Movilidad autónoma bajo demanda

La idea de desarrollar una forma de transporte de pasajeros basada en vehículos compartidos en lugar de automóviles privados proviene de la investigación en el campo de la movilidad sostenible , que busca crear una forma eficiente y respetuosa con el medio ambiente para que las personas se desplacen. ^{[ 3 ]} A finales de abril de 2022, el número de automóviles en el mundo alcanzó los 1.100  millones, lo que significa que hay aproximadamente un vehículo por cada siete personas en la Tierra. ^{[ 4 ]} Tal gran cantidad de vehículos privados en las calles causa varios problemas, a saber, una enorme emisión de gases de efecto invernadero y una demanda de combustibles fósiles , ya que la mayoría de los automóviles todavía funcionan con combustible, ^{[ 4 ]} así como problemas de infraestructura como la congestión de las carreteras y la falta de plazas de aparcamiento. ^{[ 5 ]} El concepto de movilidad a demanda (MoD) aborda estos problemas proporcionando una posible solución a los mismos: en MoD, las personas no necesitan un vehículo privado para viajar. La movilidad a demanda es, de hecho, un servicio en el que se utilizan vehículos compartidos para la movilidad de pasajeros en viajes de ida. La adopción de servicios de movilidad bajo demanda tiene el potencial de aumentar la tasa de utilización de vehículos, que para automóviles privados es en promedio inferior al 10%, ^{[ 6 ]} permitiendo así transportar la misma cantidad de personas con una menor cantidad de vehículos. De esta manera, se puede reducir tanto la congestión como la contaminación en las ciudades. ^{[ 7 ]} El servicio ofrecido en las ciudades por las compañías de taxis, que hoy en día también ha sido asumido por otros proveedores como Uber ^{[ 8 ]} y Bolt , ^{[ 9 ]} es en sí mismo una expresión de movilidad bajo demanda: a petición, un conductor va a recoger pasajeros para llevarlos a su destino deseado y luego continúa con la siguiente demanda. La otra manifestación del concepto de movilidad bajo demanda es el carsharing , que permite a las personas alquilar un vehículo, conducirlo hasta su destino y luego dejarlo allí, para que permanezca disponible para los siguientes clientes. La idea del uso compartido de automóviles se ha popularizado entre el público desde finales del siglo XX, ^{[ 10 ]} y está ganando cada vez más éxito en los últimos años, con empresas como ShareNow ^{[ 11 ]} y Enjoy ^{[ 12 ]} que lo ofrecen en todo el mundo. ^{[ 13 ]}Una gran desventaja de los sistemas de movilidad bajo demanda es que periódicamente se produce un desequilibrio en el sistema, consistente en una acumulación de vehículos en algunas zonas y una escasez en otras, debido a que algunas zonas son más populares que otras. Este desequilibrio hace que el servicio sea ineficiente, ya que los clientes tienen menos probabilidades de encontrar un vehículo cerca. ^{[ 14 ]}

La llegada de la tecnología de los coches autónomos ha comenzado a revolucionar el concepto de movilidad bajo demanda, transformándolo en movilidad autónoma bajo demanda (AMoD). Una flota AMoD se compone de vehículos con un nivel de autonomía 5, ^{[ 15 ]} controlados de forma centralizada. La comunicación con los clientes se realiza mediante aplicaciones móviles, donde pueden solicitar un vehículo en una ubicación precisa, que los recoge y los lleva a su destino. Muchos investigadores académicos y empresas del sector se centran en el desarrollo de sistemas AMoD; las principales compañías que ya desarrollan flotas de vehículos para AMoD se muestran en la siguiente tabla.

Al ser los vehículos autónomos, se realiza un control preciso de sus trayectorias mediante un sistema de enrutamiento optimizado. ^{[ 21 ]} Las rutas de los automóviles se calculan en tiempo real según objetivos específicos definidos en la fase de diseño de los algoritmos de control de la flota. Estos buscan minimizar la distancia recorrida o el tiempo necesario para llegar a una ubicación específica, por lo que deben tener en cuenta diferentes métricas como el tráfico en las calles y el estado de las carreteras. ^{[ 22 ]}

Un aspecto crucial de la tecnología AMoD es la asignación de vehículos a las solicitudes abiertas de los clientes. Para tomar las decisiones de despacho, el controlador primero registra las posiciones en tiempo real de todos los vehículos y las solicitudes abiertas. Se pueden adoptar diferentes estrategias para realizar las asignaciones, y la elección entre ellas afecta la complejidad del control de la flota y la efectividad de todo el sistema. ^{[ 22 ]} Una opción es asignar clientes al vehículo más cercano siguiendo una regla de primero en llegar, primero en ser atendido , lo cual es fácil en términos de tiempo de cálculo pero solo conduce a soluciones subóptimas. ^{[ 22 ] [ 23 ]} Por esta razón, los investigadores están proponiendo enfoques basados ​​en la programación matemática. ^{[ 22 ]} Estos consisten en formular un problema de asignación definiendo el valor de costo de cada asignación potencial vehículo-cliente y las restricciones presentes en el sistema. ^{[ 24 ]} El problema se resuelve luego utilizando un algoritmo para la asignación óptima de recursos-tareas. ^{[ 24 ]} El valor de costo de cada asignación posible se puede calcular en base a diferentes métricas. La mayoría de las estrategias de despacho propuestas hasta ahora se basan en uno de los siguientes parámetros o en una combinación de algunos de ellos: ^{[ 24 ]}

• Distancia espacial entre el vehículo y el cliente. Se puede evaluar mediante la distancia euclidiana , menos precisa pero computacionalmente más ligera, o mediante la ruta más corta , que es más precisa pero provoca un aumento considerable del tiempo de cálculo , lo que podría limitar la escalabilidad del sistema al que se puede aplicar el método.
• Estimación del tiempo necesario para que el vehículo llegue al cliente.
• Tiempo de espera del cliente
• Tráfico
• Autonomía del coche antes del próximo repostaje.
• Predicciones sobre la demanda futura

La estocasticidad de la demanda del cliente hace que los sistemas AMoD sean inestables , provocando que se desequilibren después de un tiempo. Esto resulta en una distribución desigual de los recursos a lo largo de la red, lo que afecta sensiblemente la calidad del servicio. Por esta razón, los vehículos vacíos de una flota AMoD se redistribuyen periódicamente en toda su área de operación, para que estén disponibles donde más se necesiten en el futuro. ^{[ 1 ]} Al planificar el reequilibrio, es necesario tener en cuenta que mover vehículos vacíos tiene un costo. Además, esta acción contribuye a la congestión de las calles. Por estas razones, para calcular las decisiones óptimas de reequilibrio se realiza una compensación precisa entre los diferentes factores de costo. ^{[ 25 ]} Se pueden adoptar varias estrategias para decidir dónde se deben reequilibrar los vehículos: ^{[ 26 ] [ 27 ]}

• Estudiar los registros de la demanda de clientes en cada área durante los días anteriores y, a partir de ahí, estimar el número promedio de vehículos necesarios en cada zona en cada momento del día.
• Calcular periódicamente el desequilibrio entre el número de coches y el de clientes presentes en cada zona, y emitir acciones de reequilibrio destinadas a minimizar dicho parámetro en todas las áreas de la ciudad.
• Estimar la demanda futura de clientes en cada zona mediante algún método de pronóstico y anticiparla enviando los vehículos necesarios a las áreas adecuadas con antelación.

La introducción de flotas de AMoD constituye una alternativa al uso de automóviles privados para la movilidad de pasajeros, por lo que tiene el potencial de reducir significativamente el número de vehículos en las calles. Esto tiene el efecto de disminuir tanto la congestión en las calles como las emisiones de gases de efecto invernadero, además de aumentar la eficiencia del combustible . ^{[ 6 ]}

La evidencia muestra que la gran mayoría de los accidentes de tránsito en el mundo son causados ​​por errores humanos. ^{[ 28 ]} La adopción de vehículos autónomos eliminaría el factor de riesgo humano en los viajes en automóvil, disminuyendo así considerablemente la probabilidad de que ocurra un incidente. ^{[ 29 ]}

La principal limitación de los sistemas de MoD radica en el desequilibrio de recursos provocado por la demanda desigual en la zona atendida. La introducción de vehículos autónomos ofrece una solución a este problema, ya que la tecnología de conducción autónoma permite que la flota se reequilibre periódicamente sin necesidad de intervención humana. ^{[ 1 ]} Esto se traduce en una mejora de la calidad del servicio, pues los clientes tienen más probabilidades de encontrar vehículos cuando y donde los necesitan. ^{[ 1 ]}

Los sistemas AMoD permiten la movilidad de quienes no conducen y brindan a los viajeros la posibilidad de aprovechar el tiempo del viaje de forma útil o incluso de relajarse. ^{[ 30 ]} La ausencia de conductores garantiza la misma disponibilidad del servicio durante todas las horas del día y de la noche: las únicas interrupciones del servicio se producen en caso de averías de los vehículos o cuando se están repostando. ^{[ 30 ]}

Para que un servicio de movilidad autónoma (AMoD) comience a marcar la diferencia en términos de mitigación de la congestión y la contaminación, y seguridad, debe adoptarse a gran escala. Antes de que un gran número de personas comience a preferir este tipo de sistema a sus automóviles privados, es necesario optimizar la producción y gestión de flotas e infraestructuras de AMoD para que resulte ventajoso en términos de costos en comparación con la propiedad de un vehículo. ^{[ 30 ]}

El mundo emergente de los vehículos autónomos está lleno de interrogantes éticos abiertos que complican la adopción de dicha tecnología incluso desde un punto de vista moral: ¿ quién debe ser considerado responsable de los accidentes que involucren a vehículos autónomos? Cuando un vehículo autónomo se encuentra en una situación peligrosa en la que es inevitable dañar a alguien, ¿cómo debe decidir a quién salvar? ^{[ 31 ] [ 32 ]} Aún no existen soluciones consensuadas a estas preguntas en la comunidad científica, pero investigadores y legisladores están trabajando para elaborar regulaciones al respecto. ^{[ 33 ] [ 34 ]}

Los vehículos autónomos tienen el potencial de eliminar los accidentes de tráfico causados ​​por errores humanos, pero no están exentos de riesgos. Podrían producirse fallos en su sistema y potencialmente perjudicar a los pasajeros u otros usuarios de la vía. ^{[ 30 ]} También podrían ser objeto de actividades delictivas, como ataques informáticos, que podrían afectar a su seguridad y rendimiento. ^{[ 30 ]}

La posibilidad de compartir viajes en AMoD entre desconocidos que deban recorrer la misma ruta mejoraría la calidad del servicio, al reducir los tiempos de espera y de viaje, y disminuiría el costo, ya que el precio del viaje se dividiría entre los pasajeros. Además, se necesitarían menos vehículos para satisfacer la demanda de los clientes, lo que también aportaría beneficios en términos de sostenibilidad y reducción del tráfico. ^{[ 35 ]} Por lo tanto, los investigadores están trabajando en el desarrollo de sistemas de control capaces de combinar las necesidades de diferentes clientes para satisfacer mejor a todos ellos y optimizar todo el sistema. ^{[ 35 ]}

Un avance adicional en la tecnología AMoD, en el que algunas empresas como Cruise ya están trabajando, sería el uso de flotas de vehículos eléctricos . Esto aportaría una gran ventaja en términos de sostenibilidad, pero introduce una complejidad adicional en el sistema. ^{[ 36 ]} De hecho, cargar un vehículo eléctrico lleva más tiempo que repostar un coche de gasolina, por lo que es necesario optimizar el proceso de carga para aprovechar las ventajas de dicho sistema. ^{[ 36 ]}