Guida autonoma e sicurezza: occhi robotici sui veicoli per proteggere i pedoni

Uno studio giapponese illustra come, in uno scenario di traffico critico, in cui i pedoni hanno fretta di attraversare una strada priva di semafori, sia possibile ridurre il rischio di incidenti stradali grazie alla presenza di occhi robotici installati sui veicoli a guida autonoma.

TAKEAWAY

  • Una delle sfide delle tecnologie che abilitano la guida autonoma riguarda la progettazione di nuove modalità di interazione tra veicoli e pedoni, considerato il fatto questa differisce dalla comunicazione che normalmente si instaura tra veicoli a guida umana e pedoni.
  • Da questa sfida prende il via la ricerca dell’Università di Tokio sul ruolo degli occhi robotici installati sui veicoli a guida autonoma nel ridurre i potenziali incidenti stradali in una situazione critica e nell’evitare – da parte dei pedoni – gli errori in una situazione ritenuta, invece, priva di criticità.
  • In futuro, il team di studio prevede l’integrazione di algoritmi di intelligenza artificiale negli occhi robotici, in modo da adattarne il movimento a diverse situazioni di traffico e a diversi comportamenti dei pedoni, tra cui, ad esempio, quelli di bambini, anziani e disabili.

Quello della guida autonoma e della sicurezza stradale – compresa la sicurezza dei pedoni – è un tema al quale lavorano da tempo case automobilistiche e ricercatori nell’ambito di tecnologie avanzata di assistenza alla guida. E il percorso, in tal senso, sembra essere ancora in salita, a giudicare dai dati contenuti nell’ultimo rapporto della National Highway Traffic Safety Administration che, per il periodo compreso tra il 1° luglio 2021 e il 15 maggio 2022, segnala, negli Stati Uniti (dove, da diversi anni, sono stati introdotti su strada alcuni prototipi di veicoli a guida autonoma), ben 392 incidenti che vedono protagoniste automobili senza conducente.

In particolare, una delle sfide più recenti della guida autonoma riguarda la progettazione di nuove modalità di comunicazione e di interazione tra veicoli e pedoni.

«I segnali del veicolo e del conducente sono due tipi di informazioni che aiutano i pedoni a prendere decisioni sugli attraversamenti stradali quando il veicolo si avvicina. I segnali del veicolo includono accelerazione, decelerazione, velocità e distanza, mentre i segnali del conducente includono il contatto visivo, i gesti e le posizioni. Tuttavia, le interazioni tra veicoli a guida autonoma e pedoni differiscono da quelle dei veicoli a guida umana. Ad esempio, potrebbe non esserci alcun driver all’interno di un’auto a guida autonoma oppure questo potrebbe essere impegnato a fare altro, ad esempio a lavorare al PC o a leggere un libro»

osserva il team di ricercatori dell’Università di Tokio, autori dello studio dal titolo “Can Eyes on a Car Reduce Traffic Accidents?” sulla riduzione degli incidenti stradali per mezzo di occhi robotici installati sui veicoli privi di conducente. Ma andiamo per gradi.

Guida autonoma e sicurezza dei pedoni: lo studio dell’interazione tra veicoli senza driver e mondo esterno

In tema di guida autonoma e sicurezza dei pedoni, negli ultimi anni sono state numerose le ricerche che hanno proposto diverse modalità di comunicazione da parte dei veicoli senza conducente per interagire col mondo esterno.

Tra tali modalità, l’utilizzo di un display posto sull’auto a guida autonoma rappresenta una delle soluzioni più popolari, fa notare il team giapponese. Sono stati, poi, studiati colori e diversi tipi di proiezione della luce su un’interfaccia uomo-macchina esterna, oltre a interfacce di comunicazione simili a quelle umane, come “occhi” e “sorrisi” da apporre sui veicoli.

In particolare, è stato dimostrato che la presenza – sulla parte esterna delle auto a guida autonoma – di occhi robotici «è in grado di aiutare i pedoni a prendere decisioni rapide sugli attraversamenti stradali in uno scenario di traffico cittadino». Insomma, gli occhi artificiali delle auto senza driver sembrerebbero infondere sicurezza nei pedoni, spesso timorosi circa la presenza, su strada, di veicoli privi di uno sguardo su ciò che li circonda.

«A differenza, però, di ricerche precedenti, in questo studio ci siamo concentrati su uno scenario critico, in cui i pedoni hanno fretta di attraversare un passaggio pedonale senza semafori e, nel farlo, si affidano alle indicazioni degli occhi robotici dei veicoli a guida autonoma, alle direzioni del loro “sguardo”, che implicano il riconoscimento dell’ambiente circostante e delle persone che lo popolano» spiegano gli autori, i quali hanno condotto uno studio empirico non direttamente in un contesto reale di traffico cittadino (troppo impegnativo e rischioso sotto il profilo della safety), bensì girando alcuni video in presenza di un’auto reale all’interno di scenari di traffico reali e chiedendo, poi, ai partecipanti di guardare i video avvalendosi di simulazioni in realtà virtuale e di completare i compiti assegnati, tra cui prendere una decisione sull’attraversamento stradale.

Immagine che illustra il metodo utilizzato, che ha previsto la videoregistrazione di uno scenario reale e la visione successiva, per mezzo di simulazioni in realtà virtuale, in cui ai partecipanti è stato chiesto di completare i compiti assegnati (Fonte: “Can Eyes on a Car Reduce Traffic Accidents?”, Università di Tokio).
Il metodo utilizzato ha previsto la videoregistrazione di uno scenario reale e la visione successiva, per mezzo di simulazioni in realtà virtuale, in cui ai partecipanti è stato chiesto di completare i compiti assegnati (Fonte: “Can Eyes on a Car Reduce Traffic Accidents?”, Università di Tokio).

Scenario esplorato, ipotesi formulate e metodologia applicata

In tema di guida autonoma e sicurezza dei pedoni, come accennato, lo scenario considerato dai ricercatori è quello di un attraversamento stradale in cui un pedone ha fretta e cammina verso un passaggio pedonale senza semafori.

«Questo è lo scenario tipico in cui si verificano incidenti stradali. Oltre il 90% dei conducenti, infatti, non si ferma agli incroci senza semaforo, anche se i pedoni sono in attesa di attraversare. In questi casi, i pedoni si affidano solo ai segnali del veicolo per prendere decisioni sull’attraversamento, al fine di evitare situazioni di rischio».

La domanda di partenza verteva sul ruolo degli occhi robotici installati su un veicolo a guida autonoma nel ridurre i potenziali incidenti stradal in una situazione critica come quella considerata. Un’altra domanda poneva poi la questione circa il «miglioramento dell’efficienza», ossia se gli occhi «sono in grado di ridurre gli errori in una situazione non critica».

Gli occhi robotici – contenenti tre direzioni dello sguardo (sinistra, diritto e destra) controllabili manualmente – sono stati installati su un carrello autonomo che, sebbene avesse piena capacità di guida autonoma, per tutta la durata dell’esperimento è stato guidato manualmente per motivi di sicurezza. Lastre di vetro fumé sono state incollate sul parabrezza e sui finestrini laterali, in modo da celare l’autista mentre guidava, simulando così, a tutti gli effetti, un veicolo a guida autonoma.

I video dello scenario sono stati girati in ambiente reale, con la situazione di attraversamento pedonale proposto, tenendo la telecamera a 360 gradi e simulando la camminata del pedone per attraversare la strada mentre la macchina con gli occhi robotici montati all’esterno si avvicinava al passaggio pedonale.

Nel dettaglio, i video contengono quattro comportamenti del veicolo:

  • un’auto senza occhi robotici non cede il passo al pedone (caso critico)
  • un’auto senza occhi robotici cede il passo al pedone (caso non critico)
  • un’auto con gli occhi robotici non guarda il pedone e non gli cede il passo (caso critico)
  • un’auto con gli occhi robotici guarda il pedone e gli cede il passo (caso non critico)
Immagine che illustra quattro diversi comportamenti del veicolo: (a) gli occhi robotici guardano dal lato opposto rispetto alla posizione del pedone (dunque, il veicolo non sembra fermarsi per cedergli il spasso); (b) gli occhi robotici prendono visione del pedone al lato della strada (il veicolo si ferma per cedergli il passo); (c) il veicolo privo di occhi non sembra fermarsi per fare passare il pedone ( d) il veicolo privo di occhi si ferma per farlo passare (Fonte: “Can Eyes on a Car Reduce Traffic Accidents?”, Università di Tokio).
Quattro diversi comportamenti del veicolo: (a) gli occhi robotici guardano dal lato opposto rispetto alla posizione del pedone (dunque, il veicolo non sembra fermarsi per cedergli il spasso); (b) gli occhi robotici prendono visione del pedone al lato della strada (il veicolo si ferma per cedergli il passo); (c) il veicolo privo di occhi non sembra fermarsi per fare passare il pedone ( d) il veicolo privo di occhi si ferma per farlo passare (Fonte: “Can Eyes on a Car Reduce Traffic Accidents?”, Università di Tokio).

Ricordiamo che i partecipanti allo studio empirico – condotto dal 15 febbraio al 10 marzo 2022 – sono stati in totale diciotto, di cui nove uomini e nove donne, di età compresa tra 18 e 49 anni.

Guida autonoma e sicurezza dei pedoni: i compiti assegnati e la misurazione dei comportamenti

Durante lo studio empirico in tema di guida autonoma e sicurezza dei pedoni svoltosi in realtà virtuale, ai partecipanti è stato chiesto di indossare un visore VR e di agire come pedoni a piedi, in procinto di attraversare la strada.

Il compito dei partecipanti era osservare le condizioni del traffico circostante e prendere decisioni sugli attraversamenti stradali in passaggi senza semafori.

«Più specificamente, i partecipanti dovevano prendere la decisione di “attraversamento STOP” nel caso in cui avessero avvertito il pericolo di collisione e, al contrario, la decisione di procedere spediti se si fossero sentiti al sicuro nell’attraversare la strada».Due i passaggi per completare l’attività data:

  • premere il pulsante “start” per avviare il video, senza la necessità di muoversi, in quanto il movimento viene riprodotto in VR come se il soggetto stesse camminando in avanti
  • premere il pulsante “stop” per interrompere l’attraversamento della strada, se si ritiene che questo sia pericoloso

«Abbiamo contato gli errori nelle decisioni prese. Nelle condizioni non critiche, ad esempio, la decisione di arresto viene conteggiata come un errore. Tuttavia, nelle condizioni critiche, anche la decisione di procedere attraversando la strada è stata considerata un errore» spiega il team.

Interessante, a tale riguardo, i risultati emersi, relativi ai partecipanti di sesso maschile e ai partecipanti di sesso femminile. Nei casi critici – viene specificato – «il tasso di errore dei partecipanti maschi era del 48,89% per quanto riguarda l’auto senza occhi robotici e del 17,78% per l’auto con occhi».

Nei casi non critici, invece, «il tasso di errore è stato del 55,56% nell’auto senza occhi e del 35,56% nell’auto con occhi», suggerendo che – per i pedoni maschi – gli occhi robotici sull’auto a guida autonoma hanno contribuito alla sicurezza, ma non all’efficienza.

Per le partecipanti di sesso femminile, nei casi critici il tasso di errore è stato del 25,56% per l’auto senza occhi robotici e del 31,11% per l’auto con occhi. E, nei casi non critici, del 72,22% nell’auto senza occhi e del 34,44% nell’auto con occhi, «mostrando una differenza statisticamente significativa tra le due tipologie di auto» e indicando che gli occhi robotici hanno contribuito all’efficienza, ma non alla sicurezza.

Le differenze di comportamento tra i pedoni in base al genere

Questo studio in tema di guida autonoma e sicurezza dei pedoni – commenta il gruppo di ricerca dell’Ateneo giapponese – ha dimostrato che «un veicolo a guida autonoma provvisto di occhi robotici potrebbe essere in grado di aiutare i pedoni a prendere una decisione di attraversamento stradale in modo più corretto rispetto a un’auto senza occhi (cioè un’auto dall’aspetto normale) in una situazione critica di attraversamento stradale senza semafori, dove un pedone che cammina di fretta è a rischio».

Ad essere più precisi, ciò che lo studio empirico ha rilevato è che gli occhi di un’auto (cioè quando la direzione del loro sguardo va verso il pedone) hanno la capacità di ridurre potenziali incidenti stradali in una situazione di attraversamento pericolosa. E questo specie per i pedoni maschi.

I risultati hanno anche mostrato che, nei casi critici (cioè, quando l’auto intendeva non cedere il passo al pedone), il tasso di errore dei partecipanti maschi era significativamente migliorato dalla condizione di auto senza occhi alla condizione di auto con gli occhi.

gli occhi robotici installati su un’auto possono aumentare l’ “efficienza” all’interno de traffico per i pedoni di sesso femminile. Puntualizzano gli autori:

«La sicurezza, ovvero evitare le collisioni con le auto a guida autonoma all’interno del traffico, è l’aspetto cruciale nelle interazioni con i pedoni. Ma anche l’efficienza è una parte importante di tale interazione, correlata, in particolare, al risparmio di tempo e, dunque, di carburante da parte del veicolo»

Ad esempio, nello scenario di attraversamento stradale “sicuro” (cioè, in cui l’auto intende cedere il passo al pedone), le donne – nello studio empirico di simulazione VR – hanno spesso dato segnale di ”stop” all’attraversamento.

Il tasso di errore (vale a dire, “sicuro da attraversare” ma “non attraversato”) delle partecipanti di sesso femminile è stato – in questo caso – relativamente alto (72,22%) rispetto ai partecipanti di sesso maschile (55,56%). Benché sicuro, questo comportamento è inefficiente, soprattutto quando un pedone che cammina ha fretta di attraversare la strada e quando il veicolo a guida autonoma si ferma per permettere il suo passaggio.

Guida autonoma e sicurezza dei pedoni: il futuro della ricerca sul tema

In tema di guida autonoma e sicurezza dei pedoni, in futuro – anticipano i ricercatori – «vorremmo dotare di algoritmi di intelligenza artificiale gli occhi robotici, in modo da controllarne la direzione dello sguardo e adattarli a diverse situazioni di traffico».

Inoltre – aggiungono – potrebbe essere utile anche sviluppare tecnologie per riconoscere il genere dei pedoni e modificare i comportamenti del veicolo a guida autonoma, «poiché questo studio ha mostrato interessanti differenze di genere tra casi critici e non critici nell’interazione auto-pedone».

Oltre al sesso dei pedoni, la ricerca futura potrebbe prevedere anche di indagare su diversi utenti della strada – tra cui bambini, anziani e disabili – in quanto ognuno di loro potrebbe avere bisogno di modi diversi di interagire con le auto a guida autonoma.

Infine, per quanto attiene alla valutazione delle simulazioni in realtà virtuale, sarebbe interessante anche analizzare le differenze tra il modo in cui gli utenti percepiscono i pericoli della guida autonoma all’interno del traffico nel mondo reale e in ambiente VR e come eventualmente, quest’ultimo condiziona i pedoni.

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Paola Cozzi

Giornalista dal solido background acquisito lavorando presso i più prestigiosi Editori italiani | Ventidue anni di esperienza nello sviluppo di prodotti editoriali b2b, cartacei e digitali | Vent'anni alla direzione di una testata b2b in tema di Sicurezza anticrimine di tipo fisico | Attualmente si dedica al Giornalismo Digitale ed esplora nuove tecniche e nuovi stili di comunicazione

Articoli: 290

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