El primer sistema de semáforos del mundo comenzó a funcionar en 1868 cerca del Palacio de Westminster en Londres (Reino Unido). Se trataba de un sistema de alumbrado de gas operado por un policía, y diseñado para controlar el flujo del tráfico de los carruajes tirados por caballos a través del río Támesis.

La prueba fue un éxito, al menos en lo que respecta al control del tráfico. Pero el experimento fue efímero. Unos meses después de que se instalaran las luces, explotaron a causa de una fuga de gas, hiriendo al policía que las controlaba.

Desde entonces, peatones y conductores han tenido una relación algo tensa con los semáforos. Cuando funcionan bien, proporcionan un sistema eficiente y neutral para determinar la prioridad en las carreteras. Pero cuando funcionan mal, pueden generar atascos kilométricos.

Tanto los ingenieros automotrices, como los conductores y los peatones estarían encantados de disponer de una alternativa más eficiente. Y eso es justo lo que proponen el científico de la Universidad Carnegie Mellon en Pittsburgh (EE. UU.) Rusheng Zhang y su equipo. Los investigadores han probado una estrategia que podría desterrar por completo los semáforos de las calles y reemplazarlos con un sistema virtual. Afirman que su sistema tiene el potencial de reducir drásticamente el tiempo que duran los desplazamientos.

El problema al que se enfrentan Zhang y su equipo consiste en coordinar el flujo de tráfico en una intersección donde dos caminos se cruzan en ángulo recto. Este tipo de cruces no suelen controlarse, por lo que los conductores deben seguir unas reglas estrictas, como las que impone un ceda el paso o un stop, pero esta estrategia retrasos y atascos.

Para resolver el problema, Zhang y su equipo utilizaron los sistemas de radio de corto alcance que se están incorporando cada vez más en los vehículos modernos. Esta tecnología puede actuar como un sistema de comunicación de vehículo a vehículo para compartir datos como coordenadas de GPS, velocidad y dirección. Esta información se transmite a un ordenador que los vehículos llevan a bordo, programado con el protocolo del semáforo virtual diseñado por equipo. El dispositivo emite una luz verde o roja que se muestra en la cabina.

En principio, el sistema es bastante sencillo. Cuando dos automóviles se acercan a una intersección, el sistema designa a uno de los dos como el vehículo principal para controlar el cruce. Al líder se le enciende la luz roja mientras, lo que da la prioridad al segundo vehículo con una luz verde. Después, la luz del líder cambia a verde y ya puede empezar a moverse. En ese momento, el control pasa al siguiente líder elegido de la intersección.

Para probar su enfoque, el equipo estableció un sistema de carreteras en un aparcamiento en Pittsburgh (EE. UU.). El diseño se basa en el de una carretera estándar, tomado de Open Maps. Los investigadores se decantaron por él debido a su similitud con las carreteras de muchas ciudades de EE. UU. Después, condujeron dos automóviles alrededor de esta red en direcciones opuestas. Midieron el tiempo que tardaron en recorrer 20 cruces mediante sus semáforos virtuales y luego repitieron el proceso con señales de stop.

Los resultados son interesantes. La investigación afirma que su sistema virtual mejora drásticamente los tiempos de los desplazamientos: "Los resultados muestran que [los semáforos virtuales] reducen el tiempo de viaje en más del 20 % en las rutas con intersecciones no señalizadas". Y con algunas mejoras, los tiempos podrían reducirse hasta un 30 %.

Sin embargo, el trabajo deja grandes desafíos por delante. Por ejemplo, en muchos lugares, las señales de tráfico sirven para regular tanto a automóviles como a peatones. Los investigadores sugieren que los peatones podrían incluirse en el protocolo mediante una aplicación de smartphone.

Esto genera muchas dudas en torno a quienes no tienen acceso a este tipo de aplicaciones, como los niños, las personas mayores y los discapacitados. Estas personas son las que más se benefician del semáforo ordinario, por lo que deben incluirse desde el principio en el diseño de las alternativas.

También hay que pensar en cómo incluir automóviles, motos y bicicletas más antiguos que no están equipados con sistemas de comunicación de vehículo a vehículo. Es muy posible que este tipo de comunicación no tarde en convertirse un estándar en los vehículos de última generación. Pero es probable que los modelos más viejos y simples sigan recorriendo nuestras carreteras en las próximas décadas. ¿Cómo se enfrentarán los vehículos nuevos a aquellos que no usan el sistema de semáforo virtual?

Por último, una carretera cuadriculada puede ser común en EE. UU, pero esta estructura es mucho menos frecuente en las ciudades europeas y asiáticas, donde los diseños de las carreteras a menudo son desestructurados y caóticos. No está claro cómo las luces de tráfico virtuales podrían hacer frente allí.

En cualquier caso, la automatización está de camino. Muchos coches ya cuentan con niveles importantes de automatización de la conducción. El siguiente paso es, obviamente, la coordinación, lo que probable ofrecerá un beneficio importante. Los semáforos virtuales serán solo una parte de esta tendencia, así que, como mínimo, deberían estar a salvo de las fugas de gas.

Ref: arxiv.org/abs/1807.01633: Virtual Traffic Lights: System Design and Implementation