האם המכוניות האוטונומיות יביאו לסופם של פקקי התנועה?

אני לא ממעריצי המכוניות האוטונומיות, למרות שאני אוהבת את הטכנולוגיה שעומדת מאחוריהן. חשוב גם לומר כי אני מעריכה את ההשפעה שיכולה להיות להן על התנועה בכבישים בעתיד. אבל אני סקפטית מטבעי, ושאלות רבות בנוגע לתעשייה הצעירה הזו עומדות בפני קשיים רבים שהטכנולוגיה לא תוכל לפתור. הבעתי גם דאגה בעבר וטענתי כי היתרונות של המכונית האוטונומית יבואו לידי ביטוי באופן מלא רק כאשר כל המכוניות על הכביש יהיו כאלה. ובנוגע לנקודה הזו כנראה שטעיתי.

לפני שנוכל להבין למה, צריך לדבר על איך ולמה נוצרים פקקי תנועה. כולנו היינו מתישהו תקועים בפקק נוראי באמצע עיר כלשהי, וחשבנו לעצמנו שזה באמת מאוד קשה לשלוט בתנועה. מסתבר כי באמת מדובר במשימה קשה מאוד שדורשת הרבה חישובים מתמטיים.
רוב הזמן, עומס התנועה מתרחש כאשר צפיפות כלי הרכב מגיעה אל איזשהו סף קריטי. במילים אחרות – כאשר יש יותר מדי מכוניות על מעט מדי קטע כביש. לעיתים, יתכן כי תאונה או עבודות בכביש הן האחראיות לעומס. אבל כולנו היינו גם עדים למה שנקרא "phantom traffic jam", שהוא מצב בו ללא כל סיבה הנראית לעין, התנועה מצטברת ואז משתחררת.

לפני מספר שנים קבוצת פיזיקאים יפנים שכרה מסלול מעגל סגור חד סטרי, במטרה לחקור מה יקרה לזרם התנועה בהיעדר צוואר בקבוק (המגביל את התנועה). בניסוי התבקשו 22 מתנדבים לנסוע במהירות של 30 קמ"ש ולשמור על מרחק בטוח מן המכונית שלפנים. מעגל המכוניות הנוסעות איבד מהר מאוד את קצב התנועה הזורמת שהייתה לו בהתחלה, כאשר כמה מכוניות נעצרו, בעוד שאחרות הגבירו מהירות.

סרטון המדמה כיצד נוצר פקק תנועה:

הסיבה לכך היא פשוטה באופן מפתיע, והיא שנהגים מתקשים לשמור על מהירות קבועה. מה שקורה הוא שאדם אחד נוהג קצת מהר מדי, ואז לוחץ על הבלם כדי להשתלב טוב יותר עם התנועה. הנהג שמאחוריו מנסה לפצות על הבלימה הפתאומית, וכן הלאה אל המכונית שמאחוריו. המצב הזה של בלימה-האצה ממשיך להתגלגל אל המכוניות האחרות, עד שבסופו של דבר התנועה נעצרת. בזמן בו הכביש המהיר עמוס, מספיק שאדם אחד יבלום חזק מדי, וגלי הבלימה-האצה ינועו לעבר כל המכוניות שמאחור. ממבט על, מה שנראה הוא כביש מלא במכוניות הנמצאות בצפיפות וקטעי כביש עמוסים אך נמצאים בתנועה. טום ונדרבילט, מחבר הספר "Traffic" טוען כי "אתה לא נוסע לעבר פקק תנועה, פקק התנועה נוסע אליך".

בספר, ראיינתי את בנג'מין סייבולד, פרופסור חבר למתמטיקה באוניברסיטת טמפל שבפילדלפיה, על "jamology" – מונח העוסק בשימוש במתמטיקה כדי להבין טוב יותר את פקקי התנועה. הוא סיפר לי שהגלים האלה) אשר נקראים jamitons) קורים גם כאשר כולם נוהגים בצורה מושלמת. הוא אמר כי "אנחנו נוטים להאשים נהגים בודדים, אבל הבדיקות שלנו מראות כי גם אם איש לא יעשה משהו לא בסדר, הגלים האלה עדיין יכולים להתעורר."

סייבולד ואני שמרנו על קשר אחרי השיחה הראשונה שלנו, ולפני מספר שבועות הוא שלח לי עותק של המאמר האחרון שלו, אותו הוא כתב עם קולגות מאוניברסיטאות אילינוי, גרנובל אלפס (בצרפת), אריזונה, ייל, פן סטייט וראטגרס (ניו ג'רזי). בניסוי המופיע במאמר הם בנו מחדש את המסלול המעגלי הסגור החד סטרי, אבל ביצעו בו שינוי אחד – הם הוסיף מכונית אוטונומית אחת, כדי לראות איזו (אם בכלל) השפעה תהיה על זרימת התנועה.

סרטון הניסוי בו משתתפת מכונית אוטונומית אחת:

בסרטון המוצג מעלה ישנן 20 מכוניות על המסלול העגול, ובעוד שבכל אחת מהן יושב אדם במושב הנהג, המכונית עליה מופיע החץ השחור (המתחלף אחר כך לאדום) היא המכונית האוטונומית. בתחילת הניסוי, כל המכוניות נמצאות בידי נהגים אנושיים. באופן לא מפתיע, לאחר 79 שניות החלו להופיע גלי בלימה-האצה. לאחר 126 שניות, שליטה אוטונומית לוקחת פיקוד על הרכב המסומן בחץ, כשמהירות היעד שלו מכוונת ל-23.4 קמ"ש.

אם נסתכל על נתוני המהירות בתחתית הווידאו (המסומנות באדום) – נראה כי שליטה אוטונומית רק במכונית אחת תקל על גל הפקק, אבל לא תמנע אותו לגמרי. הגברת מהירות המכונית האוטונומית ב-11 קמ"ש (ב-222 שניות), מקלה על גל התנועה אף יותר. במהירות של 27 קמ"ש – מושגת הקלה אופטימלית בגל התנועה.

משמעות הדבר היא, שנוכחותה של מכונית אוטונומית אחת יכולה לצמצם את צפיפותן של כל המכוניות (לפחות בהיעדר נתיב צוואר בקבוק). החוקרים חישבו כי במהירות של 7.5 מטרים לשניה, סטיית התקן של המהירות (למעשה, מהו השוני בין מהירויות כל הרכבים) מופחתת בכ-80.8%, לעומת מצב בו בני אדם שולטים על כל המכוניות. זה גם אומר שהוספת מכונית בעלת שליטה אוטונומית אחת לכביש מפחיתה אירועי בלימה פתאומית מ-8.58 פעמים לכל רכב לק"מ, ל-0.12 פעמים לכל רכב לק"מ, ובנוסף מקטינה את צריכת הדלק ביותר מ-40%. מכיוון שהמכונית האוטונומית מגבירה את המהירות הממוצעת של התנועה על הכביש, זמן ההגעה ליעד מתקצר גם הוא בכ-14%.

מכונית אוטונומית אחת מפחיתה מצבים של בלימה פתאומית | צילום: Fotolia

ההשלכות האפשריות של ניסוי זה הן מאוד משמעותיות. מחברי המאמר אומרים כי "בקרת זרימת התנועה תתאפשר באמצעות מספר מפעילים ניידים (פחות מ -5%), הרבה לפני שמרבית כלי הרכב יהיו בעלי יכולות אוטונומיות". הם מתארים זאת גם כ-"paradigm shift in traffic management", ולאחר שקראתי את המאמר שלהם, אני נוטה להסכים. למרות שהניסוי שלהם נתן אינדיקציה עבור קטע של נתיב חד סטרי בלבד, יכול להיות שהוא יעבוד גם בדרכים מרובות נתיבים – בהן מעבר בין נתיבים מספק גורם נוסף בעליה בעומסי התנועה.

אבל כפי שאמר לי סייבולד, לא הכל קרה בזכות המכונית האוטונומית – גם הנהגים האנושיים ממלאים תפקיד מכריע בדינמיקה של זרימת התנועה. "עיצוב נכון של כלי רכב אוטונומיים דורש הבנה מעמיקה של התגובה של בני האדם אליהם", הוא אומר, ומוסיף כי "ניסויים החוקרים את תנועת הכביש ממלאים גם הם תפקיד מכריע בהבנת יחסי הגומלין שבין גורמים אנושיים ורובוטיים".