Α new perspective on innovation determinants: leveraging AI, Big Data, and Geospatial Analytics to assess innovation performance and local innovation capacities across diverse localities

Abstract

This PhD dissertation aims to advance the understanding of the ‘geography of technological innovation and the resulting geographical divides in the capacity of a region to produce and adopt technology to build technologically resilient communities against urgent challenges such as climate change, healthcare crises, and other unforeseen events. Geography is considered a crucial axis of socio-economic inequalities, manifesting as places that are innovators and others that are left behind. The dissertation aims to disentangle people, places, and their environments to understand the factors that enable both the adoption and generation of innovation. The work is organized around three empirical studies at the local (neighborhood) level using data from Massachusetts and New York state, each exploring different dimensions of technological innovation: a) adoption, b) generation, and c) local innovation potential, with the last two focusing on innovation-enabling factors with spatial dimensions. The empirical studies are complemented by qualitative fieldwork carried out in neighborhoods across California. The dissertation explores the complex territorial and geographical enabling factors of technological innovation, aiming to uncover hidden synergies through the lens of neighborhood-level transitions. The research begins with the TREnD project, which highlights the pressing issue of regional and urban disparities across Europe and serves as the foundation for both the theoretical and practical dimensions of the study. The study places special emphasis on innovation, presenting it as a unique means of bridging theory and practice by offering measurable insights into urban transitions. Using a data-driven method, the research develops a conceptual framework to visualize city neighborhoods as complex systems that evolve into new states during multifaceted urban transitions (e.g., green, digital, economic). Central to this framework is the concept of adoption-based technological resilience, which, when effectively implemented, can drive digital and green transitions by improving quality of life and building communities resilient to urgent challenges such as climate change, healthcare crises, and other unforeseen events. To quantify and validate the theoretical model, quantitative methods are employed, with large-scale urban data analysis illuminating the relationship between neighborhood characteristics and technological innovation resilience by assessing technological innovation adoption before and during the shock. Given their low levels of generation, growth, and income, low-growth, low-income localities should first focus on adopting technological innovations to avoid falling behind. Without deliberate technological adoption, these areas risk falling further behind economically advantaged regions where technology integration happens more rapidly, creating a self-reinforcing cycle of inequality. Therefore, identifying neighborhood characteristics associated with technological innovation's absorptive capacity is pivotal for assessing regional economic growth and resilience. At the heart of the dissertation is the concept of technological resilience, the ability of a neighborhood to adapt, generate technological innovations, reorganize, and redefine its growth trajectory amid unforeseen events, and the concept of local innovation capacity, the ability of a neighborhood to make use of the resources and increase its innovation generation. This requires a nuanced understanding of how territorial contexts respond to shocks and how neighborhood assets can create windows of opportunity for reshaping development trajectories. To achieve this, the project integrates theoretical approaches from innovation studies, economic geography, and urban resilience, linking them to practical indicators and metrics. In order to gain an understanding of variations in these transitions among different neighborhoods across a city, with an assessment of a) the technological innovation adoption and b) the generation capacity levels, we conduct a practical investigation into the factors influencing these processes. While most of the bibliography focuses on national and regional innovation capacity, the current research acknowledges the importance of localities for the development of innovation activity. The major contribution of the work is the update of the notion of “location” in the contemporary technological innovation context. The research prompts discussion of the primary neighborhood assets that can serve as enabling factors for innovation. The work advocates a 'place-sensitive distributed development’ policy identified as a primary need by several scholars in the field. We understand neighborhoods’ evolutionary trajectories based on their innovative capacities, such as their ability to foster innovation, adapt to change, and leverage assets, as this dramatically influences their ability to improve their social, economic, and physical conditions. More specifically, the research applies predictive modeling using artificial intelligence algorithms to data from neighborhoods recognized as prominent global innovation hubs. However, within these states, there are also neighborhoods with lower performance and limited innovation, highlighting significant disparities. The dissertation, therefore, examines thriving ecosystems, aiming to provide a comprehensive understanding of the territorial factors associated with innovation capacity and the challenges faced by underperforming neighborhoods and areas left behind. These three case studies offer a practical lens for understanding how innovation and technological resilience shape urban transitions toward greater livability, inclusivity, and environmental sustainability. The dissertation concludes with a place-based assessment of technological innovation capacities (generation and adoption), highlighting the effects of key neighborhood characteristics and offering actionable insights for policymakers, communities, and researchers to better support inclusive transitions and urban regeneration efforts. In this way, the study introduces a series of algorithms, mapping techniques, and conceptual frameworks, while providing a new methodological framework and tool for assessing innovation activities at the level of localities and thereby contributing to existing innovation measurement tools.

Αυτή η διδακτορική διατριβή στοχεύει στην προώθηση της κατανόησης της «γεωγραφίας της τεχνολογικής καινοτομίας» και των επακόλουθων γεωγραφικών διαιρέσεων στην ικανότητα μιας περιοχής να παράγει και να υιοθετεί τεχνολογία για την οικοδόμηση τεχνολογικά ανθεκτικών κοινοτήτων έναντι επειγουσών προκλήσεων όπως η κλιματική αλλαγή, οι κρίσεις στον τομέα της υγειονομικής περίθαλψης και άλλα απρόβλεπτα γεγονότα. Η γεωγραφία θεωρείται κρίσιμος άξονας κοινωνικοοικονομικών ανισοτήτων, που εκδηλώνεται ως τόποι που καινοτομούν και άλλοι που μένουν πίσω. Η διατριβή στοχεύει να αποσυνδέσει τους ανθρώπους, τους τόπους και το περιβάλλον τους για να κατανοήσει τους παράγοντες που επιτρέπουν τόσο την υιοθέτηση όσο και τη δημιουργία καινοτομίας. Η εργασία οργανώνεται γύρω από τρεις εμπειρικές μελέτες σε τοπικό επίπεδο (γειτονιάς) χρησιμοποιώντας δεδομένα από τη Μασαχουσέτη και τη Νέα Υόρκη, καθεμία από τις οποίες διερευνά διαφορετικές διαστάσεις της τεχνολογικής καινοτομίας: α) υιοθέτηση, β) δημιουργία και γ) τοπικό δυναμικό καινοτομίας, με τις δύο τελευταίες να επικεντρώνονται σε παράγοντες με χωρικές διαστάσεις που προωθούν την καινοτομία. Οι εμπειρικές μελέτες συμπληρώνονται από ποιοτική επιτόπια έρευνα που διεξάγεται σε γειτονιές στην Καλιφόρνια. Η διατριβή διερευνά τους σύνθετους εδαφικούς και γεωγραφικούς παράγοντες που προωθούν την τεχνολογική καινοτομία, στοχεύοντας στην αποκάλυψη κρυφών συνεργειών μέσα από το πρίσμα των μεταβάσεων σε επίπεδο γειτονιάς. Η έρευνα ξεκινά με το έργο TREnD, το οποίο αναδεικνύει το πιεστικό ζήτημα των περιφερειακών και αστικών ανισοτήτων σε ολόκληρη την Ευρώπη και χρησιμεύει ως βάση τόσο για τη θεωρητική όσο και για την πρακτική διάσταση της μελέτης. Η μελέτη δίνει ιδιαίτερη έμφαση στην καινοτομία, παρουσιάζοντάς την ως ένα μοναδικό μέσο γεφύρωσης της θεωρίας και της πράξης, προσφέροντας μετρήσιμες γνώσεις για τις αστικές μεταβάσεις. Χρησιμοποιώντας μια μέθοδο βασισμένη σε δεδομένα, η έρευνα αναπτύσσει ένα εννοιολογικό πλαίσιο για την απεικόνιση των γειτονιών των πόλεων ως σύνθετα συστήματα που εξελίσσονται σε νέες καταστάσεις κατά τη διάρκεια πολύπλευρων αστικών μεταβάσεων (π.χ. πράσινες, ψηφιακές, οικονομικές). Κεντρικό στοιχείο αυτού του πλαισίου είναι η έννοια της τεχνολογικής ανθεκτικότητας που βασίζεται στην υιοθέτηση, η οποία, όταν εφαρμόζεται αποτελεσματικά, μπορεί να οδηγήσει σε ψηφιακές και πράσινες μεταβάσεις βελτιώνοντας την ποιότητα ζωής και δημιουργώντας κοινότητες ανθεκτικές σε επείγουσες προκλήσεις όπως η κλιματική αλλαγή, οι κρίσεις στον τομέα της υγειονομικής περίθαλψης και άλλα απρόβλεπτα γεγονότα. Για την ποσοτικοποίηση και την επικύρωση του θεωρητικού μοντέλου, χρησιμοποιούνται ποσοτικές μέθοδοι, με ανάλυση αστικών δεδομένων μεγάλης κλίμακας που φωτίζει τη σχέση μεταξύ των χαρακτηριστικών της γειτονιάς και της ανθεκτικότητας της τεχνολογικής καινοτομίας αξιολογώντας την υιοθέτηση της τεχνολογικής καινοτομίας πριν και κατά τη διάρκεια του σοκ. Δεδομένων των χαμηλών επιπέδων παραγωγής, ανάπτυξης και εισοδήματος, οι περιοχές με χαμηλή ανάπτυξη και χαμηλό εισόδημα θα πρέπει πρώτα να επικεντρωθούν στην υιοθέτηση τεχνολογικών καινοτομιών για να αποφύγουν την υστέρηση. Χωρίς σκόπιμη υιοθέτηση τεχνολογίας, αυτές οι περιοχές κινδυνεύουν να μείνουν περαιτέρω πίσω από τις οικονομικά προνομιούχες περιοχές όπου η ενσωμάτωση της τεχνολογίας συμβαίνει ταχύτερα, δημιουργώντας έναν αυτοενισχυόμενο κύκλο ανισότητας. Επομένως, ο εντοπισμός των χαρακτηριστικών της γειτονιάς που σχετίζονται με την ικανότητα απορρόφησης της τεχνολογικής καινοτομίας είναι καθοριστικός για την αξιολόγηση της περιφερειακής οικονομικής ανάπτυξης και ανθεκτικότητας. Στο επίκεντρο της διατριβής βρίσκεται η έννοια της τεχνολογικής ανθεκτικότητας, η ικανότητα μιας γειτονιάς να προσαρμόζεται, να παράγει τεχνολογικές καινοτομίες, να αναδιοργανώνει και να επαναπροσδιορίζει την τροχιά ανάπτυξής της εν μέσω απρόβλεπτων γεγονότων, και η έννοια της τοπικής ικανότητας καινοτομίας, η ικανότητα μιας γειτονιάς να αξιοποιεί τους πόρους και να αυξάνει την παραγωγή καινοτομίας της. Αυτό απαιτεί μια λεπτομερή κατανόηση του πώς τα εδαφικά πλαίσια ανταποκρίνονται στους κραδασμούς και πώς τα στοιχεία της γειτονιάς μπορούν να δημιουργήσουν παράθυρα ευκαιρίας για την αναδιαμόρφωση των τροχιών ανάπτυξης. Για να επιτευχθεί αυτό, το έργο ενσωματώνει θεωρητικές προσεγγίσεις από μελέτες καινοτομίας, οικονομική γεωγραφία και αστική ανθεκτικότητα, συνδέοντάς τες με πρακτικούς δείκτες και μετρήσεις. Προκειμένου να κατανοήσουμε τις διακυμάνσεις σε αυτές τις μεταβάσεις μεταξύ διαφορετικών γειτονιών σε μια πόλη, με αξιολόγηση της υιοθέτησης καινοτομίας και των επιπέδων παραγωγικής τους ικανότητας, διεξάγουμε μια πρακτική έρευνα σχετικά με τους παράγοντες που επηρεάζουν αυτές τις διαδικασίες. Ενώ το μεγαλύτερο μέρος της βιβλιογραφίας επικεντρώνεται στην εθνική και περιφερειακή ικανότητα καινοτομίας, η τρέχουσα έρευνα αναγνωρίζει τη σημασία των τοπικοτήτων για την ανάπτυξη της καινοτόμου δραστηριότητας. Η κύρια συμβολή της εργασίας είναι η ενημέρωση της έννοιας της «τοποθεσίας» στο σύγχρονο πλαίσιο της τεχνολογικής καινοτομίας. Η έρευνα παρακινεί τη συζήτηση για τα κύρια στοιχεία της γειτονιάς που μπορούν να αποτελέσουν παράγοντες που επιτρέπουν την καινοτομία. Η εργασία υποστηρίζει μια πολιτική «κατανεμημένης ανάπτυξης ευαίσθητης στον τόπο», η οποία έχει αναγνωριστεί ως πρωταρχική ανάγκη από διάφορους μελετητές στον τομέα. Βοηθά στην κατανόηση των εξελικτικών τροχιών των γειτονιών με βάση τις καινοτόμες ικανότητές τους, όπως η ικανότητά τους να ενθαρρύνουν την καινοτομία, να προσαρμόζονται στην αλλαγή και να αξιοποιούν τα στοιχεία τους, καθώς αυτό επηρεάζει δραματικά την ικανότητά τους να βελτιώνουν τις κοινωνικές, οικονομικές και φυσικές τους συνθήκες. Πιο συγκεκριμένα, η έρευνα εφαρμόζει προγνωστική μοντελοποίηση χρησιμοποιώντας αλγόριθμους τεχνητής νοημοσύνης σε δεδομένα από γειτονιές των Ηνωμένων Πολιτειών Αμερικής που αναγνωρίζονται ως εξέχοντες παγκόσμιοι κόμβοι καινοτομίας. Ωστόσο, εντός αυτών των πολιτειών, υπάρχουν επίσης γειτονιές με χαμηλότερη απόδοση και περιορισμένη καινοτομία, επισημαίνοντας σημαντικές ανισότητες. Η διατριβή, επομένως, εξετάζει ακμάζοντα οικοσυστήματα, με στόχο να παρέχει μια ολοκληρωμένη κατανόηση των εδαφικών παραγόντων που σχετίζονται με την ικανότητα τους για καινοτομία καθώς και τις προκλήσεις που αντιμετωπίζουν οι γειτονιές και οι περιοχές με χαμηλές επιδόσεις. Αυτές οι τρεις μελέτες περίπτωσης προσφέρουν ένα πρακτικό πρίσμα για την κατανόηση του πώς η καινοτομία και η τεχνολογική ανθεκτικότητα διαμορφώνουν τις αστικές μεταβάσεις προς μεγαλύτερη βιωσιμότητα, συμπερίληψη και περιβαλλοντική αειφορία. Η διατριβή ολοκληρώνεται με μια αξιολόγηση των δυνατοτήτων τεχνολογικής καινοτομίας (δημιουργία και υιοθέτηση) με βάση τον τόπο, επισημαίνοντας τις επιπτώσεις των βασικών χαρακτηριστικών της γειτονιάς και προσφέροντας εφαρμόσιμες γνώσεις για τους υπεύθυνους χάραξης πολιτικής, τις κοινότητες και τους ερευνητές για την καλύτερη υποστήριξη των συμπεριληπτικών μεταβάσεων και των προσπαθειών αστικής αναγέννησης. Με αυτόν τον τρόπο, η μελέτη εισάγει μια σειρά αλγορίθμων, τεχνικών χαρτογράφησης και εννοιολογικών πλαισίων, παρέχοντας παράλληλα ένα νέο μεθοδολογικό πλαίσιο και εργαλείο για την αξιολόγηση των δραστηριοτήτων καινοτομίας σε επίπεδο τοπικών περιοχών και συμβάλλοντας έτσι στα υπάρχοντα εργαλεία μέτρησης της καινοτομίας.