Il Messaggero, 27 gennaio 2025
L’esperto: problemi di traffico? Studiamo le formiche
In un futuro non così lontano, molti veicoli saranno a guida autonoma, grazie alla combinazione di diverse tecnologie, quelle stradali, connesse e dotate di sensori, e quelle a bordo dei veicoli, come l’intelligenza artificiale. L’auspicio è che i cosiddetti CAV, acronimo di Cooperative Automated Vehicles, diminuiscano l’incidentalità causata da noi umani, e riducano il traffico. Un contributo importante allo sviluppo delle auto a guida autonoma, proviene dallo studio delle formiche, il cui movimento ordinato ed organizzato anche in presenza di flussi elevati è stato oggetto di studio all’Università di Trento. Ne abbiamo parlato con Marco Guerrieri, co-autore dello studio insieme a Nicola Pugno.Qual è stato lo spunto iniziale della ricerca?«Nel 2018 è entrato in vigore il decreto Smart Road, che permette sperimentazioni sull’uso di veicoli a guida autonoma e di implementare tecnologie di infomobilità su strade ed autostrade esistenti; si tratta di sistemi che informano in tempo reale su traffico, meteo, incidenti, cantieri ed in futuro dialogheranno con veicoli a guida autonoma, che ad oggi non funzionano in modalità cooperativa, cioè non agiscono sinergicamente tra loro. L’ispirazione è nata insieme al professor Nicola Pugno, docente di scienza delle costruzioni, che da anni si occupa di ricerca su materiali innovativi bioispirati con applicazioni soprattutto nell’ingegneria civile e meccanica».Che caratteristiche ha il mondo delle formiche da renderle interessanti per il vostro studio?«Le formiche cooperano tra loro, risolvono problemi complessi adottando regole relativamente semplici e sono tra le poche specie viventi a muoversi in modalità bidirezionale, con file parallele, andata e ritorno, come avviene alle auto sulle strade».Perché avete accostato l’organizzazione di questi insetti al traffico stradale?«Le file di formiche non subiscono mai fenomeni di rallentamenti marcati o stop, che si verificano in autostrada quando i flussi sono molto elevati ed i rallentamenti possono portare allo stop, soprattutto perché si riscontrano numerosi cambiamenti di corsia che portano a instabilità del deflusso veicolare. Talvolta si verificano fenomeni come il cosiddetto traffic phantom jam, la congestione fantasma».Cosa avviene con questo fenomeno?«Spesso quando l’autostrada è bloccata, apparentemente l’utente pensa ad un cantiere o un incidente, per cui si procede in modo rallentato, poi improvvisamente il flusso ricomincia a riprendere come se nulla fosse. Questo avviene quando la quantità di veicoli è molto elevata, gli utenti cominciano a cambiare corsia per cercare di trovare quella più adatta per raggiungere una maggiore velocità di marcia, ma in realtà questi cambi di corsia portano rallentamenti che si estendono indietro nel deflusso, fino a formare code. Questo non avviene con le formiche».Che tipo di analisi avete condotto?«Abbiamo analizzato i percorsi di circa 10 mila formiche, senza che vi fosse alcun condizionamento umano, selezionando formiche con dimensione media di 3 millimetri, le abbiamo riprese ed esaminato il loro comportamento, determinando – attraverso procedure di deep learning – le singole traiettorie, le velocità istantanee lungo il percorso di ciascuna formica e conseguentemente i flussi, come se fossero a livello macroscopico dei veicoli, trovando leggi che legano queste variabili».Quale tecnologia è stata utilizzata?«Con la fotocamera abbiamo ripreso il loro percorso e simulato l’effetto di disturbo che potrebbe esserci in un flusso, attraverso olio di citronella cercando di generare una situazione caotica, mentre le formiche cominciano ad aumentare la velocità. Dopodiché abbiamo estratto numerosi video e l’IA è stata di ausilio per esaminare le traiettorie, le velocità medie, le densità e le portate di traffico. Il tracciamento di ogni singola formica, aiutato dall’intelligenza artificiale, è stato fondamentale per capire se avessero fatto delle manovre di sorpasso».Qual è stata la reazione al disturbo?«Quando le portate di formiche aumentano, la velocità si mantiene pressoché costante, una situazione diversa da quella che si manifesta in autostrada: quando aumentano i flussi di veicoli, cala la velocità fino ad arrivare a zero e bloccare il traffico».Che cosa avete scoperto?«Le formiche non effettuano quasi mai manovre di sorpasso, seguono ordinatamente le formiche leader che lasciano tracce di ferormoni, recepite dalle formiche follower. Si mantengono così piccolissimi distanziamenti, che in ambito stradale, oggi non possono essere mantenuti per ragioni di sicurezza e perché gli automobilisti alla guida hanno tempi di percezione e reazione incompatibili con ridotti distanziamenti intraveicolari. Nel loro insieme, le formiche adottano strategie cooperative che consentono al gruppo organizzato di risolvere i problemi di traffico».Che applicazione potrebbe avere nelle auto a guida autonoma?«Il comportamento delle formiche è un elemento di ispirazione per sistemi di regolamentazione del traffico di CAV in modalità cooperativa, perché come le formiche si scambiano informazioni attraverso i ferormoni, anche i CAV si scambieranno informazioni tra loro e con il gestore dell’infrastruttura, marceranno in modo ordinato e unifilare, con limitazione dei sorpassi e distanziamenti molto piccoli, in linea teorica anche inferiore ad un metro, la cosiddetta marcia plotonizzata, ma in condizioni di sicurezza perché hanno tempi di reazione molto più piccoli rispetto a quelli umani».Con quali effetti in autostrada?«Molto probabilmente, si potranno aumentare le capacità autostradali fino a tre volte.L’altro vantaggio è l’eliminazione del fattore umano, che è la principale causa di incidentalità. Inoltre, con i CAV in autostrada si potranno anche diminuire le larghezze delle corsie, incrementando il loro numero a parità di ampiezza della carreggiata, aumentando così ulteriormente la capacità complessiva del sistema».