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Sistemas de seguridad e interfaces hombre-máquina orientadas a una población diversa

Arturo Paz Gómez
23 de enero de 2024
capgemini-engineering

La llegada de los vehículos autónomos promete revolucionar el transporte, ofreciendo beneficios como la reducción de accidentes causados por errores humanos y la mejora de la eficiencia del tráfico. Sin embargo, también plantea desafíos significativos, especialmente en términos de seguridad para los peatones.

Entre 2010 y 2020, la Unión Europea logró una reducción media del 36% en el número de muertes por accidentes de tráfico.  Sin embargo, La UE ha establecido regulaciones estrictas para mejorar la seguridad vial. En 2021, , con el objetivo de reducir las muertes y lesiones graves en un 50% para 2030.

La llegada de los vehículos autónomos ofrece beneficios como la reducción de accidentes causados por errores humanos y la mejora de la eficiencia del tráfico. Sin embargo, plantea retos significativos en términos de seguridad para el peatón.

Uno de los principales problemas es la “responsabilidad” de los vehículos autónomos de reconocer y reaccionar adecuadamente a la presencia de peatones. Aunque los sistemas de sensores y cámaras han avanzado considerablemente, aún existen situaciones complejas, como peatones que cruzan inesperadamente o en condiciones de baja visibilidad, donde los vehículos pueden no reaccionar a tiempo.

La interacción entre peatones y vehículos autónomos también es un área de preocupación. Los peatones están acostumbrados a comunicarse con los conductores a través de señales visuales y gestos. Con vehículos autónomos, esta comunicación se pierde, lo que puede llevar a malentendidos y accidentes.

Aunque los vehículos autónomos tienen el potencial de mejorar la seguridad vial, es crucial abordar estos desafíos para garantizar que los peatones estén protegidos. La colaboración entre fabricantes, reguladores y la sociedad en general será esencial para crear un entorno seguro y confiable para todos. La Comisión Europea, a través de CCAM (), ha publicado varios informes y recomendaciones sobre la implementación segura de esta tecnología en Europa. Uno de sus informes, “Challenges for Automated Vehicles in Detecting and Responding to Vulnerable Road Users” (ٱíDz para los vehículos automatizados en la detección y respuesta a los usuarios vulnerables de la vía), aborda específicamente el tema de la percepción de peatones y ciclistas. Existen además proyectos europeos de investigación sobre vehículos autónomos y la interacción con peatones, como el proyecto INTERACTIV o el proyecto BRAVE, que han desarrollado soluciones y recomendaciones en este ámbito.

eHMI actuales

Hoy en día existen diferentes tipos de eHMI (external human machine interface) que cubren diferentes necesidades y ayudan a hacer el tráfico más seguro tanto para conductores como para peatones y otros vehículos.

Sistema acústico de alerta en vehículos

El sistema AVAS (Acoustic Vehicle Alerting System) es un sistema acústico para vehículos que usen motor eléctrico, que utiliza el sonido para indicar a los usuarios de su entorno que el coche está en movimiento cuando circula a baja velocidad (menos de 20 km/h). Cuando el coche va a esta velocidad, tiene que emitir un sonido para avisar a los usuarios de la vía, pero no hace diferencias entre los tipos de usuarios de la vía o las situaciones en las que conducen.

Sistemas visuales

Todos los vehículos tienen sistemas de mensajes visuales para comunicarse con los vehículos o los peatones. Se trata de los intermitentes, las luces de emergencia, las luces delanteras y traseras, la luz de freno, la luz de marcha atrás, la luz diurna o las luces cortas y largas. Estas luces son reconocibles por todos y hacen la conducción más fácil y segura.

Sistemas acústicos

Todos los vehículos cuentan con sistemas de alertas acústicas como puede ser el claxon. Se utiliza para comunicar el vehículo con otros vehículos o con los peatones. Generalmente se utiliza para advertir sobre una situación de peligro. Otros vehículos pesados, como camiones o máquinas de construcción, disponen de un sonido para avisar cuando están realizando un movimiento marcha atrás.

Beneficios

Los vehículos autónomos representan una innovación significativa en el ámbito del transporte, con el potencial de transformar la seguridad vial de manera profunda. Uno de los principales beneficiarios de esta tecnología son los peatones, quienes a menudo se encuentran en situaciones de vulnerabilidad en las vías urbanas.

Los errores humanos, como la distracción, la fatiga y la conducción bajo los efectos del alcohol, son causas comunes de accidentes de tráfico. Los vehículos autónomos, al estar controlados por sistemas avanzados de inteligencia artificial, eliminan estos factores de riesgo, reduciendo significativamente la probabilidad de accidentes que involucren a peatones. En 2020, la Comisión Europea publicó . En este estudio, la CE analiza los impactos esperados de los vehículos automatizados y autónomos en el comportamiento de los usuarios de la vía y los flujos de tráfico y concluye que los vehículos autónomos, al eliminar los errores humanos como factor, tienen el potencial de reducir drásticamente los accidentes de tráfico, incluyendo aquellos que involucran a peatones.

Equipados con sensores avanzados, cámaras y radares, los vehículos autónomos pueden detectar la presencia de peatones en su entorno con gran precisión. Estos sistemas permiten una reacción rápida y adecuada ante situaciones imprevistas.

Los vehículos autónomos estarán programados para cumplir estrictamente con las normas de tráfico, incluyendo límites de velocidad y señales de circulación. Esto asegura que los vehículos se detengan en los pasos de peatones y respeten las señales de tráfico, creando un entorno más seguro para los peatones.

Otro aspecto beneficioso serían los sistemas de comunicación que permitirían a los vehículos interactuar con los peatones. Por ejemplo, mediante señales luminosas o acústicas, los vehículos pueden indicar a los peatones cuándo es seguro cruzar la calle, mejorando la coordinación y reduciendo el riesgo de accidentes.

El despliegue de vehículos autónomos también impulsara mejoras en la infraestructura urbana. Se están desarrollando ciudades inteligentes con semáforos conectados, pasos de peatones inteligentes y otras tecnologías que facilitan la integración segura de vehículos autónomos y peatones.

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Es esencial que los sistemas de percepción sean capaces de identificar y reaccionar adecuadamente ante la presencia de peatones en diversas situaciones. Los vehículos autónomos deben estar equipados con una combinación de sensores avanzados, como cámaras, radares y LiDAR, que trabajen juntos para proporcionar una visión completa del entorno. Estos sensores deben ser capaces de detectar peatones en diferentes condiciones de luz y clima, así como en situaciones complejas, como cuando están parcialmente ocultos por otros objetos. Cualquier error en estos sistemas es crítico.

Además, los algoritmos de inteligencia artificial utilizados en los vehículos autónomos deben ser capaces de reconocer a los peatones con alta precisión. Esto incluye la capacidad de distinguir entre peatones y otros objetos en movimiento, así como predecir el comportamiento de los peatones. La capacidad de reacción ante la presencia de peatones también es fundamental. Los sistemas de frenado automático deben activarse en milisegundos para evitar colisiones. Además, los vehículos deben ser capaces de realizar maniobras evasivas de manera segura cuando sea necesario.

También es importante que exista una actualización continua de datos y algoritmos basados en nuevas informaciones y situaciones encontradas en la carretera. Esto incluye aprender de incidentes pasados y mejorar sus sistemas de percepción y reacción en consecuencia.

Es muy importante también poder desarrollar sistemas de comunicación inequívoca entre vehículos autónomos y peatones para mejorar significativamente la seguridad. Esta comunicación bidireccional puede ayudar a reducir la incertidumbre y mejorar la coordinación en las interacciones entre vehículos y peatones. Sin embargo, el desarrollo de esta comunicación es un reto al tratarse de algo no definido.

Optimizar el uso de señales acústicas en vehículos autónomos es esencial para reducir su impacto ambiental. A través de un uso selectivo, ajustes de volumen y frecuencia, alternativas visuales, integración con infraestructura inteligente y la implementación de normativas adecuadas, es posible minimizar la contaminación acústica y mejorar la calidad de vida en las ciudades. Es fundamental establecer normativas claras sobre el uso de señales acústicas en vehículos autónomos y educar a los desarrolladores y operadores sobre las mejores prácticas. Las regulaciones pueden incluir límites de volumen, restricciones de uso en ciertas áreas y horarios, y la promoción de tecnologías alternativas. La educación y la concienciación sobre estos aspectos pueden ayudar a garantizar que los vehículos autónomos contribuyan a un entorno más silencioso y sostenible.

El proyecto AWARE2ALL

AWARE2ALL tiene como objetivo facilitar el despliegue de vehículos autónomos en el tráfico, abordando los cambios en la seguridad vial y la interacción entre los usuarios de la carretera mediante el desarrollo de tecnologías innovadoras y herramientas de evaluación. El proyecto se basa en resultados de programas anteriores y se enfoca en desarrollar sistemas de seguridad y HMI (interfaz hombre máquina) para garantizar la operación segura de los vehículos autónomos.

Dentro del vehículo, se realizará un monitoreo continuo del estado de los ocupantes para evaluar situaciones internas y, en caso de emergencia, decidir si es posible transferir el control al conductor o ejecutar una maniobra de emergencia. Si una colisión es inevitable, los sistemas avanzados de seguridad pasiva se adaptarán para minimizar la gravedad de las lesiones. Fuera del vehículo, un sistema de percepción del entorno permitirá identificar el comportamiento de los usuarios vulnerables de la carretera (VRUs) y anticipar situaciones críticas de seguridad, comunicándose eficazmente con ellos para evitar peligros.

Para asegurar la aceptación de los usuarios, se integrarán aspectos culturales y psicológicos en todas las etapas del proyecto. Además, se proporcionarán sugerencias para futuras regulaciones y estándares, abordando tanto las nuevas tecnologías desarrolladas como los métodos de validación.

Para ello, ѻý presenta una solución innovadora basada en una comunicación acústica efectiva entre los vehículos autónomos y las personas usuarias de la vía, haciendo foco especialmente en personas discapacitadas. El eHMI enviará diferentes tipos de sonidos considerando el ruido ambiental, el tipo del VRU y cómo reacciona este VRU. Estos mensajes serán enviados de forma visual y acústica mediante varios altavoces ubicados en puntos estratégicos del vehículo, permitiéndoles enviar estos mensajes de manera óptima, para que sean más reconocibles por los usuarios, ajustando el volumen, frecuencia y dirección según se especifique. 

Primero necesitamos de un sistema de percepción que permita la identificación de la situación externa del vehículo y de los VRUs con los que el vehículo debe interactuar. El sistema deberá detectar y analizar la atención de los VRUs, a través de una combinación de fusión de sensores y detección de objetos que se realizará simultáneamente, permitiendo generar un mapa representativo del entorno del vehículo.

Con esta información el sistema de comunicación permitirá la interacción con los VRUs utilizando interfaces multimodales (Visuales y Acústicas). Después del reconocimiento del entorno del vehículo por los sistemas de percepción, se transferirán a los Sistemas Acústicos y Visuales los patrones definidos por la estrategia de comunicación.

En la siguiente imagen se muestra la arquitectura completa de solución desarrollada en el proyecto partiendo del sistema de percepción hasta la comunicación, pasando por un sistema de decisión.

Conclusiones

El advenimiento de la conducción autónoma depende más del marco regulatorio que de la madurez tecnológica de los propios vehículos. Sin embargo, aún existen retos y preguntas sin respuesta en relación con la seguridad de otros usuarios que requieren un esfuerzo investigador. AWARE2ALL plantea una solución para aumentar la seguridad vial, enfocada en Usuarios Vulnerables de la Carretera, que no suelen aparecer en los percentiles y pueden quedar fuera de estudios y nuevas aplicaciones. Este proyecto ofrece algunas ventajas basadas en el sistema externo de interfaz hombre-máquina (eHMI) en vehículos para la seguridad de peatones vulnerables.

El eHMI desempeña un papel crucial en la industria al permitir una comunicación efectiva entre humanos y sistemas automatizados. Garantiza que la información crítica se transmita con precisión, lo que permite al vehículo y los peatones tomar las mejores decisiones para aumentar la seguridad. Esta información esencial se transmite de forma clara y comprensible al usuario mediante los mensajes visuales y acústicos conduciendo a decisiones más racionales y prácticas.

En resumen, AWARE2ALL apuesta por la integración de HMI externas en los vehículos mejora la seguridad al mejorar la comunicación, proporcionar una representación clara de la información y ayuda en la toma de decisiones. Estos sistemas contribuyen significativamente a la seguridad de los peatones y a la seguridad vial en general facilitando el tránsito de los VRUs y de todos los vehículos y peatones.

Autor

Arturo Paz Gómez

Mechanical & physical Engineer