Η αυξημένη κίνηση στα αστικά κέντρα δοκιμάζει ήδη τις αντοχές πεζών και εποχούμενων. Φανταστείτε λοιπόν τι έχει να γίνει όταν οι δρόμοι γεμίσουν και με αυτόνομα αυτοκίνητα! Η προοπτική αυτή, αλλά και άλλοι παράγοντες, έχουν εντείνει εδώ και μια εικοσαετία τη μελέτη της κίνησης των ανθρώπων σε πολυσύχναστα περιβάλλοντα και των αλληλεπιδράσεων τόσο μεταξύ τους όσο και με τα οχήματα.

Πρωτοπόρος στο πεδίο αυτό είναι ο εκ Σερρών ορμώμενος αναπληρωτής καθηγητής στο Τμήμα Υπολογιστών και Μηχανολογίας στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας στο Ρίβερσαϊντ κ. Ιωάννης Καραμούζας, ο οποίος μίλησε στο ΒΗΜΑ-Science με αφορμή προσφάτως δημοσιευμένες μελέτες του.

Δεν είμαστε σωματίδια

Για τη μελέτη της κίνησης ενός πλήθους ατόμων, οι επιστήμονες αποδέχονται πια ότι τα άτομα είναι δρώσες νοήμονες οντότητες (agents). Η αποδοχή αυτή ήρθε να αντικαταστήσει προηγούμενες θεωρήσεις του πεδίου και προέκυψε στο παρελθόν από μελέτη στην οποία συμμετείχε ο κ. Καραμούζας και η οποία δημοσιεύθηκε σε επιστημονικό περιοδικό κύρους («Physical Review Letters»).

Πρακτικά, η θεώρηση αυτή λέει ότι συχνά κινούμαστε με διαμορφωμένο τρόπο, σαν να συμμορφωνόμαστε με φυσικούς νόμους που δεν γνωρίζουμε καν, παρόλο που ο καθένας είναι μια διαφορετική οντότητα με νόηση και ικανός για λήψη πρωτοβουλιών.

Ωστόσο, για μεγάλο χρονικό διάστημα όσοι μελετούσαν τις κινήσεις ενός πλήθους είχαν ως οδηγό κάτι παρόμοιο με τον νόμο του Coulomb για τα ηλεκτρικά φορτία. Εκεί η ελκτική δύναμη μεταξύ δυο μελών (αναφερόμαστε στην περίπτωση ανάπτυξης ελκτικών δυνάμεων) αυξάνεται στο τετράγωνο όσο μειώνεται η μεταξύ τους απόσταση (δηλαδή όταν μειώνεται στο μισό η απόστασή τους η έλξη τους τετραπλασιάζεται).

Αντί όμως να συμπεριφέρονται εντελώς σαν σωματίδια, οι άνθρωποι φαίνεται να κινούνται με εξατομικευμένο αλλά παραδόξως και «χονδρικά προβλέψιμο τρόπο». Οδηγούμενοι από ακριβείς αλλά ασυνείδητους υπολογισμούς, που βοηθούν να αποφεύγονται όσο το δυνατόν οι συγκρούσεις στον δρόμο.

Οπως διαπίστωσε ο κ. Καραμούζας, «oι άνθρωποι, καθώς κινούνται μέσα σε πλήθη, πάντα προβλέπουν μελλοντικές καταστάσεις. Αποφασίζοντας έτσι και το πόσο μακριά βρίσκονται από μια πιθανή σύγκρουση».

Αντιδρώντας λίγο πριν από τη σύγκρουση

Σε πειράματα εξετάστηκαν έξι σύνολα δεδομένων για καταγραφή μεμονωμένων κινήσεων σε πολυσύχναστα μέρη: τέσσερα από φυσικά περιβάλλοντα, όπως βίντεο πεζών σε μια πανεπιστημιούπολη και έναν εμπορικό δρόμο και δύο από εργαστηριακά πειράματα, στα οποία οι συμμετέχοντες παρακολουθούνταν με κάμερες καθώς περιφέρονταν σε έναν διάδρομο.

Διαπιστώθηκε πως αντίθετα με ό,τι θα περίμεναν με τα έως τότε γνωστά, δηλαδή μια «απωστική δύναμη» μεταξύ των ανθρώπων, όπως αυτή που απομακρύνει (ομώνυμα) φορτισμένα σωματίδια, ναι μεν υπήρχε, αλλά λειτουργούσε μόνο μερικές φορές.

«Δύο άνθρωποι που περπατούν αντίθετα ο ένας ως προς τον άλλον έχουν μια ισχυρή αλληλεπίδραση, αλλά οι άνθρωποι που περπατούν δίπλα-δίπλα δεν έχουν σχεδόν καμία αλληλεπίδραση (γι’ αυτό δεν ισχύει ο νόμος του Coulomb)» μας θυμίζει ο συνομιλητής μας.

Τελικά από το πλήθος των μετρήσεων «αναδύθηκε» μια μεταβλητή που ονόμασαν «χρόνος έως τη σύγκρουση» (time to collision), ικανή να εξηγήσει  πολλές από τις παρατηρούμενες προσαρμογές πορείας. Δηλαδή όσο πιο επικείμενη είναι η σύγκρουση μεταξύ δυο πεζών τόσο περισσότερη ενέργεια ξοδεύουν για να την αποφύγουν. Με άλλα λόγια, η αλληλεπίδραση μεταξύ ατόμων σε ένα πλήθος είναι αντιστρόφως ανάλογη με το τετράγωνο του εκτιμώμενου χρόνου τους έως τη σύγκρουση.

Σε αντίθεση με τα σωματίδια, ο μηχανισμός που παράγει αυτές τις προσαρμογές (δηλαδή την αύξηση της ενέργειας προς αποφυγή επικείμενης σύγκρουσης) είναι ένας ενστικτώδης διανοητικός υπολογισμός και όχι κάποιο είδος φυσικής δύναμης. Υπάρχει επίσης ένα όριο στο πόσο μακριά μπορούμε (ή χρειαζόμαστε) να λογοδοτήσουμε για την κίνηση-πορεία άλλων ανθρώπων.

Οταν ο χρόνος της σύγκρουσης ήταν πάνω από τρία δευτερόλεπτα, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η ενέργεια αλληλεπίδρασης μεταξύ δύο πεζών έπεφτε στο μηδέν, πράγμα που σημαίνει ότι οι άνθρωποι δεν έπαιρναν καθόλου υπόψη ο ένας τον άλλον.

Νέες προοπτικές

Στην αναμενόμενη ερώτηση για τη χρήση αυτής της έρευνας, η πλέον σύντομη απάντηση είναι: αρχιτεκτονική, δηλαδή λειτουργικότερα μεγάλα κτίρια, πεζοδρόμια, σχολεία, γήπεδα, χώροι λατρείας όπως η Μέκκα αλλά και πιο καθηλωτικές εφαρμογές εικονικής πραγματικότητας όπως ηλεκτρονικά παιχνίδια και Virtual Reality εφαρμογές.

Οπως μας είπε ο κ. Καραμούζας, τώρα με την Τεχνητή Νοημοσύνη και την ευκολότερη πρόσβαση σε δεδομένα πλήθους η έρευνά του «θα μπορούσε να αποκτήσει καινούργιες διαστάσεις εστιάζοντας στην εκπαίδευση μοντέλων πλήθους από διαθέσιμα βίντεο (π.χ. YouTube).

Καθώς κινούνται μέσα στο πλήθος, οι άνθρωποι είναι σε θέση να επιδεικνύουν συμπεριφορές τεράστιας πολυπλοκότητας πέρα από την αποφυγή συγκρούσεων. Για παράδειγμα, συνήθως δεν περπατάμε μόνοι, αλλά μαζί με φίλους, παιδιά, κ.λπ. Επιπλέον, σταματάμε στον δρόμο για να χαιρετήσουμε κάποιον γνωστό, περπατάμε ενώ μιλάμε στο τηλέφωνο, κοιτάμε βιτρίνες καταστημάτων, κ.λπ.  Τέτοιες αυτόνομες συμπεριφορές απουσιάζουν από τα υπάρχοντα μοντέλα πλήθους αλλά είναι απαραίτητες για τη ρεαλιστική εξομοίωση ανθρώπων».

Ρομπότ και άνθρωποι στους 4 τροχούς

Μια άλλη εργασία του συνομιλητή μας αν και μοιάζει να περιορίζεται στους τέσσερις τοίχους ενός σπιτιού έχει πολύ μεγαλύτερες προεκτάσεις. Διότι έχει να κάνει με τη συνάντηση-συμβίωση-συμπόρευση ρομπότ και ανθρώπων.

Σε πείραμα που διεξήχθη σε ένα μεγάλων διαστάσεων εργαστήριο, φοιτητές συνυπήρξαν και κινήθηκαν στον ίδιο χώρο με τις μικρές εκείνες ρομποτικές ηλεκτρικές σκούπες δαπέδου. Σε ένα πρώτο σύνολο μετρήσεων οι σκούπες αγνοούσαν τους φοιτητές και σε ένα δεύτερο οι σκούπες λάβαιναν υπόψη το αν θα διασταυρώνονταν οι τροχιές τους με τους ανθρώπους, οπότε προσπαθούσαν να τους αποφύγουν.

Τους απέφευγαν με σχετική επιτυχία αλλά αποδείχθηκε πως χρειάζεται ακόμη περισσότερη δουλειά για το επιθυμητό αποτέλεσμα. Και  αν αυτό τώρα μεταφερθεί στους δρόμους, όπου αντί για τις μικρές ακίνδυνες ηλεκτρικές σκούπες θα κινούνται ρομποτικά αυτοκίνητα στους ίδιους δρόμους με πεζούς και αυτοκίνητα με ανθρώπους οδηγούς, ο κ. Καραμούζας ήταν προβληματισμένος.

Οπως λέει «εδώ, στο Λος Αντζελες, στους μεγάλους δρόμους ήδη κινούνται ρομποτικά αυτοκίνητα, αλλά δεν είμαι σίγουρος πως αυτό θα μπορούσε να γίνει πολύ ομαλά, χωρίς δυστυχήματα μέσα σε γειτονιές και με πεζούς ανάμεσά τους. Σε ελεγχόμενα περιβάλλοντα όπου οι χρήστες του δρόμου τηρούν τους κανόνες κυκλοφορίας, ένα αυτόνομο αυτοκίνητο μπορεί εύκολα να προβλέψει τη συμπεριφορά των πεζών, των ποδηλατών κ.λπ., και να αντιδράσει ανάλογα. Ωστόσο, σε δυναμικά και πολυσύχναστα περιβάλλοντα όπως το κέντρο του Μανχάταν ή το Σύνταγμα, είναι πολύ πιο δύσκολο λόγω των ποικίλων αλληλεπιδράσεων μεταξύ των χρηστών του δρόμου και της περίπλοκης και απρόβλεπτης συμπεριφοράς των πεζών».

Δυστυχώς, πολλές από αυτές τις καταστάσεις είναι αδύνατον να αναπαραχθούν σε εργαστηριακά περιβάλλοντα, όπως τα πειράματα με τις ρομποτικές σκούπες, καθώς θα έθεταν σε κίνδυνο τους ανθρώπους και όπως λέει: «Για αυτόν τον λόγο αναζητούμε εναλλακτικούς τρόπους για να μελετήσουμε και μοντελοποιήσουμε τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ ανθρώπων και οχημάτων, όπως τα πειράματα με Εικονική Πραγματικότητα ή με τη δημιουργία ψηφιακών διδύμων αστικών περιβαλλόντων (Digital Twins), όπου μπορούν να προσομοιωθούν διάφορα κυκλοφοριακά σενάρια».