Hasta que llegue el momento de que veamos en todas las calles y carreteras vehículos totalmente autónomos, habrá que pasar por diferentes fases intermedias donde el control del conductor humano aún sea preciso antes de delegar toda la seguridad de la navegación a una Inteligencia Artificial. Investigadores de EPFL y JTEKT Corporation han desarrollado un sistema de conducción automatizado basado en el concepto de «dirección colaborativa», cuyo objetivo es aumentar la seguridad, la eficiencia y la comodidad del transporte fomentando la interacción activa entre los vehículos autónomos y sus conductores humanos.
Vehículos semi autónomos y asistentes inteligentes a la conducción
Las tecnologías de conducción autónoma ya se han integrado en muchos vehículos producidos en masa, proporcionando a los conductores humanos asistencia en la dirección en tareas como centrar un vehículo en su carril. Pero los pocos datos disponibles sobre la seguridad de la conducción automatizada muestran que poner demasiado control de un vehículo en manos de la automatización puede hacer más daño que bien, ya que la desconexión por parte de los conductores humanos puede aumentar el riesgo de accidentes.
“Los vehículos actuales en el mercado son manuales o automatizados, y no existe una forma clara de hacer de su control una experiencia verdaderamente compartida. Esto es peligroso, porque tiende a llevar a que el conductor confíe demasiado en la automatización”, explica Jürg Schiffmann, director del Laboratorio de Diseño Mecánico Aplicado de la Escuela de Ingeniería, en la noticia publicada por EPFL.
Mejorar la seguridad de los vehículos autónomos y la percepción de esa seguridad
Ahora, los investigadores del laboratorio han colaborado con el proveedor japonés de sistemas de dirección JTEKT Corporation para desarrollar y probar con éxito un sistema de conducción automatizado basado en hápticos que integra diferentes modos de interacción humano-robot. Los investigadores esperan que su enfoque aumente no solo la seguridad de la conducción automatizada, sino también la aceptación social de la misma.
«Esta investigación se basó en la idea de que los sistemas de automatización deben adaptarse a los conductores humanos, y no al revés», dice Tomohiro Nakade, estudiante de doctorado de EPFL e investigador de JTEKT, quien también es el primer autor de un artículo reciente que describe el sistema publicado en la revista Ingeniería de las Comunicaciones (Nature)
Nakade agrega que se puede extraer una buena metáfora para el nuevo sistema de un modo de transporte anterior a la automatización: “Un vehículo debe estar abierto a la negociación con un conductor humano, al igual que un jinete transmite su intención al caballo a través de las riendas.”
Este desarrollo se encuentra publicado en formato Open Access en Communications engineering bajo el título Haptics based multi-level collaborative steering control for automated driving.
©EPFL LAMD/JTEKT Corp
Control de dirección colaborativo multinivel basado en hápticos para conducción automatizada
Abstract: El aumento de la capacidad de los vehículos de conducción automatizada está motivado por los beneficios ambientales, de productividad y de seguridad vial. Pero se sabe que el exceso de confianza en el sistema de automatización provoca accidentes. El papel del conductor no puede subestimarse, ya que en última instancia será el aspecto más relevante para generar confianza y aceptación social de esta tecnología. Aquí se presenta una estrategia de automatización orientada al conductor para lograr una dirección colaborativa. El enfoque se basa en tres funcionalidades principales: interacción, arbitraje e inclusión.
La estrategia de control propuesta se basa en el concepto de control compartido que permite la intervención del conductor sobre la automatización sin desactivación.
Los tipos de interacción física humano-robot bien definidos están disponibles con la estrategia de arbitraje. La trayectoria de conducción automatizada se adapta para incluir la intención del conductor en el nivel táctico de la planificación de la trayectoria. Esto permite el cambio de ruta iniciado por el conductor y la coordinación constante de todos los actuadores del vehículo. De esta forma, los vehículos automatizados, que se basan únicamente en la vista, se potencian con la incorporación de la intención del conductor.
El conductor no es reemplazado ni excluido de la automatización, sino que su papel permanece activo en beneficio de la generación de confianza y la seguridad en la conducción.
Imagen: Una configuración de controlador virtual. Se utiliza un motor controlado por impedancia en lugar del controlador para la validación de la estimación del control del motor del controlador (objetivo del controlador e impedancia). b Configuración de conductor humano para la validación del control motor del conductor real y de las reglas de arbitraje. c Configuración del simulador de conducción para la validación de la adaptación de trayectoria. d Configuración del vehículo de prueba utilizada para la prueba de concepto y la evaluación cuantitativa, y escenario de conducción para la evaluación cuantitativa. Se utilizan las siguientes abreviaturas: EPS para dirección asistida eléctrica, GNSS para sistema global de navegación por satélite y AD para conducción autónoma.
Conclusión
Se ha propuesto un control de automatización centrado en el conductor para abordar el concepto de dirección colaborativa en la conducción automatizada sin alterar el hardware disponible en los vehículos producidos en masa. De acuerdo con un tipo de interacción preestablecido, la intención de dirección del conductor se refleja en la impedancia de automatización y la planificación de la trayectoria. Debido a que la implicación de la intervención manual afecta tanto los niveles operativos como tácticos del control de conducción automatizado, la comunicación háptica intuitiva está disponible para el conductor y se admite la integración consistente en todos los actuadores del vehículo.
La originalidad de la implementación propuesta se resume de la siguiente manera:
- El marco de control multinivel propuesto permite la integración consistente de las funciones ADAS mientras opera continuamente en modo de control compartido. Además, el control de ángulo de alto rendimiento, combinado con el amplio espectro de interacción, hace que este marco sea compatible con todos los niveles de automatización en los que el conductor aún puede ser parte de la conducción.
- El control de admisión se ha aplicado a un sistema de dirección para permitir la interacción entre el conductor y la automatización. La naturaleza interactiva del control de admisión alivia la compensación que se encuentra en el control combinado al tiempo que garantiza un rendimiento de seguimiento superior tanto de la trayectoria AD como de la intervención del conductor. Además, las interacciones que tienen lugar en la planta virtual están aisladas de las limitaciones del hardware, lo que da como resultado un rendimiento sólido.
- Se ha puesto a disposición un amplio espectro de interacción entre agentes independientes con las reglas de arbitraje propuestas.
- La consideración del contexto de dirección colaborativa permite los supuestos de agentes independientes que interactúan. El problema de la observabilidad de la estimación combinada del objetivo del conductor y la impedancia se evita al considerar los objetivos del agente como condiciones límite y, en consecuencia, se puede lograr la modulación de la impedancia.
- La reconsideración práctica del control de dirección clásico de dos niveles dentro del contexto de la dirección colaborativa dio como resultado el desarrollo de una aproximación simple del objetivo del conductor.
- La desviación manual de la trayectoria AD que resulta de la interacción se propaga constantemente a la planificación de la trayectoria utilizando el ángulo manual como entrada.
- A través de una evaluación cuantitativa con cinco participantes, el control háptico multinivel propuesto ha sido validado en un vehículo. La evaluación sugiere un potencial significativo para proporcionar una dirección colaborativa fluida con menos esfuerzo para una amplia gama de conductores.
Si bien la prueba de concepto en el vehículo de prueba demuestra la capacidad de este control de dirección colaborativo de varios niveles, se requieren ajustes y personalización para que la dirección se sienta cómoda y consistente para una experiencia de conducción compartida más segura y confiable.
Finalmente, se puede considerar la aplicación del marco de control propuesto para el desarrollo de funciones ADAS con el objetivo de fomentar la participación del conductor en la automatización parcial o proporcionar una automatización continua al conductor en niveles de automatización más altos.
Estudio completo en acceso abierto: Este artículo tiene una licencia internacional Creative Commons Attribution 4.0, que permite el uso, el intercambio, la adaptación, la distribución y la reproducción en cualquier medio o formato, siempre que se otorgue el crédito correspondiente al autor o autores originales y a la fuente.
Nakade, T., Fuchs, R., Bleuler, H. et al. Haptics based multi-level collaborative steering control for automated driving. Commun Eng 2, 2 (2023). https://doi.org/10.1038/s44172-022-00051-2
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