Explorando novos métodos para aumentar a segurança e a confiabilidade de veículos autônomos

Quando pensamos em pegar a estrada em nossos carros, nossos primeiros pensamentos podem não ser que os outros motoristas sejam particularmente seguros ou cuidadosos – mas os motoristas humanos são mais confiáveis ​​do que se pode esperar. Para cada acidente de carro fatal nos Estados Unidos, os veículos motorizados percorrem centenas de milhões de milhas nas estradas.

A confiabilidade humana também desempenha um papel na forma como os veículos autônomos são integrados ao sistema de tráfego, especialmente em relação às considerações de segurança. Os motoristas humanos continuam superando os veículos autônomos em sua capacidade de tomar decisões rápidas e perceber ambientes complexos: os veículos autônomos são conhecidos por enfrentar tarefas aparentemente comuns, como entrar ou sair de rampas ou virar à esquerda diante do tráfego que se aproxima. Apesar desses enormes desafios, adotar veículos autônomos no futuro pode trazer grandes benefícios, como desobstruir rodovias congestionadas; aumentar a liberdade e a mobilidade dos não condutores; e aumentar a eficiência de direção, uma peça importante no combate às mudanças climáticas.

A engenheira do MIT, Cathy Wu, prevê maneiras pelas quais os veículos autônomos podem ser implantados com suas deficiências atuais, sem sofrer uma queda na segurança. “Comecei a pensar mais sobre os gargalos. Está muito claro que a principal barreira para a implantação de veículos autônomos é a segurança e a confiabilidade”, diz Wu.

Um caminho a seguir pode ser a introdução de um sistema híbrido, no qual veículos autônomos lidam com cenários mais fáceis por conta própria, como cruzar na rodovia, enquanto transferem manobras mais complicadas para operadores humanos remotos. Wu, que é membro do Laboratory for Information and Decision Systems (LIDS), Gilbert W. Winslow Assistant Professor of Civil and Environmental Engineering (CEE) e membro do MIT Institute for Data, Systems, and Society (IDSS) , compara esta abordagem aos controladores de tráfego aéreo no solo dirigindo aeronaves comerciais.

Em um artigo publicado em 12 de abril em Transações IEEE em Robótica, Wu e os co-autores Cameron Hickert e Sirui Li (ambos estudantes de pós-graduação no LIDS) apresentaram uma estrutura de como a supervisão humana remota poderia ser dimensionada para tornar um sistema híbrido eficiente sem comprometer a segurança dos passageiros. Eles observaram que, se os veículos autônomos pudessem se coordenar uns com os outros na estrada, eles poderiam reduzir o número de momentos em que os humanos precisavam intervir.

Humanos e carros: encontrando o equilíbrio certo

Para o projeto, Wu, Hickert e Li procuraram realizar uma manobra que os veículos autônomos muitas vezes lutam para concluir. Eles decidiram se concentrar na fusão, especificamente quando os veículos usam uma rampa de acesso para entrar em uma rodovia. Na vida real, os carros em fusão devem acelerar ou desacelerar para evitar colisões com os carros que já estão na estrada. Nesse cenário, se um veículo autônomo estivesse prestes a entrar no trânsito, supervisores humanos remotos poderiam momentaneamente assumir o controle do veículo para garantir uma transição segura.

Para avaliar a eficiência desse sistema, principalmente ao garantir a segurança, a equipe especificou o tempo máximo que cada supervisor humano deveria gastar em uma única mesclagem. Eles estavam interessados ​​em entender se um pequeno número de supervisores humanos remotos poderia gerenciar com sucesso um grupo maior de veículos autônomos e até que ponto essa relação humano-carro poderia ser melhorada enquanto ainda cobria com segurança todas as fusões.

Com mais veículos autônomos em uso, pode-se presumir a necessidade de mais supervisores remotos. Mas em cenários onde os veículos autônomos se coordenam entre si, a equipe descobriu que os carros podem reduzir significativamente o número de vezes que os humanos precisam intervir. Por exemplo, um veículo autônomo coordenado já em uma rodovia pode ajustar sua velocidade para abrir espaço para uma fusão carro, eliminando completamente uma situação de fusão arriscada.

A equipe comprovou o potencial para escalar com segurança a supervisão remota em dois teoremas. Primeiro, usando uma estrutura matemática conhecida como teoria das filas, os pesquisadores formularam uma expressão para capturar a probabilidade de um determinado número de supervisores não conseguir lidar com todas as mesclagens agrupadas de vários carros. Dessa forma, os pesquisadores puderam avaliar quantos supervisores remotos seriam necessários para cobrir todos os possíveis conflitos de mesclagem, dependendo do número de veículos autônomos em uso. Os pesquisadores derivaram um segundo teorema para quantificar a influência de veículos autônomos cooperativos no tráfego ao redor para aumentar a confiabilidade, para ajudar os carros que tentam se fundir.

Quando a equipe modelou um cenário em que 30% dos carros na estrada eram veículos autônomos cooperativos, eles estimaram que uma proporção de um supervisor humano para cada 47 veículos autônomos poderia cobrir 99,9999% dos casos de fusão. Mas esse nível de cobertura cai abaixo de 99%, uma faixa inaceitável, em cenários onde os veículos autônomos não cooperam entre si.

“Se os veículos coordenassem e basicamente evitassem a necessidade de supervisão, essa seria a melhor maneira de melhorar a confiabilidade”, diz Wu.

Navegando rumo ao futuro

A equipa decidiu focar-se na fusão não só porque é um desafio para os veículos autónomos, mas também porque é uma tarefa bem definida associada a um cenário menos assustador: conduzir na autoestrada. Cerca de metade do total de milhas percorridas nos Estados Unidos ocorre em rodovias interestaduais e outras rodovias. Como as rodovias permitem velocidades mais altas do que as estradas urbanas, Wu diz: “Se você puder automatizar totalmente a condução em rodovias … você devolverá às pessoas cerca de um terço de seu tempo de condução”.

Se fosse viável para veículos autônomos circularem sem supervisão na maior parte da condução em rodovias, o desafio de navegar com segurança em momentos complexos ou inesperados permaneceria. Por exemplo, “você [would] precisa ser capaz de lidar com o início e o fim da direção da rodovia”, diz Wu. Você também precisa ser capaz de gerenciar os horários em que os passageiros se afastam ou adormecem, tornando-os incapazes de assumir os controles rapidamente, caso seja necessário. Mas se supervisores humanos remotos pudessem guiar veículos autônomos em momentos-chave, os passageiros talvez nunca precisassem tocar no volante.Além de cruzar, outras situações desafiadoras na rodovia incluem mudança de faixa e ultrapassagem de carros mais lentos na estrada.

Embora a supervisão remota e os veículos autônomos coordenados sejam hipotéticos para operações de alta velocidade e não estejam em uso atualmente, Wu espera que pensar sobre esses tópicos possa encorajar o crescimento no campo.

“Isso nos dá mais confiança de que a experiência de direção autônoma pode acontecer”, diz Wu. “Acho que precisamos ser mais criativos sobre o que queremos dizer com ‘veículos autônomos’. Queremos devolver o tempo às pessoas – com segurança. Queremos os benefícios, não queremos estritamente algo que dirija de forma autônoma.”

Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisa, inovação e ensino do MIT.