Universidad
Politécnica de Madrid

07.12.15

El factor humano es responsable de casi el 90% de los accidentes de tráfico en España, según datos de la Dirección General de Tráfico (DGT). Una automatización del vehículo, aunque sea parcial, puede ayudar al conductor en tareas rutinarias, aumentando su confort y reduciendo su cansancio al volante, y en situaciones de riesgo, en las que el vehículo podría actuar evitando el accidente o reduciendo sus consecuencias. “A diferencia de un conductor humano, un ordenador no se cansa ni se distrae, por lo que la conducción autónoma podría ayudar a reducir radicalmente el número de accidentes en las carreteras”, afirma Fernando Matía, investigador del Centro de Automática y Robótica (CAR), integrado por la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) y el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC).

Y es que incrementar la seguridad es objetivo fundamental de la conducción automatizada, pero no su única ventaja. También presenta efectos beneficiosos, mejorando la eficiencia, la capacidad de las vías o dando lugar a una circulación más calmada y confortable. El ordenador puede, por ejemplo, controlar el vehículo con mayor precisión que el conductor medio, lo que permitiría reducir la distancia de separación entre vehículos, aumentando su eficiencia y la capacidad de las carreteras actuales.

Pero quienes pueden resultar especialmente beneficiados son determinados colectivos, como por ejemplo, los que padecen algún tipo de discapacidad o movilidad reducida. En estos casos, la automatización de la conducción puede ampliar sus capacidades y permitir un acceso más sencillo y confortable a la movilidad por carretera. Por ejemplo, sería posible prestar servicios de transporte a personas ciegas, muy ancianas o con algún otro tipo de impedimento para conducir. “Hay que tener en cuenta, que el envejecimiento de la población en España y en Europa impone a corto plazo nuevos retos relacionados con la movilidad, y la automatización puede mejorar la calidad de vida de personas de la tercera edad”, explica Jorge Godoy, uno de los investigadores del CAR.

A pesar de todas estas ventajas, es “difícil asegurar con certeza que el vehículo autónomo sea el futuro del transporte”, indica el investigador. Se han producido grandes progresos tecnológicos que, en su conjunto, harán posible pasar de un vehículo parcialmente automatizado a un vehículo completamente automático. Sin embargo, aún queda un largo camino que recorrer para que éste se convierta en el futuro del transporte. “El paso de una automatización parcial a una completa es un salto tecnológico, social y legislativo muy significativo, que no se considera trivial a corto o medio plazo”, asegura Felipe Jiménez, del Instituto Universitario de Investigación del Automóvil (Insia) de la UPM.

En caso de accidente, ¿quién es el responsable del vehículo?

Las barreras que ralentizan la implantación del vehículo autónomo son de muy diferente índole, desde sociales, políticas y organizativas hasta las cuestiones económicas. Sin embargo, los mayores obstáculos los encontramos en el ámbito legislativo. De hecho, la pregunta más difícil de responder hoy día es quién es el responsable del vehículo en caso de accidente. “Las barreras legales son evidentes a la hora de depurar las responsabilidades en caso de un siniestro ya que, en la actualidad, el conductor es el responsable último del control del vehículo”, subraya Jiménez.

De igual forma, algunas soluciones de automatización implican la convivencia de flujos separados de vehículos autónomos y convencionales. Esto requiere modificar el esquema tradicional de uso de las infraestructuras, por ejemplo, dedicando carriles específicos a cada uno de ellos.

Desde el punto de vista social, no está clara la actitud que tendrán los usuarios respecto a este tipo de sistemas, ni si su uso será el esperable y correcto. Según Rodolfo Haber, del CAR, será necesario realizar estudios de aceptación de los usuarios ya que a muchas personas les encanta conducir y no aceptan que se les releve de esta tarea, si bien otras no confían plenamente en que un ordenador les lleve de forma segura en un coche guiado.

Vehículo eléctrico automatizado en el Insia.

Otro de los principales obstáculos es el coste económico. El precio actual de un vehículo autónomo excede con diferencia el presupuesto de uno convencional, y resulta aún inalcanzable para un usuario común. No obstante, se avanza poco a poco en la reducción de costes de la tecnología y, probablemente, lo primero que veamos sean vehículos parcialmente automatizados realizando tareas muy concretas en entornos suburbanos. Así, la automatización de los vehículos, parcial o total, se está planteando como una solución para muchas situaciones y en nichos específicos. Por ejemplo, podrá proporcionar soluciones de transporte en áreas restringidas o en lugares específicos, como los aeropuertos.

Además, y de forma similar a como ha ocurrido con otras tecnologías, será necesario que las distintas entidades involucradas (fabricantes, gobiernos y aseguradoras) lleguen a acuerdos en aspectos tan dispares como los protocolos de comunicación, de actuación ante accidentes, de homologación, etc. “La coordinación del sector público y el papel de los organismos públicos de investigación serán determinantes si realmente se quieren superar estas barreras”, añade Jorge Godoy, del CAR.

Una tecnología en expansión

En el futuro, el vehículo será capaz de desarrollar ciertas tareas de forma autónoma que, de algún modo, ya hace. En primer lugar, hay que señalar que los desarrollos en vehículos autónomos no se circunscriben a los últimos años, sino que se lleva trabajando en ello desde hace tiempo en todo el mundo.

Por ejemplo, los sistemas de asistencia a la conducción no son una moda nueva. Desde siempre, los fabricantes se han esforzado por lograr que los vehículos sean más seguros y eficientes, desarrollando sistemas que asisten al conductor a diversos niveles. Los primeros sistemas activos de asistencia que salieron al mercado fueron el sistema antibloqueo de ruedas (ABS, por sus siglas en inglés) y el control electrónico de estabilidad (en inglés, ESP). Actualmente están disponibles niveles más avanzados que permiten aparcar el vehículo automáticamente hasta frenar él mismo ante un riesgo inminente de colisión con otro vehículo (Collision Avoidance System).

También hace ya más de una década se hicieron experiencias de vehículos circulando en pelotón por infraestructuras adaptadas. Sin embargo, ha sido recientemente cuando ha adquirido mayor notoriedad por la aparición del vehículo autónomo de Google.

Por otra parte, es “demasiado presuntuoso” afirmar que el vehículo autónomo es la mayor revolución en la industria del motor de las últimas décadas, indica Jiménez. En primer lugar, porque la automatización completa y generalizada tiene un largo camino que recorrer antes de ser realidad. En segundo lugar, la introducción de un mayor o menor grado de automatización en el vehículo vendrá de la mano de otros avances paralelos en ámbitos de sensorización, posicionamiento, comunicación con el entorno, etc. Sería un error considerar el vehículo autónomo como un aspecto independiente del resto de avances, señala.

La apuesta de la industria del automóvil

Lo cierto es que el vehículo autónomo y todo lo que le rodea constituyen una apuesta de numerosas empresas, tanto de los fabricantes de vehículos como los de componentes. La entrada en el mercado de nuevas empresas del área de las comunicaciones y los servicios ha producido más dinamismo y está dando al sector un nuevo empuje tecnológico. En Europa, por ejemplo, los grandes fabricantes han estado inmersos en los últimos años en diversos proyectos de investigación y desarrollo, cuyos resultados suelen ser confidenciales por cuestiones de competitividad.

Como ejemplos dentro de una corriente en la que todos están realizando avances, se podrían citar los trenes de carretera de vehículos industriales de Volvo, los sistemas de frenada automática ante peligro de colisión, o la sensorización de vehículos para reconocimiento del entorno encaminada al guiado autónomo, ambos de Bosch. Otros fabricantes, como Mercedes, también están haciendo progresos muy significativos con soluciones tecnológicas en gamas altas.

Aunque se pueden ver ya implementaciones a nivel prototipo de vehículos totalmente autónomos, su implantación generalizada ha de superar todavía algunos retos tecnológicos relevantes. Entre ellos, cabe destacar la necesidad de desarrollar sistemas fiables y robustos de percepción del entorno, que ofrezcan una información lo más completa posible y con un coste razonable dentro de los órdenes económicos que se barajan en el ámbito del automóvil, apunta Felipe Jiménez.

De igual forma, deben perfeccionarse los sistemas de procesamiento de la información y toma de decisiones, para que sean capaces de manejar grandes volúmenes de datos en tiempo real y opten por las actuaciones más convenientes en cada caso.

El protagonismo del 'software'

En este contexto, el desarrollo del software juega un papel fundamental. “El software debe gestionar toda la información captada del vehículo y el entorno con el fin de tomar las decisiones oportunas, en tiempo real y con un alto grado de fiabilidad”, afirma el experto del Insia. Para ello, debe barajar todas las opciones existentes y valorar las más adecuadas. “Evidentemente, los requerimientos sobre el software crecen según aumente el grado de automatización, y resulta de crítica importancia garantizar su robustez, ya que incide sobre vidas humanas”, añade.

Según Rodolfo Haber, el software centra la preocupación y “ha puesto en jaque” al sector, precisamente por la arquitectura computacional y el software embebido en los dispositivos. Sin duda, el software es uno de los pilares de estos sistemas ya que, en esencia, está llamado a emular y reemplazar toda la actividad del conductor al volante. Por ello, debe desarrollarse cuidadosamente, teniendo en consideración no sólo requisitos y restricciones técnicas para garantizar altas prestaciones y robustez, sino también todos los posibles escenarios a los que se puede enfrentar un conductor humano.

Ensayos de detección de obstáculos para maniobras evasivas automáticas.

La tarea puede parecer imposible y abrumadora, señala Fernando Matía, del CAR, pero la inteligencia artificial y los sistemas cognitivos artificiales proporcionan una amalgama de técnicas y métodos que son especialmente útiles para hacer frente a la incertidumbre y a la complejidad de la conducción automática. “Hoy día es habitual encontrar en la bibliografía métodos y algoritmos de control que incorporan capacidades de aprendizaje y auto-adaptación, por lo que será posible además que los vehículos sean capaces de aprender de sus errores y mejorar los sistemas embarcados. Parece una idea de ciencia ficción, pero es algo que existe y es posible”, afirma.

No obstante, en su opinión, hace falta desarrollar nuevos protocolos de evaluación, validación, homologación y certificación de todos y cada uno de los elementos de software, ya que “no podemos permitir que un error humano de programación sea la causa de un accidente de tráfico”.

Aplicación en la movilidad urbana y el transporte de mercancías

La incidencia de los vehículos autónomos sobre la movilidad dependerá del grado de automatización que finalmente se imponga con el tiempo. Así, las mejoras en cuanto a fluidez y aprovechamiento de las infraestructuras pueden ser mayores si se cuenta con vehículos autónomos, si bien dichas infraestructuras deben estar preparadas para ello.

Las primeras soluciones que veremos estarán centradas, estima Jorge Godoy, del CAR, en los sistemas inteligentes de transporte bajo demanda. “Por el alto coste de un vehículo autónomo no será rentable que cada usuario tenga uno en su garaje, pero podrían desplegarse distintas flotas de vehículos compartidos que presten servicios a varios usuarios bajo demanda”, indica. Asimismo, se pueden optimizar los servicios de car sharing, por lo que será posible que varios usuarios compartan un mismo vehículo si tienen la misma ruta. “Esto se verá reflejado indudablemente en el número de vehículos en las carreteras”, afirma.

Para el transporte de largo recorrido, principalmente de mercancías, ya se planteó hace años el uso de trenes de carretera o “pelotones” que permitirían la circulación de vehículos en modo autónomo salvo el líder (guiado por un conductor cualificado, mientras que el resto sigue su trayectoria). Este sistema reduce las distancias de seguridad, y redunda en menores consumos de combustible y costes operativos.

Gran parte de las últimas investigaciones en el campo del transporte de mercancías se centran también en el desarrollo de servicios orientados al último/primer kilómetro (first/ last mile solution). Es decir, se busca desarrollar sistemas de transporte de modo que la distribución final (o inicial) se realice con vehículos autónomos, algo que reduciría el riesgo de los vehículos, ya que operarían en entornos totalmente conocidos, y abaratarían los costes de distribución de un producto.

Proyectos de la UPM

Desde la Unidad de Sistemas Inteligentes en Vehículos, el Insia lleva años trabajando en la línea de vehículos autónomos, lo que le ha llevado a conseguir una alta capacidad en la automatización de cualquier vehículo de carretera, tanto turismos como industriales, habiendo desarrollado soluciones propias que superan prestaciones anteriores.

Sus investigadores han implementado soluciones de automatización parcial y completa, en las que una capa de control de bajo nivel opera sobre los actuadores del vehículo (velocidad y volante), mientras que otra capa de alto nivel genera las órdenes correspondientes. Esta última incluye el seguimiento de trayectorias, guiado mediante smartphones, conducción cooperativa basada en comunicaciones entre vehículos y sistemas para evitar colisiones.

En la actualidad, el Insia trabaja en varios proyectos con financiación pública y privada. Destaca el desarrollo de un sistema de evitación de colisiones basado en detección del entorno y comunicaciones inalámbricas con otros vehículos y la infraestructura, que actualmente se ensaya sobre diferentes escenarios y que el pasado año obtuvo el premio de la Fundación Eduardo Barreiros. Además, señala Felipe Jiménez, existe gran interés del Ministerio de Defensa y el Ejército en este tipo de tecnologías de vehículos autónomos, para fines tácticos y para preservar la seguridad de los soldados.

Equipo de investigadores del programa Autopía del CAR, en las pistas de pruebas del CSIC.

Por su parte, el programa Autopía ha colaborado en diversos proyectos nacionales y europeos. Entre ellos destaca CyberCars2, cuyo fin era potenciar las comunicaciones V2V y V2I con el objetivo de lograr una interacción segura e inteligente en entornos urbanos. En esta misma línea se desarrolló el proyecto Guíade, orientado a la percepción multimodal del entorno para, empleando tanto información de la infraestructura como aquella recabada por los vehículos, optimizar la eficiencia de los mismos

El grupo Autopía está integrado en el CAR, un centro en el que la sinergia entre el CSIC y la UPM ha permitido catalizar la actividad investigadora. Los investigadores trabajan en la actualidad en el proyecto EMC2 para desarrollar sistemas embebidos eficientes, de bajo coste y con capacidad de adaptación. Estos sistemas están pensados, en principio, para un amplio abanico de aplicaciones pero, en su caso, se centrarán en aplicar esta tecnología en la implementación de los sistemas de percepción y decisión de los vehículos.

Una realidad en el horizonte

Reducir los accidentes causados por errores humanos, limitar las retenciones de tráfico, permitir la movilidad de todos o facilitar el acceso a los centros urbanos, son algunas de las ventajas que traerá consigo la conducción autónoma. Y es que, tecnológicamente, la idea es ya una realidad.
Los desarrollos y soluciones disponibles actualmente han demostrado su aportación a la mejora de la movilidad, mejorando especialmente la seguridad y eficiencia en las carreteras. Esto se verá reflejado directamente en la calidad de vida de los usuarios, que podrán preocuparse menos por el tráfico y convivirán en un entorno donde las altas emisiones, atascos y otros problemas actuales podrán reducirse significativamente.

Sin embargo, hasta que no se superen las barreras legales y económicas los vehículos autónomos no serán algo habitual en las carreteras de todo el mundo. Si hablamos de automatización completa, todavía quedan bastantes años antes de ver la circulación masiva de vehículos autónomos.

Algunos expertos hablan de un plazo de entre 5 y 10 años pero, según Fernando Matía, las actuales barreras legales obligarán a que esta tecnología, a pesar de estar disponible en ese plazo de tiempo, espere al menos otros 20 años para que sea posible su despliegue a nivel mundial. Los principales fabricantes de vehículos han planteado hitos a corto (año 2020) y largo plazo (año 2035), mientras que otras empresas han hecho anuncios desafiantes desde el punto de vista tecnológico y temporal. “Creemos que aquellos países que avancen más rápido en la legislación serán aquellos en los que veremos antes estas soluciones”, afirma.

En un horizonte más cercano, señala Felipe Jiménez, se podrán ver soluciones de automatización en nichos específicos o soluciones de automatización parcial en situaciones muy concretas. Algunos sistemas que se están incorporando en los vehículos en la actualidad ya tienen la propiedad de un cierto grado de automatización y su proliferación es una realidad.

Lo que sí está claro es que la automatización es clave en el transporte en el futuro y que entra en conjunción con otras tecnologías, como las comunicaciones entre vehículos y la infraestructura, que harán del transporte por carretera un medio más seguro y eficiente.

Reportaje publicado originariamente en el número 31 de la 'Revista UPM'.