Die seltsame Beziehung zwischen der Prozessionsraupe und der mathematischen Formel zur Vermeidung von Staus

Nach Angaben der Generaldirektion Verkehr (DGT) wird es in diesem Sommer in Spanien mehr als 94 Millionen Fernreisen geben, darunter Fahrten nach Portugal und zur Überquerung der Straße von Gibraltar. Einfach ausgedrückt reicht die Zunahme des Verkehrs aus, um im Sommer Staus zu verursachen. Aber das Problem scheint nicht nur in der Kapazität der Straße zu liegen, etwas, das Verkehrsingenieure immer als eine der beiden klassischen Variablen bei der Entstehung von Straßeneinstürzen angesehen haben.

Der zweite Grund ist das Vorhandensein eines geschwindigkeitsstörenden Elements, beispielsweise einer Steigungsänderung, einer Kurve oder eines Unfalls. Diese beiden Variablen geraten jedoch zunehmend in Frage, da die Erweiterung der Straßen um eine weitere Fahrspur, wie sie auf amerikanischen Autobahnen erfolgt, die Probleme lösen und nicht verschärfen sollte, wie dies nachweislich der Fall ist.

In den Fakultäten für Bauingenieurwesen wurden Probleme nur mit Blick auf das Automobil gelöst, wobei der Fahrzeugstrom statt der Personenströme gezählt wurde, was sich mit der Einführung anderer Systeme wie Hochleistungsbussen oder Transportfahrzeugen geändert hat. Es wird geschätzt, dass auf einer herkömmlichen Straße etwa 2.000 Menschen mit dem Auto passieren können, aber 40.000 mit dem Bus.

Es ist wichtig, sich den Verkehrsfluss so vorzustellen, als ob er flüssig wäre, mit dem Unterschied, dass es die Fahrer sind, die die Macht haben, ihren eigenen Weg zu wählen, und dass sie die Tendenz haben, die vorteilhaftesten Entscheidungen für sich selbst zu treffen – ein Wann Mit dem Auto bedeutet das, so schnell wie möglich ans Ziel zu kommen, auch wenn dies für alle zu Staus führen kann.

Die Entschlüsselung des Problems der Verkehrsüberlastung wird seit Jahrzehnten untersucht, und das aus gutem Grund: Eine Lösung wäre nicht nur für ein globales Problem von Vorteil, sondern hat auch das Potenzial, enorm lukrativ zu sein. Deshalb haben sich viele Unternehmen daran gewandt Dies gilt insbesondere für „Start-ups“, die sich der technologischen Entwicklung verschrieben haben, um überlastete Straßen durch Datenanalyse zu lösen. Beispiele hierfür sind die israelischen Unternehmen Mobi und Mobileye. Das erste Ziel besteht darin, drahtlose Sensoren mit Solarpaneelen zu installieren, um mithilfe künstlicher Intelligenz vorherzusagen, wo es auf den Straßen zu Staus kommen wird.

Das zweite Unternehmen entwickelt ein autonomes Taxisystem und wurde 2017 für 15 Milliarden Euro von Intel übernommen.

Paradigmenwechsel

Es lohnt sich jedoch zu fragen, ob autonome Fahrzeuge Staus lösen können, zumindest in der Weise, wie ihre Entwickler es behaupten. Von der spanischen Firma Impact Ware, verantwortlich für die Verkehrsplanungssoftware Wavedriving, stehen sie dem Roboterfahren skeptisch gegenüber. Sein Technologiedirektor, Óscar Melchor, weist darauf hin, dass das Hauptproblem autonomer Fahrzeuge darin besteht, dass sie entwickelt wurden, um das aktuelle Verhalten von Fahrern nachzuahmen, und dass dies für die Entstehung von Staus auf den Straßen verantwortlich sei. Mobileye-Maschinen lernen genau wie Menschen, die ihren Führerschein machen: Sie schauen, was sich vor dem Fahrzeug befindet, ohne zu berücksichtigen, dass jedes Auto das Verhalten der Personen hinter ihnen beeinflusst – und verstärkt.

Dies führt zu sogenannten „Phantomstaus“, einem Phänomen, bei dem es ohne ersichtlichen Grund zu Verzögerungen kommt. Die Realität ist, dass, wenn das erste Fahrzeug in einem Konvoi seine Geschwindigkeit verringert, ein Dominoeffekt entstehen kann, der dazu führt, dass ein anderes Fahrzeug und mehrere Autos hinter ihm angehalten werden und ein Hindernis auf der Straße entsteht, das den Verkehr lahmlegt „Wenn er seinen Führerschein auszieht, wird nicht erklärt, wie Staus entstehen und wie man damit umgeht“, sagt Melchor. „Aber lernen Sie, Auto zu fahren, indem Sie einen Sicherheitsabstand einhalten und versuchen, Ihr Ziel so schnell wie möglich zu erreichen.“

Daher ist es rechnerisch unmöglich, dass sie nicht auftreten. Das Unternehmen behauptet, dass die Lösung für Staus durch die Befolgung von vier Maximen gegeben ist: Aufrechterhaltung einer hohen Durchschnittsgeschwindigkeit, um früh anzukommen; einen Sicherheitsabstand einhalten; Streben Sie nach Effizienz beim Kraftstoffverbrauch durch eine konstante Geschwindigkeit und belegen Sie nicht mehr Asphalt als nötig. Dazu haben sie einen Parcours mit einem Simulator entwickelt, der es ermöglicht, das Fahren zu lehren, das diese Variablen anhand von drei Konzepten berücksichtigt: Erstens ist jedes Auto eine Ampel – grün, wenn es fährt, gelb, wenn es bremst, und rot, wenn es fährt ist verhaftet-; zweitens fährt nicht nur unser Auto, sondern auch alle, die uns folgen; und schließlich muss der Abstand zum Vorderwagen als Variable aufgefasst werden. Es gibt einen unantastbaren Teil, nämlich den Sicherheitsabstand von zwei Sekunden, aber es gibt noch eine weitere Variable, die es ermöglicht, eine konstante Geschwindigkeit aufrechtzuerhalten, auch wenn das Fahrzeug vorn bremst.

Bei richtiger Anwendung hebt diese als Trägheitsfahrweise bezeichnete Fahrweise die Verstärkungseffekte gegenüber nachfolgenden Fahrzeugen auf und kann Staus verhindern. Impact Ware hat es bereits 2017 auf die Probe gestellt, als sie einen Stau auf der Autobahn A-42 zwischen Madrid und Toledo lösten, dank eines Fahrers, der ihrem Kurs gefolgt war. Natürlich ist es notwendig, damit dieses System funktioniert dass der Fahrer möglichst viele Menschen Ihr Auto steuern können. Aus diesem Grund führen sie bereits Schulungen zur Prävention berufsbedingter Risiken durch. Ein Beispiel ist das Busunternehmen Alsa, das einen Pilotversuch mit 100 seiner Fahrer durchführte.

Die Ergebnisse seien ermutigend, so Antonio Fernández, Direktor für operatives Training. „Es ist noch früh, die Auswirkungen zu sehen, aber uns wurde gesagt, dass sie in Zeiten hoher Dichte entspannter sind, was sie sicherer macht“, sagte er.

Das Beispiel der Tiere

Beispiele für Designeffizienz, die in der menschlichen Technik eingesetzt werden und als Biomimikry bekannt sind, gibt es in der Natur in Hülle und Fülle. Dies ist der Fall beim japanischen Hochgeschwindigkeitszug, dessen Design auf den Schnabel des Eisvogels zurückgeht; oder die Rotorblätter von Windkraftanlagen, die von den weichen Formen der Walschwänze inspiriert wurden, oder das ausgeklügelte Temperaturregulierungssystem von Termiten, das die Schaffung von Bürogebäuden in Simbabwe ermöglicht hat, die keine Klimaanlage benötigen.

Für den Verkehr spielt die Prozessionsraupe eine interessante Rolle, da sie als Inspiration für die Wave Driving-Lösung von Impact Ware diente. Das spanische Unternehmen hat ein Programm entwickelt, das es ermöglicht, eine sicherere und effizientere Art des Trägheitsfahrens zu erlernen, das Staus vermeidet. Die Inspiration kam seinem Technologiedirektor, Óscar Melchor, als er entdeckte, dass sich diese Tiere im Konvoi durch die Wellen bewegten, vom ersten von ihnen gesteuert und perfekt synchronisiert, was alle Entwickler autonomer Fahrsysteme für Autos tun.

Melchor begann, Ameisen zu studieren, weil es a priori so aussieht, als ob sie den Verkehr in ihren Ameisenhaufen auch gut im Griff hätten, aber sie stellen zwei Probleme dar, die sich nicht auf Fahrzeuge übertragen lassen: Einerseits tun sie dies immer, wenn sie sich bewegen maximale Geschwindigkeit. Andererseits kommunizieren sie durch Kontakt, zwei Faktoren, die beim Fahren nicht sicher wären.

Bei der Analyse der Raupen stellte der Ingenieur fest, dass sie in der Lage waren, beim Auftreffen auf ein Hindernis innerhalb von Millisekunden anzuhalten, und dass sie über Wellen kommunizierten. Jede Bewegung kann sich in Form von Wellen ausdrücken und erst deren Verstärkung führt dazu, dass es auf der Straße zu Staus kommt. Deshalb glaubt er, dass wir lernen müssen, uns in dicht besiedelten Episoden auf der Straße wie Wirbellose zu verhalten.

Diese Vorstellung von der Bedeutung nachfolgender Fahrzeuge ist einer der Schlüssel, die sie in ihren autonomen Fahrzeugtests umsetzen. Der Trägheitsantrieb von Impact Ware wird bereits an Universitäten in Italien und den USA getestet und das Unternehmen hofft, allgemeinere Systeme zu entwickeln. Bisher haben ihre Kurse gezeigt, dass Fahrer, die ihre Techniken anwenden, effizienter mit Geschwindigkeit und Benzinverbrauch umgehen, dass sie die notwendigen Abstände vorhersehen und dass ihr Sicherheitsraum vorn und hinten homogener ist.