Semáforos inteligentes auto-organizam-se para evitar congestionamentos

O gráfico compara o rendimento do sistema mais moderno disponível hoje (estado da arte) com o novo sistema de adaptação flexível dos semáforos inteligentes.[Imagem: Lammer/Helbing]

Um grupo de engenheiros alemães e suíços criou um sistema de semáforos inteligentes que promete diminuir engarrafamentos e economizar combustível sem limitar a mobilidade dos motoristas.

Segundo Stefan Lämmer, da Universidade de Dresden, na Alemanha, e Dirk Helbing, do Instituto ETH de Zurique, na Suíça, seu sistema de controle de tráfego é realmente “verde” e permitirá que os motoristas parem menos e que as cidades melhorem seu meio ambiente.

Temporização aleatória

Os pesquisadores afirmam que é possível reduzir os congestionamentos alterando radicalmente a forma como os semáforos são controlados.

O paradigma atual estabelece que os semáforos devem alternar ciclicamente entre verde e vermelho de forma regular e absolutamente previsível. “Mas esta ideia é desnecessariamente restritiva,” afirmam os engenheiros.

Semáforos que sigam padrões cíclicos menos ordenados serão muito mais eficientes, segundo eles, reduzindo o tempo das viagens e tornando os congestionamentos muito menos frequentes.

Hoje, os engenheiros de tráfego ajustam a temporização dos semáforos seguindo os padrões do tráfego verificados no passado recentes – nos últimos meses ou nas últimas semanas. Isto implica, por exemplo, que as luzes verdes ficam acesas mais tempo nas vias principais durante os horários de pico.

Contudo, esses ajustes estão sendo feitos cada vez mais espaçadamente porque o recálculo dos tempos dos semáforos de uma cidade média já exige o trabalho de um supercomputador.

Semáforo inteligente

A solução encontrada por Lämmer e Helbing é passar a responsabilidade da temporização para o próprio semáforo.

Apesar de serem semáforos inteligentes, os pesquisadores apontam que a capacidade de processamento exigida para cada um deles é mínima, bastando serem capazes de seguir algumas regras operacionais simples e contarem com mecanismos para ajustar automaticamente seu tempo de funcionamento – além dos sensores para detectar o fluxo de veículos.

Para evitar que uma via receba um tráfego acima de sua capacidade, uma causa primária de congestionamento, os semáforos usam seus sensores para alimentar um sistema de controle de tráfego que é um meio-termo entre um sistema centralizado e um sistema totalmente descentralizado, com os semáforos formando uma rede para tomar decisões para o tráfego em escala regional.

Essa topologia permite que o sistema calcule o fluxo de veículos esperado para cada via nos próximos minutos, alterando automaticamente, e de forma coordenada, a temporização do verde e do vermelho para aliviar a pressão esperada.

“Com um chip simples”, segundo os pesquisadores, pode-se dispensar os sistemas de cálculo central – cada semáforo, recebendo as informações que lhes são afetas, pode decidir sozinho o que fazer.

Auto-organização e caos

Em suas simulações, os pesquisadores verificaram que a regra simples de alterar o tempo entre o verde o vermelho não é suficiente – muitas vezes, as luzes se adaptam demais. Ao permanecer verde por muito tempo quando recebem um aumento de tráfego, os semáforos acabam atrapalhando o trânsito mais à frente.

A solução não é um supercomputador: basta dar a cada semáforo as informações daqueles que lhe são mais próximos, tanto a montante quanto a jusante.

Trabalhando juntos e monitorando as filas de veículos ao longo de segmentos significativos das vias, os semáforos atingem um estágio de auto-organização e de fato minimizam a ocorrência de engarrafamentos.

Apesar da simplicidade tanto do hardware quanto das regras a serem seguidas, o sistema funciona incrivelmente bem. As simulações feitas em computador demonstraram que esse sistema possibilita tanto uma redução no tempo de espera em cada semáforo, como uma redução geral no tempo das viagens.

Uma das maiores surpresas, contudo, é que toda essa melhoria emerge com os verdes e os vermelhos dos semáforos operando de forma aparentemente caótica, sem seguir nenhum padrão regular.

Aproveitando os vazios

A chave do sucesso do sistema de semáforos inteligentes, segundo os pesquisadores, é que o controle não tenta responder às flutuações naturais no fluxo de tráfego impondo um ritmo definido.

Em vez de se concentrar no excesso de veículos em alguns momentos – o item a que mais se presta atenção quando o assunto são engarrafamentos – o novo sistema organizou-se para usar os vazios surgidos aleatoriamente no tráfego.

Essa estratégia permitiu uma redução no tempo de espera nos semáforos entre 10 e 30 por cento, assim como uma variação, embora menos previsível, no tempo total das viagens.

Outro detalhe nada desprezível para os motoristas: os semáforos inteligentes eliminam o irritante problema da espera excessiva nos cruzamentos sem que nenhum carro passe na outra direção porque os semáforos estão ajustados para os momentos de grande tráfego.

Nas vias de menor tráfego, o sistema é capaz de mudar para verde para atender veículos individuais vindos em direções diferentes.

Os primeiros testes do novo sistema serão feitos na cidade de Dresden.

Fonte: Inovação Tecnológica

Robô-operário sorri para seus colegas de fábrica

Como está sendo proposto para ser colocado ao lado de trabalhadores humanos, os engenheiros acharam que seria interessante dar expressões faciais ao robô. Se o trabalho estiver indo bem, ele pode sorrir amigavelmente para os colegas.[Imagem: Fraunhofer]

O jeitão antiquado e truculento dos robôs industriais pode estar perto do fim.

Cientistas alemães apresentaram na semana passada o seu Pi4-workerbot, um robô operário do tamanho de um ser humano, dotado de dois braços, três câmeras, sensibilidade nas pontas dos dedos e expressões faciais.

O objetivo é dar uma “delicadeza” aos robôs industriais que os torne mais flexíveis, capazes de montar peças pequenas, feitas de vários materiais, e operar com instrumentos mais sensíveis.

Aluguel de robôs

Imagine por exemplo, o caso simples de rosquear um parafuso em um equipamento. Instalar uma parafusadeira na extremidade do braço de um robô industrial parece algo simples. Mas basta que o parafuso se desloque uma fração de milímetro para não se enroscar perfeitamente.

Um trabalhador humano sente a resistência e pára o trabalho imediatamente, ajeita o parafuso, ou gira-o um pouco para trás e tenta novamente. O robô industrial tentará apertar o parafuso mesmo muito depois que a rosca já estiver irremediavelmente danificada.

A ideia da construção do robô operário é disponibilizar um equipamento que, tendo o mesmo tamanho de um ser humano, possa ser encaixado em qualquer célula de trabalho. E tendo flexibilidade, possa ser adaptado a qualquer tarefa.

A possibilidade de fabricar robôs multitarefa deverá diminuir o seu custo e abrir o campo para o aluguel de robôs industriais, permitindo que as empresas lidem com picos de produção sem pesados investimentos em ativos fixos.

Robô operário

O robô operário é equipado com três câmeras, sendo uma delas um moderno sistema de imagens 3D, que captura todas as imediações da área de trabalho. As outras duas são câmeras normais, usadas para inspeção e aferição.

“Com duas câmeras, ele pode inspecionar um aspecto do trabalho com o olho direito e outro aspecto com seu olho esquerdo. Ele pode medir os objetos ou inspecionar as superfícies ao mesmo tempo,” diz o Dr. Matthias Krinke, responsável por colocar o robô operário no mercado.

“Os braços robóticos convencionais geralmente têm apenas uma junta giratória no ombro; todas as outras juntas são articuladas. Em outras palavras, eles têm seis graus de liberdade, e não sete como um braço humano,” disse Dragoljub Surdilovic, responsável pelo desenvolvimento do robô.

Já o novo robô operário possui um sistema giratório que corresponde ao punho humano, o que permite que ele gire uma peça para analisá-la sob todos os ângulos, inclusive trocando-a de mão.

“Programar o robô para que os dois braços trabalhassem em conjunto – por exemplo, para pegar duas peças e encaixar uma na outra – foi um grande desafio. Isso exigiu a instalação de sistemas de sensores adicionais,” disse Surdilovic.

A agência espacial alemã também enfrentou o mesmo problema ao construir o Justin, um robô espacial, que também usa braços robóticos com sete graus de liberdade.

Robô feliz

E, como está sendo proposto para ser colocado ao lado de trabalhadores humanos, os engenheiros acharam que seria interessante dar expressões faciais ao robô. As expressões são mostradas na forma de imagens em uma tela que faz as vezes de rosto do robô.

Se o trabalho estiver indo bem, ele pode sorrir amigavelmente para os colegas.

“Se ele mostrar uma expressão entediada, então o gerente de produção saberá que o robô operário está esperando serviço e poderá aumentar o ritmo de produção,” afirmam seus projetistas.

Resta saber como ficará a expressão facial dos colegas humanos que estiverem trabalhando ao seu lado.

 

Fonte: Inovação Tecnológica

Nova tecnologia de baterias armazenará energia na lataria dos carros

O material compósito é feito com uma mistura de fibras de carbono e uma resina polimérica e é capaz de armazenar eletricidade e liberar grandes quantidades de energia mais rapidamente do que as baterias convencionais. [Imagem: Greenhalgh Lab]

Se o estágio tecnológico atual das baterias não é suficiente para fazer deslanchar a indústria dos carros elétricos, talvez a solução esteja em transformar a carroceria dos automóveis em uma gigantesca bateria.

Esta é a proposta de um grupo de engenheiros europeus que está investindo € 3,4 milhões para construir os primeiros protótipos de uma tecnologia que poderá revolucionar a concepção e a fabricação de carros híbridos e elétricos.

Bateria estrutural

Reunidos no Imperial College, de Londres, e apoiados pela fabricante Volvo, os pesquisadores estão desenvolvendo as primeiras amostras de um material capaz de armazenar e liberar energia elétrica e que também é forte e leve o suficiente para ser usado para a fabricação de peças estruturais de automóveis.

Além dos automóveis, os pesquisadores acreditam que seu material inovador, ainda cercado de mistério, mas já patenteado, poderá ser usado na fabricação dos gabinetes da maioria dos equipamentos eletroeletrônicos, como telefones celulares e computadores, que não precisariam mais de uma bateria separada. Isso tornaria esses equipamentos menores, mais leves e mais portáteis.

Pneu de estepe

Na primeira etapa, os cientistas estão usando o novo material compósito para construir o piso do porta-malas do carro, onde é normalmente colocado o pneu de estepe e que hoje é feito de aço.

O local foi escolhido por exigir rigidez do material mas sem comprometer qualquer aspecto de segurança. A Volvo irá usar a peça em carros de testes para avaliação. Somente depois de aprovado o material será usado em outras partes dos carros.

Bateria sem reação química

O material compósito é feito com uma mistura de fibras de carbono e uma resina polimérica e, segundo os pesquisadores, é capaz de armazenar a eletricidade e liberar grandes quantidades de energia muito mais rapidamente do que as baterias convencionais, aproximando-se do rendimento dos supercapacitores.

Além disso, o material não utiliza processos químicos para armazenar a energia, o que o torna mais rápido de recarregar do que as baterias convencionais. A ausência de reações químicas reduz drasticamente a degradação do material pelos constantes ciclos de carga e descarga, o que hoje é o maior responsável pela curta vida útil das baterias.

Carros mais leves

Os carros híbridos atuais possuem um motor de combustão interna, usado principalmente quando o motorista acelera o carro, e um motor elétrico alimentado por baterias, que é acionado quando o carro está em velocidade constante ou de cruzeiro.

O grande número de baterias exigido para dar uma autonomia razoável a esses carros também os torna mais pesados, o que significa que o carro consome mais energia e as baterias precisam ser recarregadas em intervalos menores.

Ao formar também a parte estrutural do carro, o novo material compósito capaz de armazenar energia ajudará a reduzir o peso do veículo. Os pesquisadores calculam que seu uso permitirá uma redução de 15 por cento no peso total do carro, o que deverá melhorar significativamente a autonomia dos futuros carros híbridos.

O novo material permitirá a construção de celulares tão finos quanto um cartão de crédito e laptops que extrairão energia de seu próprio gabinete, podendo funcionar por mais tempo sem recarga. [Imagem: Greenhalgh Lab]

Celular fino como um cartão de crédito

Na primeira fase do projeto, os cientistas estão planejando aprimorar seu material compósito para aumentar sua densidade de energia, ou seja, sua capacidade de armazenar mais energia.

As propriedades mecânicas do material serão aprimoradas através do crescimento de nanotubos de carbono na superfície das fibras de carbono, o que também aumentará a área superficial do material, com um ganho adicional na sua capacidade de armazenar energia.

“Estamos realmente animados com o potencial desta nova tecnologia. Acreditamos que o carro do futuro poderá extrair energia do seu teto, do capô ou até mesmo das portas, graças ao nosso novo material compósito,” diz o Dr. Emile Greenhalgh, coordenador do projeto.

“As aplicações futuristas para este material não param por aí – você poderá ter um celular tão fino quanto um cartão de crédito, porque ele já não precisará de uma bateria volumosa, ou um laptop que poderá extrair energia de seu próprio gabinete, podendo funcionar por mais tempo sem recarga. Estamos na primeira fase deste projeto e há um longo caminho a percorrer, mas acreditamos que o nosso material compósito é de fato promissor,” conclui Greenhalgh.

 

Fonte: Inovação Tecnológica