O curioso fenômeno do engarrafamento fantasma replicado em uma pista LEGO

Nós já falamos em mais de uma oportunidade sobre o curioso fenômeno do "engarrafamento fantasma", aqueles inexplicáveis ​​congestionamentos em trechos de rodovia sem acidentes, obras ou outros gargalos óbvios? Um estudo realizado em 2008 poder cientistas japoneses estudou o assunto e descobriu que se trata de pura física. Um experimento simples mostra que, quando a densidade de veículos em uma estrada ultrapassa um certo limite, os congestionamentos surgem devido a instabilidades fundamentais inerentes às interações entre múltiplas partículas.

Em outras palavras, apenas alguns motoristas com comportamentos um pouco inconsistentes na estrada eventualmente causarão uma onda de engarrafamentos.

A causa dos chamados "engarrafamentos fantasmas" sempre foi bastante controversa. A maioria dos pesquisadores de tráfego acreditavam que mesmo os engarrafamentos fantasmas têm causas externas, sejam elas a convergência de tráfego, curvas, subidas ou até mesmo alguns motoristas imprudentes mudando de faixa abruptamente.

Mas os pesquisadores japoneses argumentaram que os engarrafamentos surgem espontaneamente simplesmente se a densidade de veículos exceder um certo valor crítico. Yuki Sugiyama, físico da Universidade de Nagoya, no Japão, afirmou que as previsões desses modelos coincidiram com as observações do tráfego em rodovias.

Mas ninguém havia realizado um experimento controlado, então Yuki e seus colegas pediram a voluntários que dirigissem diferentes números de carros em fila única em uma pista circular de 230 metros de circunferência.

Os veículos começaram uniformemente espaçados e os motoristas foram instruídos a manter uma velocidade de 30 km/h e uma distância segura do carro da frente.

Nesse sentido o canal do YouTube Brick Technology replicou o experimento de Yuki com uma simulação de tráfego com peças LEGO como uma versão em miniatura. Embora envolva uma pista circular sem cruzamentos ou curvas, os resultados são semelhantes ao que podemos encontrar na vida real.

Primeiro, ele constrói a pista usando orientação magnética e, em seguida, os carrinhos. Eles são programados para se comportarem como motoristas humanos ou robôs, acelerando, freando e parando.

Os resultados dependem da densidade do tráfego, pois um carro a mais pode causar lentidão em todos. Então, ele adiciona fatores de confusão: um motorista bêbado, depois um humano real com um controle remoto e, finalmente, aumenta o limite de velocidade.

No final, é um caos total. Você pode ter a impressão de que robôs dirigem melhor, mas lembre-se de que não há pedestres andando na pista.

Como podemos ver claramente tanto na simulação acima, quanto em um vídeo do experimento mostrado abaixo, o tráfego inicialmente flui sem problemas. Mas, como os motoristas não mantêm exatamente a mesma velocidade, logo surgem pequenas variações no espaçamento entre os veículos e, em menos de um minuto, os carros se agrupam em um ponto da pista.

Os motoristas precisam reduzir a velocidade e até parar dentro do grupo de carros para depois acelerar ao escapar dele. O limite de densidade crítica, nesse caso, foi de 22 veículos (18 no LEGO): os agrupamentos ocorreram com 22 ou mais carros, mas se resolveram com menos de 22.

Os congestionamentos nas grandes metrópoles não são apenas um incômodo diário, são uma das principais causas de fatalidades, desperdício de recursos e poluição que ameaça o planeta. O problema pode ser reduzido, mas poucas vezes 100 resolvido, com sincronização de semáforos.

Já nas rodovias, novas tecnologias podem ajudar a reduzir esses padrões. Você provavelmente já cruzou com um redutor de velocidade no meio do nada ou do mato, que parecem não fazer sentido, pois fazem.

Os engenheiros de trânsito, com base em modelos matemáticos de Yuki e e outras dezenas de modelos topológicos, colocam estes redutores em lugares chave para evitar que dezenas ou centenas de metros à frente não ocorram colisões traseiras ou engavetamentos, tornando nossas estradas mais seguras e nossos deslocamentos diários mais eficientes.

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