Дизайн вещей будущего - Дональд Норман

Рой и колонна

Птицы сбиваются в стаи, пчелы – в рой, рыбы – в косяк. Интересно наблюдать, как они движутся четким строем, вдруг устремляются вниз, закладывают виражи, рассыпаются, чтобы обогнуть препятствие, а затем снова собираются вместе. Все маневры выполняются четко: они движутся синхронно, вплотную друг к другу, моментально выполняют команды лидера и при этом не сталкиваются.

Вот только лидера у них нет. Роевое поведение, а также его аналоги у птиц, рыб, стадных животных возникает, когда все участники следуют одним и тем же необычайно простым поведенческим правилам. Каждое животное (рыба, насекомое) избегает столкновений с другими животными и предметами, которые могут оказаться на его пути, старается держаться поближе к остальным, не соприкасаясь с ними, и движется в том же направлении, что и его соседи. Общение внутри роя, косяка или стаи ограничивается сенсорной информацией: зрительной, звуковой, реакцией на движение и вибрацию (боковая линия у рыб), а также запах (у муравьев).

В искусственных системах мы можем использовать более информативные способы коммуникации. Представим, что по шоссе движется группа автомобилей, связанных друг с другом через беспроводную сеть. Получается своего рода автомобильный рой. Поведение особей в обычном рое реактивное – они реагируют на действия друг друга. А искусственный рой, например группа автомобилей, способен на предиктивное поведение, поскольку машины могут сообщать друг другу о предполагаемых действиях и заранее на них реагировать.

Итак, у нас есть рой связанных друг с другом полностью автоматизированных автомобилей. Это дает им возможность быстро и безопасно двигаться по трассе. Кроме того, им не нужно соблюдать большую дистанцию, нескольких футов или метра будет достаточно. Если машина, идущая впереди, захочет сбавить скорость или затормозить, она заранее сообщит об этом остальным, и за тысячную долю секунды весь рой замедлится или остановится. Когда за рулем находятся люди, они должны соблюдать большую дистанцию, чтобы у водителей было время среагировать или решить, как следует поступить, а в автоматическом рое скорость реакции измеряется миллисекундами.

Для автомобильного роя не нужно делить шоссе на полосы – ведь они предназначены для того, чтобы помочь водителям избежать столкновения. В рое столкновения невозможны, значит, и полос не требуется. Не понадобятся также знаки остановки и светофоры – на перекрестке рой просто будет следовать своим правилам, чтобы не столкнуться с перпендикулярным потоком. Машины скорректируют скорость и местоположение, одни начнут двигаться медленнее, другие быстрее, и пересекающиеся потоки как по волшебству пройдут сквозь друг друга без единого столкновения. Правда, здесь правила поведения в рое надо будет несколько изменить, чтобы машины в потоках продолжали следовать за прежними соседями, а не за новыми, но это сделать нетрудно.

А как же пешеходы? Теоретически правила, позволяющие избегать столкновений, должны распространяться и на них. Люди просто будут переходить улицу в любом месте, а машины замедлят или увеличат скорость, либо свернут в сторону, чтобы не оказаться на их пути. Переходить улицу будет, конечно, страшновато, от пешеходов потребуется абсолютное доверие к машинам, но такая схема возможна.

Но что, если машине необходимо покинуть рой или она едет не туда, куда остальные? Водитель сообщит ей о своих намерениях, а она, в свою очередь, проинформирует остальных. Водитель также может включить сигнал поворота, чтобы заявить о своем желании перестроиться, а машина передаст эти сведения соседям. Чтобы автомобиль мог перестроиться вправо, машина, идущая впереди в правом ряду, немного увеличит скорость, а задняя чуть замедлится. Слегка нажав на педаль тормоза, водитель сообщит о намерении сбавить скорость или остановиться, и другие машины дадут ему такую возможность.

Обмениваться информацией можно не только внутри роя, но и с другими роями. Так, рой, движущийся в одном направлении, может делиться информацией с роем, едущим в противоположную сторону, сообщая ему о том, что ждет его впереди. Кроме того, при интенсивном движении ведущая машина сможет передавать информацию остальным, информируя их об авариях, пробках и других дорожных проблемах.

Возможности объединения автомобилей в рой пока изучают лишь в исследовательских лабораториях. Чтобы воплотить эту идею в жизнь, необходимо решить ряд серьезных проблем. В частности, надо понять, как быть, если не все машины оснащены средствами беспроводной связи, необходимыми для движения в составе роя. Другая проблема связана с тем, что на дороге одновременно находятся автомобили разных моделей и разной технической оснащенности: у одних управление полностью автоматизировано и они оборудованы беспроводной связью, у других оборудование устарело, у третьих его вообще нет, а у четвертых оно вышло из строя. Следует ли машинам в составе роя определять, какая из них обладает наименьшими возможностями, и подстраиваться под ее действия? Ответить на эти вопросы пока не может никто.

Но и это еще не все. Допустим, что к рою, занимающему всю дорогу, приблизился водитель-экстремал. Если он захочет обогнать всех, ему надо просто прибавить скорость и проехать через рой – другие автомобили автоматически уступят ему дорогу. В этом нет ничего страшного, если такой водитель один, но если их будет много, может случиться катастрофа.

Кроме того, как уже отмечалось, машины различаются по своим характеристикам. Если они не автоматизированы, нужно учитывать возможное поведение их водителей – ведь у них разный уровень навыков, к тому же они могут быть рассеянны, сонливы и невнимательны. Кроме того, у тяжелых грузовиков реакция медленнее, а тормозной путь длиннее, чем у легковых автомобилей. К тому же разные модели отличаются по времени набора скорости, тормозному пути и маневренности.

Несмотря на перечисленные проблемы, движение роем имеет ряд преимуществ. Когда машины движутся почти вплотную друг к другу, увеличивается пропускная способность дорог, а значит, снижается вероятность пробок. Более того, в обычном потоке скорость снижается по мере роста интенсивности движения, а рой может ехать с постоянной скоростью и снижать ее только при чрезвычайной загруженности трассы. Наконец, минимальное расстояние между машинами способствует снижению аэродинамического сопротивления (именно поэтому велогонщики движутся плотной группой: когда едешь за лидером, сопротивление воздуха меньше). Впрочем, как бы то ни было, автомобильные рои появятся на дорогах еще не скоро.

Другое дело – колонны. Колонна представляет собой упрощенный, линейный рой. В колонне автомобили движутся впритык друг к другу, строго выдерживая скорость впереди идущей машины. При таком движении водитель необходим лишь ведущей машине, остальные попросту следуют за ней. Некоторые из преимуществ роя здесь сохраняются, в частности увеличение интенсивности движения и снижение сопротивления воздуха. Эксперименты, проводившиеся на реальных автомагистралях, показывают, что при движении в колонне пропускная способность трассы резко увеличивается. Наибольшие трудности здесь, как в рое, возникают, если водителям надо пристроиться к колонне или покинуть ее или если она состоит из смешанных машин, часть из которых не оборудована автоматическими средствами связи. И конечно, водитель, который стремится воспользоваться ситуацией или просто хулиганит, способен нарушить движение как в рое, так и в колонне.

Колонна и рой – лишь две из многочисленных форм автоматизации, над которыми сегодня работают ученые. Кстати, функция движения в колонне уже заложена в некоторые адаптивные системы круиз-контроля. В конце концов, если эта система способна снижать скорость при появлении другого автомобиля, она легко сможет отслеживать изменение его скорости, пока тот находится в радиусе ее действия. В интенсивном потоке такая машина будет следовать вплотную к впереди идущему автомобилю, увеличивая дистанцию лишь при увеличении скорости. А если она будет полностью автоматизирована, значительного увеличения дистанции вообще не потребуется. Когда машинами управляют не люди, а автоматы, движение становится куда более стабильным и упорядоченным – конечно, до тех пор, пока все работает как часы и не случается ничего непредвиденного.

Эффективное движение в колонне невозможно без полной автоматизации управления тормозами, рулем и скоростью. Более того, для этого требуется высокий уровень надежности, можно даже сказать – абсолютная надежность, настолько высокая, чтобы в ней нельзя было усомниться. Однако, как и в случае с роем, пока не ясно, как внедрить колонны в существующую схему дорожного движения, учитывая, что большое количество машин не способно держать такой строй. Как отделить автоматизированные автомобили от автомобилей с ручным управлением? Как покидать колонну и вливаться в нее? И как быть, если что-то пойдет не так?