Levende teknologi skal redde byerne
Lyssignaler, der autonomt tilpasser sig trafikken. Offentlig transport, der kan lugte sig frem til, hvor stort behovet er. Der skal utraditionelle metoder til, hvis byernes infrastruktur skal kunne holde til de stigende menneskemængder.

Tradionel tænkning vil give kaos i bytrafikken, fordi ingen kan forudsige, hvordan trafikken er om to minutter. (Foto: Colourbox)

 

For første gang i vor planets historie lever mere end halvdelen af den menneskelige befolkning i byer. Denne andel forventes at vokse til 70 procent i 2050.

Storbyer tilbyder i mange menneskers øjne bedre muligheder, hvilket motiverer en million mennesker om ugen til at migrere til byområder. For eksempel vokser København for tiden med cirka 1.000 indbyggere om måneden.

Men befolkningstilvæksten i byer skaber en række problemer, herunder trafik, forurening, kriminalitet og andre sociale problemer. Hvis vi ønsker en bæredygtig fremtid, er det presserende, at vi leder efter nye og bedre løsninger end dem, vi har til rådighed.

Problemer i byerne ændrer sig konstant

Adskillige virksomheder har promoveret begrebet 'smart cities' eller 'kloge byer', hvor teknologi kan bruges til at forbedre infrastrukturen. Mange af disse projekter forsøger dog at gøre, hvad traditionel teknologi gør: at forudsige fremtiden, så man kan håndtere den, inden det er for sent.

Ikke desto mindre er traditionel teknologi begrænset i sit potentiale til at løse urbane problemer. Grunden til dette er, at traditionel teknologi prøver at optimere systemer til en forventet fremtid.

Problemet er bare, at urbane problemer ændrer sig konstant. For eksempel er det ikke muligt at forudsige køretøjers position i bytrafik med en høj sikkerhed mere end to minutter ud i fremtiden.

Men hvordan kan vi optimere trafikstrømme, hvis vi ikke ved, hvor køretøjerne vil være om mere end 2 minutter?

Kloge byer er ikke nok

Jeg antyder ikke, at 'kloge byer' ikke er ønskelige. Jeg foreslår blot, at 'kloge byer' ikke er tilstrækkelige til at stå over for urbane problemers tiltagende kompleksitet.

Levende teknologi tilbyder et alternativ til traditionel teknologi. Levende teknologi udviser egenskaber fra levende systemer, såsom tilpasningsdygtighed, robusthed, læring, evolution og selv-organisation [1].

Fakta

Denne populærvidenskabelige artikel har undergået et blindt peer-review af to fagfæller.

Levende teknologi kræver ikke forudsigelser i fremtiden, da den konstant tilpasser sig den aktuelle tilstand, præcis som levende systemer. Bemærk, at en levende teknologi ikke forudsætter, at teknologien er i live bogstaveligt talt, men at den udviser disse karakteriserende egenskaber ved levende systemer.

For eksempel vil en storby med 'levende' trafiklys reagere på det umiddelbare behov ved hvert trafiklys og dermed koordinere den samlede trafik med lokale signaler uden at kræve en central kontrolinstans, endsige direkte kommunikation.

Jeg leder the Self-organizing Systems Lab på Universidad Nacional Autónoma de México. Her udforsker vi metoder til at designe og kontrollere distribuerede systemer, som selv kan finde løsninger. Denne tilgang er nyttig, når det forhåndenværende problems natur er ukendt eller dynamisk.

Computer-simuleringer får trafikken til at glide

I forbindelse med trafiklys er det som sagt ikke muligt at forudsige køretøjernes fremtidige position. Alligevel forsøger man med traditionelle metoder at løse problemet ved at optimere faser af de forventede trafikstrømme.

Resultatet er ineffektivt, da køretøjerne ikke bevæger sig i en forventet hastighed, så snart der er en varierende tæthed.

Omvendt kan selv-organiserende trafiklys tilpasse sig forskellige behov. For at kunne studere de mange situationer og variabler, en sådan løsning kræver, benytter vi computer-simuleringer, der kan studere, teste og forstå alternative metoder til at kontrollere trafiklys.

Vi har blandt andet foretaget simuleringer [2 og 2a] af, hvilke trafiklys der er i stand til at selv-organisere ved hjælp af simple regler med det resultat, at køretøjers gennemsnitlige ventetid reduceres til det halve. Dette bidrager ikke alene med hurtigere rejsetider, men også til mindre brændstofforbrug og dermed mindre CO2-udledning.

Med sådan et tilpasningsdygtigt system behøver bilister i princippet aldrig at vente for rødt lys, medmindre der er andre krydsende bilister. Selv når vejene næsten er fyldt, opstår ellers uhjælpelige trafikpropper ikke.

Levende offentlig transport

Også når det gælder offentlig transport, kan levende teknologi tænkes at biddrage med nye løsninger.

Computersimuleringer viser, at lyssignaler kan selv-organisere ved hjælp af simple regler med det resultat, at køretøjers gennemsnitlige ventetid reduceres til det halve. (Foto: Colourbox)

I dag forsøger mange lande at fremme offentlig transport i forhold til privatbilisme, da dette kan være mere effektivt og bæredygtigt.

Men befolkningstilvæksten i storbyerne øger rejsetiden og fører i visse tilfælde til regelmæssige nedbrud af den offentlige transport. Og længere rejsetider medfører ikke kun spildtid, men påvirker også de rejsendes helbred og generelle livskvalitet negativt.

 

Faste afgangstider skaber kaos

I et andet studie viste vi, hvordan den offentlige transport (busser, tog, metro, sporvogne og selv elevatorer) kan selv-organisere til at forbedre deres effektivitet hinsides det teoretisk optimale [3].

Traditionelle teorier forsøger at minimere passagernes ventetider med et lige interval mellem køretøjer, også kaldet 'headways'.

Dette medfører dog visse problemer. På den ene side er en konfiguration med lige intervaller ustabil: Små forsinkelser påvirker systemet, hvilket forårsager større forsinkelser, indtil systemet kollapser.

På den anden side tvinger lige intervaller køretøjer til at stå stille på tomme stationer eller yde delvis service til visse stationer i et forsøg på at indhente forsinkelser.

Det betyder, at hvis lige intervaller kan gennemføres, så medfører det minimum ventetid på stationerne, men ikke i total rejsetid.

 

Myrekolonier giver inspiration til alternativer

Vores alternative forslag bygger på en metode til selv-organisering, som er inspireret af kommunikationen i myrekolonier.

Myrer kommunikerer ikke altid direkte, men efterlader sommetider signalstoffet feromon, som andre myrer kan lugte. De bruger denne kommunikation gennem omgivelserne (kaldet stigmergy) til at koordinere kollektive opgaver effektivt og tilpasningsdygtigt.

Forskning i myrekoloniers brug af duftstoffer kan måske bruges i offentlig transport. (Foto: Colourbox)

På lignende vis forslår vi, at køretøjer kunne efterlade markeringer i omgivelserne, som andre køretøjer kan opfange og bruge til at håndtere det lokale behov på hver enkelt station ved at balancere belastning og behov.

Det vil måske give passagererne lidt længere ventetid ved stationen, men når de først er ombord, vil de ankomme til deres destination hurtigere end ved en 'optimal' traditionel metode.

 

Trafikken skal være som et bankende hjerte

Ligesom det er tilfældet for hjerteslagene i et sundt hjerte, vil intervallet mellem køretøjer altså være uregelmæssige.

Hjerter skal også respondere på ændringer i behovet hos de forskellige dele af kroppen - alt efter om man går, sidder, hopper eller andet.

Men syge hjerter er regelmæssige og kan ikke tilpasse sig. De fleste af vores transportsystemer er beslægtede med syge hjerter, mens vores forslag kan sammenlignes med at gøre dem raske.

Logistik, telekommunikation, ledelse, sikkerhed, bæredygtighed, kultur og andre aspekter af storbyer – de udgør alle dynamiske urbane problemer, mens traditionel teknologi er begrænset på grund af disse problemers iboende uforudsigelighed.

Levende teknologi kan tilpasse sig selv til skiftende behov ved at tilbyde mere levedygtige løsninger. Det, der spænder ben for dens udbredelse, er vores egen konformisme og apati, som begrænser vores udforskning af innovative løsninger.

Hvis vi kan overkomme dette, vil vores livskvalitet blive synligt forbedret over de kommende år.

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.


Se den nyeste video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab og sundhed henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's Center for Faglig Formidling med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.


Ugens videnskabsbillede

Se flere forskningsfotos på Instagram, og læs nyt om fusionsenergi, som DTU med forsøgsreaktoren på billedet nedenfor - en såkaldt tokamak - nu er kommet lidt nærmere.