lapse.

(b) La taxa relativa de creixementde la població de Nova York revela períodes accelerats de creixement superexponencial. Períodes més curts successius de creixement super exponencialapareixen, separats per breusperíodes de desacceleració.

Pueblo Bonito, Chaco Culture (NM, EEUU)

1. Complexitat i col·lapse

32

J. Tainter (1949)

Transmission power system

3. Complexitat i resiliència

Internet a nivell de sistemes autònoms (grups de PC locals cadascun d’ells representant cents o milers de màquines).

3. Complexitat i resiliència

2. La qüestió de l’escala

Luis Bettencourt & Geoffrey West: A unified theory of urban living, Nature, Vol. 467, pp. 912-13 (2010)