Tecnología, VR y gaming para una conducción más segura. Innovación en Volvo Cars

Gracias al desarrollo de un sofisticado simulador de conducción que permite la interacción de realidad y virtualidad, Volvo Cars sigue afianzando su liderazgo como la marca con más investigación e innovación vinculadas con la seguridad; una cualidad con la que está comprometida desde el origen. 

Su historia está jalonada por hitos revolucionarios en esta materia. Algunos de ellos han marcado la evolución del sector, como el cinturón de seguridad de tres puntos de anclaje en 1959, pero también el primer cojín infantil integrado o el sistema de protección contra impactos laterales (SIPS), que han contribuido a salvar miles de vidas y a evitar lesiones durante generaciones en todo el mundo. En 2019, para celebrar el 60 aniversario del nacimiento del cinturón de seguridad, Volvo presentó el proyecto E.V.A. (Equal Vehicles for All). Esta iniciativa reflejó las seis décadas que la marca lleva investigando y compartiendo los resultados de sus estudios sobre la seguridad del automóvil, porque la colaboración también forma parte de su ADN. 

En esta ocasión, Volvo Cars se alía con grandes socios del sector tecnológico para utilizar sus innovaciones con el mismo fin: mejorar la seguridad de la conducción y de los nuevos escenarios que la conducción autónoma puede plantear. Desde Volvo Open Innovation Arena, en Gotemburgo (Suecia) –un espacio donde se fusiona el mundo físico con el virtual de tal manera que a veces resulta difícil distinguir uno de otro–, la compañía presentó recientemente su última innovación en materia de seguridad.  

SIMULADOR DE CONDUCCIÓN DEFINITIVO

De la mano de Timmy Ghiurau, experto en VR/AR (Realidad Virtual y Aumentada) y responsable de Innovación, descubrimos las características y la potencialidad del (simulador de conducción definitivo) de Volvo Cars.

La recreación virtual de experiencias 

Resulta crítico representar las posibles situaciones que podrían acaecer en carretera, así como averiguar la conducta humana ante las mismas. Para ello, es necesario conocer tanto las respuestas del vehículo como las de todas personas que van dentro de él, conductor y pasajeros. 

Para hacerse una idea, uno de los escenarios que creamos es el de un coche que circula delante del nuestro con un colchón atado en su techo. En un momento determinado, ese colchón se desprende. Sometiendo a los individuos a este escenario virtual, podemos conocer sus reacciones para, a partir de ahí, generar soluciones que nos permitan prevenir consecuencias negativas. No nos focalizamos exclusivamente en los sensores del vehículo y cómo detectan este hecho, sino también en las reacciones de todos los usuarios. De este modo, tratamos de controlar esas situaciones donde lo imposible se transforma en posible. 

Los beneficios del gaming 

La tecnología que aplicamos en estas actividades procede del mundo del gaming. Nos resulta tremendamente inspirador cómo las comunidades de videojuegos están siempre extendiendo las fronteras de la tecnología en la representación de la realidad virtual, en la Inteligencia Artificial, etc.

Pero esta absorción de tecnologías externas no es el único sentido de la asociación, ya que por nuestra parte les aportamos situaciones de conducción reales, y les retamos. Estas colaboraciones resultan de gran utilidad, pues nos permiten no tener que estar ‘reinventando la rueda’ a cada paso; sino que podemos aprender de lo que ya se ha hecho en el sector de los juegos virtuales, y servirnos de sus herramientas.

Mientras conducimos virtualmente, podemos añadir elementos en tiempo real para configurar escenarios complejos, con peatones, animales cruzando, más coches…

De hecho, contamos con un avanzado motor de juegos (game engine) desarrollado por Unity Technologies, que actúa como un hub de innovación para todos los que estamos involucrados en este proyecto. Tecnológicamente, con el Unity3D engine se puede introducir a los usuarios en las simulaciones y seguir su movimiento ocular para saber hacia dónde miran. También permite la interactuación con nuestros sistemas y además ofrece la posibilidad de utilizar el Teslasuit, el traje de Tesla con capacidades hápticas que incluye, entre otras cosas, la sensación de tacto en entornos virtuales. Todo este proceso está compuesto de múltiples capas, siendo la base la tecnología 3D. 

La colaboración con Unity nos da acceso a valorar sus últimas herramientas de simulación. Desde Volvo Cars les enviamos las impresiones y los resultados que obtenemos con ellas, al tiempo que compartimos valiosa información sobre nuestras necesidades. Esto nos proporciona una ventaja competitiva importante, pues podemos probar y evaluar las últimas tecnologías del mercado. 

Además, nos beneficiamos del talento de miles de mentes brillantes que participan en la comunidad gamer, como son programadores, diseñadores, desarrolladores... Ellos nos ayudan a realizar elementos de nuestros proyectos, como pueden ser los exteriores de las zonas virtuales, escenarios concretos, vegetación y muchos otros detalles que previamente ya han desarrollado y que nosotros, con unos pequeños ajustes, podemos utilizar para nuestros propósitos.

Este tipo de alianza mejora la eficiencia de los procesos de una manera sustancial. Un ejemplo es la adaptación de los últimos sensores de Luminar a las herramientas de Unity. De este modo, podemos ver lo que ve el sensor LiDAR (‘Light Detection and Ranging’) –algo similar a un radar que funciona con luz–, e incluso colocarlo en el capó del vehículo y observar cómo de preciso será. 

También nos permite añadir, en tiempo real, múltiples elementos para configurar escenarios de mayor complejidad, haciendo por ejemplo que aparezcan peatones, más vehículos, etc., mientras estamos conduciendo virtualmente. Como además utilizamos machine learning, el sistema acaba aprendiendo a aparcar el coche en nuestro escenario virtual. Estas capacidades nos permiten analizar múltiples escenarios rápidamente, así como incorporar al análisis cualquier ocurrencia que nos surja. Mejor todavía: podemos posicionar el equipo en un caballete móvil y hacer toda esta experimentación en tiempo real y con un usuario dentro del coche. 

Los vehículos observan el mundo a través de cámaras y sensores. Nosotros podemos ver lo mismo que ve el coche en una pista de pruebas. Combinando la tecnología de Unity con nuestra información, el equipo de seguridad activa de Volvo Cars puede replicar el escenario de una carretera digital con coches digitales, percibiendo cómo funciona la detección de objetos y la observación de los sensores en tiempo real, y luego entrenar el modelo de forma repetida. 

La actual tecnología de telecomunicaciones incluye sensores LiDAR en los terminales, y gracias al último iPad podemos escanear nuestro alrededor y subir esa información al cloud de Unity. Mediante este proceso, obtenemos realidades virtuales aumentadas de tremenda precisión, sobre las cuales se pueden sobreponer capas con objetos virtuales, que podemos anclar. Así podemos ver con gran definición de imagen lo mismo que los sensores del vehículo, y comprender cómo reaccionan ante el entorno de un modo real en tiempo real. Eso nos facilita prototipar y realizar una experimentación rápida. 

Seguimiento holístico 

Una vez desarrollada esa realidad virtual 3D de alta resolución, añadimos un casco de realidad virtual y mixta. Para este proyecto, colaboramos con Varjo, que ha desarrollado el dispositivo, el primero con la misma resolución del ojo humano. Además de ser útil en industrias y empresas para hacer validaciones y revisiones de diseño, facilita la colaboración a distancia en estos tiempos de coronavirus. Por ejemplo, nos permite contactar con nuestras oficinas de Estados Unidos y estar, desde los dos extremos, viendo el mismo coche al mismo tiempo.

El sistema tiene una resolución elevadísima, con dos cámaras y un sensor de seguimiento ocular, y una latencia muy pequeña. También es capaz de capturar las emociones humanas, los niveles de estrés o si se ha producido una distracción por cualquier motivo. 

Junto con la herramienta de Unity, que tiene oclusión de manos (en realidad virtual, ocultación de la mano cuando un objeto se interpone entre ella y la cámara), algo muy novedoso, somos capaces de generar situaciones de gran realismo, tales como el cruce de animales por la carretera. 

Con todas estas tecnologías, podemos comprobar cómo interaccionan nuestros usuarios con los sistemas y las pantallas, evaluando el diseño de nuestros vehículos respecto de la experiencia de los usuarios.

Las reacciones visuales no son lo único que podemos testar en el conductor y los pasajeros. Utilizamos el Teslasuit, un mono háptico (término que designa la ciencia del tacto, por analogía con la acústica y la óptica) para capturas de movimiento, biosensing y feedback háptico. Nos permite enviar impulsos eléctricos a los músculos, exactamente igual que lo haría el cerebro, y estudiar cómo reaccionan. A través del Teslasuit, el usuario siente físicamente ante un escenario simulado. De este modo, podemos probar de manera segura y precisa las reacciones humanas frente a situaciones de riesgo que pretendemos evitar y mitigar. 

Para ello, creamos un avatar inspirado en alguien del equipo y podemos, por ejemplo, sentarlo al lado de copiloto. En tiempo real, somos capaces de testar cómo interacciona y reacciona a los estímulos. Además, podemos acceder al editor háptico y comprobar lo que ocurre en una frenada de emergencia, donde el cuerpo es lanzado hacia delante y luego retenido por el cinturón de seguridad, para estudiar qué músculos se ven afectados. Podemos incluso flexionar los brazos de quien lleva el traje sin su intervención, mediante las descargas eléctricas. Las posibilidades son innumerables. 

El Teslasuit nos permite repetir y revivir acciones de forma que, simuladas una y otra vez, podamos extraer toda la información que necesitamos. Incluso el asiento está equipado con biosensores capaces de valorar los niveles de estrés y el ritmo cardíaco del usuario. Todo esto combinado con la capacidad de monitorización.

En Volvo creemos que la seguridad no es solo cuestión de sistemas, tecnología y vehículos, sino que la conducta humana es crítica. Realmente nos importa saber cómo se sienten las personas en este tipo de situaciones, y por eso somos una estructura orientada al diseño humano-céntrico. 

LAS PERSONAS, CENTRO DE LA EXPERIMENTACIÓN

En el mundo de la conducción autónoma, el proceso de recuperación del control del vehículo es determinante. Al respecto, Volvo Cars ha creado un escenario en el cual un conductor retoma el control de un sistema de conducción autónomo, focalizándose en las transiciones de ese retorno del domino por parte de la persona. Alexander Eriksson, ingeniero superior de Diseño-Factores Humanos de Volvo Cars, explica la singularidades de este proceso que, una vez más, coloca a los individuos en el centro de la experimentación.  

Equilibrando las reacciones 

En la conducción autónoma no supervisada, es sumamente relevante el cómo diseñamos la interacción para que el piloto vuelva a ponerse a conducir, ya que puede estar ocupado en otras actividades ajenas (comiendo, respondiendo al correo electrónico, etc.). No deberíamos llamar su atención demasiado deprisa, porque le induciríamos estrés y las reacciones pueden ser incluso peores. Por eso estamos invirtiendo mucho trabajo y recursos en esta área.

Imaginemos que un conductor entra en una zona autorizada para la conducción autónoma, pudiendo activar esa posibilidad pulsando un botón. A partir de este momento, el conductor estaría libre para realizar otras actividades o simplemente disfrutar del paisaje. Mientras tanto, el vehículo es responsable de conducir. 

Gracias a nuestro trabajo con respuestas cinemáticas, hápticas, sonoras y visuales, generamos transiciones que no añaden peligro cuando deseamos alertar al conductor para que retome la conducción manual

Las tecnologías para simulaciones normales no permiten producir alteraciones, pero nuestras herramientas nos ayudan a generar transiciones que no añadan complicaciones a la hora de tener que retomar la conducción manual. 

Gracias a nuestro trabajo con una variedad de modalidades de respuesta –tanto cinemáticas como hápticas, sonoras y visuales–, podríamos aplicar acciones como tensar los cinturones de seguridad, producir vibraciones en la espalda del asiento, y otras opciones que el traje Tesla nos permite crear. Si se le pidiese entonces al conductor retomar el control del vehículo, lo haríamos con señales como las precedentes, y él solo tendría que apretar un botón para volver al control manual. 

Es importante encontrar el equilibrio adecuado entre respuestas rápidas que, al mismo tiempo, no generen estrés al conductor. Evidentemente, si este continuase sin responder, el vehículo podría tomar medidas para solucionarlo, ya sea parando en el lateral o utilizando avisos más intensos, cosa que no ocurriría hasta que tuviésemos la seguridad de que no se está prestando atención a las señales.

Tecnologías que guían el diseño 

Obviamente, trabajamos con simuladores que sirven como áreas de preparación en la investigación para obtener resultados con la mayor precisión. 

La particular tecnología que utilizamos para desarrollar los escenarios de conducción y realizar las investigaciones nunca estará incorporada dentro de un vehículo en la vida real, aunque sí lo esté en nuestros experimentos reales. Pero los aprendizajes obtenidos a partir de ella van a influenciar la forma en la que diseñamos nuestro sistema. 

En Volvo Cars utilizamos un vehículo con tecnología de última generación en nuestras carreteras de pruebas reales. Son circuitos propios donde podemos controlar el contexto, el flujo de tráfico, los baches y obstáculos…, y aunque podamos haber dado vueltas por sitios no controlados, debemos tener en consideración que esto no es un simulador que podemos reiniciar cuando deseemos. Las consecuencias de conducir de verdad son mucho más importantes. 

El sistema instalado en nuestro vehículo de pruebas nos permite percibir todo lo que ocurre a nuestro alrededor mientras conducimos, e “inyectar” esa información en los entornos de virtualidad incorporados en el coche. 

Contamos con una estación de trabajo de Unity, y cuando conducimos llevamos puesto un visor o casco de realidad virtual. En nuestros experimentos, resulta fundamental saber la orientación de ese casco y qué dirección lleva, ya que pondremos encima capas de contenido virtual que han de mantener una posición coordinada todo el tiempo. El contenido, independientemente de hacia dónde mire el conductor, ha de permanecer en su sitio. Para gestionar todo esto, necesitamos una unidad de control centralizada en el vehículo, controlada por un operario que se sienta atrás y que puede realizar todos los ajustes con el coche en movimiento. 

Las reacciones visuales no son lo único podemos testar. El mono háptico Teslasuit nos permite enviar impulsos eléctricos a los músculos, exactamente igual que lo haría el cerebro

En estos circuitos, el piloto de pruebas está equipado con un traje háptico y con un casco de realidad virtual lleno de sensores pasivos, que nos sirven para monitorizar el casco con cámaras instaladas en el tablero del coche. Al mismo tiempo, llevamos un avatar virtual de copiloto, que copia los movimientos del conductor, para observar sus reacciones. Además, el traje y el casco nos permiten ver, sentir y experimentar lo mismo que el conductor, registrando todo a través de los sensores; igual que el copiloto. Este avatar virtual también nos ayuda a saber cómo está colocada la persona en los diferentes escenarios, ya que cada uno tiene su propia forma de sentarse; cómo tiene puesto el cinturón de seguridad, cómo reacciona ante aceleraciones, frenazos, curvas, etc. 

El sistema de realidad virtual tiene tal nivel de detalle que el conductor puede leer todos los cuadros de instrumentación del vehículo cuando lo lleva. Puede incluso utilizar los espejos (cámara trasera). 

También es posible circular con otros coches a la vez e incluso cambiar de modelo, pasando de un Volvo XC90 a un XC60 de forma virtual. En estos escenarios podemos introducir objetos y constatar, por ejemplo, cómo el coche frenará de manera automática ante un animal que hayamos hecho cruzar virtualmente por la carretera y cómo reacciona el avatar virtual de copiloto ante el frenazo. Además de actuar en materia de seguridad, estos sistemas aportan valoraciones entre las diferentes experiencias de los usuarios, lo cual tiene gran importancia a la hora de descubrir y evaluar nuevas formas de interactuar; sobre todo teniendo en cuenta que surgen en un entorno de conducción real, que nuestra tecnología hace posible. 

Las alternativas que podemos implementar son casi infinitas, y la repetición nos permite afinar los sistemas de seguridad para que sean lo mejor posibles. 

“Safety Moment Event”, con Timmy Ghiurau, Innovation leader & VR/AR expert, y Alexander Eriksson, Senior Design engineer - Human Factors, Volvo Cars

Texto publicado en Executive Excellence nº172, dic.2020/ene.2021