martes, 14 de julio de 2020 |Hora: : :

Ciencia


Un científico que trabaja desde la Ingeniería para evitar las tragedias de multitudes

Fecha Publicación: 17/12/2019  10:00 

Entre otros desarrollos, Daniel Parisi (investigador del CONICET) diseña software para simulación de peatones que permiten optimizar las vías de evacuación en lugares cerrados
 
 
Una multitud de personas intentando salir por un lugar estrecho: muchas tragedias sucedieron bajo ese mismo patrón en la historia de la humanidad. Un ejemplo icónico son las muertes por asfixia y aplastamiento dentro de la multitud durante la peregrinación anual a La Meca: la inmensa cantidad de asistentes sumada a la deficiente señalización terminó provocando, en repetidas ocasiones, que miles de peregrinos generaran altas presiones en el intento desesperado por huir de la marea humana y terminen falleciendo en el tumulto. En 2016 la ciencia encontró una solución para el drama: a través de un software de simulación de peatones –y la ayuda de los mayores expertos del mundo en el tema– se rediseñó la geometría de los recorridos de la peregrinación, los sistemas de vigilancia online y el alerta temprana para evitar tragedias. Desde entonces los desenlaces fatales no volvieron a ocurrir.
 
“Hay una lista de tragedias de multitudes –por incendios y por otros factores– que podrían haberse evitado si los sistemas de evacuación hubiesen funcionado adecuadamente. Para eso ayudan los software de simulación de peatones”, dice el investigador del CONICET Daniel Parisi, doctor en Ingeniería en el Instituto Tecnológico de Buenos Aires (ITBA) que se dedica, entre otras cosas, a la investigación en dinámica peatonal con potencial transferencia al diseño de softwares que simulan la circulación de peatones en edificios y lugares cerrados. “Hay que advertir que los softwares de simulación de desplazamiento peatonal pueden aportar una referencia sobre una situacion idealizada y bajo hiótesis específicas, pero una evacuación real y concreta podría diferir, dada la complejidad del comportamiento de las personas y otros factores de riesgo que hacen a la seguridad integral. El movimiento ideal de las personas es solo un aspecto más a tener en cuenta”, aclara el científico.
 
Uno de los primeros estudios que describió computacionalmente el comportamiento de los peatones se publicó en el año 2000. En él, un grupo de científicos caracterizó a las multitudes como si fueran partículas y describió un fenómeno al que bautizaron faster is slower y que luego se convirtió en una propiedad caracterísitca de los peatones que evacúan a través de una puerta angosta: el hecho de que cuando las partículas simuladas intentan salir lo más rápido posible de una habitación, más tiempo tardan y más lento lo hacen. “A partir de ese estudio, lo que nos propusimos comprobar como investigadores fue si efectivamente el efecto de faster is slower existe en la realidad, más allá de la simulación computacional. Intentamos replicar el experimento, primero con sistemas simples que tengan algunas caracteristicas similares, luego con sistemas cada vez mas complejos hasta llegar a realizar experimentos de egreso con distintos grados de competitividad con personas reales. Estos resultados son solo el inicio de una investigación necesaria para poder llegar a transferir el conocimiento sobre comportamiento competitivo a softwares de simulación correctamente validados. Actualmente ningún software comercial contempla comportamientos competitivos de los peatones simulados. Si logramos avanzar con este conocimiento, podríamos obtener un software que se diferencie sustancialmente de los actuales y tenga una clara ventaja en el mercado”, asegura Parisi.
 
 
 
Rápido y furioso
 
El científico, que se formó como físico y luego se doctoró en Ingeniería, había comenzado su trayectoria como investigador modelando y simulando un reactor químico sólido-gas. Allí, estudió cómo se comportaba un flujo granular (un sistema compuesto por muchas partículas macroscópicas altamente disipativas, como puede ser la arena, ciertos granos o la sal), en una constricción geométrica. “Imaginemos la boca de un silo: allí las partículas se pueden atascar, porque la fuerza de gravedad las empuja pero como las partículas se rozan entre sí y con las paredes, se pueden formar arcos que interrumpen su caudal. Ese es un problema muy conocido en la industria”, explica Parisi.
 
El paso siguiente fue estudiar este tipo de atascos en otros sistemas de partículas autopropulsadas, como robots, animales y peatones, con el objetivo de buscar evidencias empíricas del efecto faster is slower. Su primer intento fue con hormigas: “Les pusimos distintos estímulos: probamos desde un repelente químico hasta qué pasaba si aumentábamos la temperatura del suelo donde estaban, para que se apuren en salir de una pequeña habitación en la cual estaban confinadas. Y observamos que nunca se amontonaban cerca de la puerta ni se formaban atascos, porque las hormigas tienen otros mecanismos: huyen en direcciones distintas y solo una fracción iba a la puerta. Cuanto más rápido querían salir más rápido salían. Esto nos confirmó que para las hormigas, faster is faster”, recuerda Parisi. “No nos sirvió para lo que buscábamos, pero sí para saber que no son un buen modelo si queremos decir cosas de humanos ni de la mayoría de los animales: las hormigas, por ser insectos sociales, tienen una distinta prioridad de supervivencia como individuos”.
 
En segundo lugar, estudiaron junto con colegas del Grupo de Medios Granulares de la UTN La Plata, un silo bidimensional sobre un plano inclinado. En este sistema graduar el ángulo de inclinación del silo les permitió ver que las partículas ejercían mayor o menor fuerza al descender hacia la boca estrecha del silo. Se pudo verificar que el caudal se maximiza para un ángulo intermedio y se verificó, por primera vez en un sistema experimental, el efecto faster is slower.
 
Un tercer experimento que realizaron en conjunto con el físico del CONICET Germán Patterson y otros colegas del ITBA, fue con vehículos impulsados por vibración: un pequeño juguete del tamaño de una cucaracha. También en ese caso se mostró que a mayor número de vehículos se producen mayores atascos y el fluir es más lento que con un número menor de ellos.
 
Luego, experimentaron con ovejas, en colaboración con colegas del Laboratorio de Medios Granulares la Universidad de Navarra. Trabajaron en una granja en las que todos los días les abrían el corral a las ovejas para que se alimentaran, y ellas, totalmente competitivas, se bloqueaban unas con otras. “Ahí sí se pudo caracterizar cómo es el proceso de las ovejas pasando a través de una puerta angosta, y se pudo ver que cuando van más apuradas tardan más en ingresar, al contrario de lo que se esperaría. A favor del efecto faster is slower, su mayor ansiedad por salir les es contraproducente”.
 
Finalmente, repitieron el experimento en conjunto con la Universidad de Navarra, con soldados y con alumnos. “Hicimos pruebas con hasta doscientas personas y pudimos medir y comprobar el efecto faster is slower en humanos egresando a través de una puerta angosta que se había predicho mediante simulaciones en el año 2000. Es decir que quince años después, lo pudimos demostrar experimentalmente”, recuerda Parisi, que con ese trabajo logró una repercusión internacional inédita hasta entonces.
 
 
 
Atrapado sin salida
 
En paralelo a todos esos experimentos, Parisi continuó investigando la dinámica de peatones en estado no competitivo, que sería el estado en el que los seres humanos no compiten por pasar primero. “El estado normal de un peatón se da cuando camina por la calle o toma un subte y hay poca gente”, explica, “y en esas condiciones, las personas tienen otro comportamiento. Uno muy importante es el mecanismo de navegación a través del cual se evitan las colisiones. ¿Cómo hacen las personas para no chocarse unos con otros ni con los objetos mientras caminan por la calle? Nosotros, con el doctorando Rafael Martin, estudiamos eso: hacemos experimentos en el Laboratorio de Captura de Movimiento del ITBA donde ponemos gente a caminar con velocidades iniciales que colisionarían si no modificaran sus velocidades y registramos las trayectorias de cómo se modifican las velocidades para evitar las colisiones”.
 
En ese laboratorio, por ejemplo, recientemente pudieron comprobar de manera experimental que una columna delante de una puerta no aumenta el caudal de personas –como se creía y sugerían simulaciones de granos y de peatones que se habían difundido recientemente-. “Este trabajo pone de relieve la importancia de que los modelos y las simulaciones tengan validación experimental antes de ser usadas para tomar decisiones sobre sistemas reales”, subraya Parisi.
 
A partir de la información experimental, Parisi y su equipo desarrolla modelos computacionales, cada vez mas eficientes y validados experimentalmente, para simulación de peatones. Históricamente, en 2006, mediante un convenio entre el CONICET y la empresa Urbix, , fue pionero en desarrollar el primer software de simulación de peatones, que sirve para calcular –a partir de la geometría del plano de un edificio, la ocupación o el número de personas, y el plan de evacuación– cuál sería la mejor manera de direccionar el flujo de las personas que caminan por el edificio. “La ventaja de poder simular un sistema complejo radica en evitar reformas a futuro que pueden ser caras y contraproducentes o molestas para los usuarios. La idea de optimizar cómo funciona un espacio redunda en tiempos de tránsito mejores para los usuarios del lugar y se asegura una evacuación lo más rápida y segura posible”, advierte Parisi. De todas formas el científico subraya que la seguridad es compleja y tiene muchos componentes: “Lo que nosotros podemos aportar es precisiones sobre la dinámica de esa geometría en condiciones ideales. Después las cosas reales pueden diferir. Por eso se lo debe tomar como un elemento más para las decisiones y complementar los resultados del software con otros factores de riesgo como carga de fuego de los materiales, circulación de humos, y demás”.
 
Parisi y su equipo realizaron trabajos con el software de simulación de peatones en diferentes estructuras. A pedido de un shopping, simularon clientes comprando y cuál sería la mejor estrategia de evacuación del edificio. Por requerimiento de un aeropuerto, recrearon todo el proceso de un usuario –entrar al aeropuerto, hacer el checkin, ir al control de rayos X, a la sala de preembarque, a migraciones– y midieron los tiempos totales que tardan las personas en hacer ese recorrido, y luego hicieron recomendaciones de cambios –layout, número óptimo de escritorios de checkin o máquinas de rayos X– para optimizar esos tiempos. También lo utilizaron en la proyección de un microestadio que planeaba construirse en la Capital Federal: “Aunque finalmente no se construyó, allí pudimos simular cuál iba a ser la evacuación antes de que el proyecto estuviera construido”, comenta.
 
El estadío ideal para aplicar las soluciones que un software de peatones puede aportar es una vez que un edificio está diseñado, y antes de construirse. “Pero si ya está construido y se lo quiere reformar o simplemente caracterizar también se puede”, asegura el científico. “Claro que cuanto menos construido está menos costoso será corregir cosas. El objetivo siempre es mejorar el comfort de las personas en el uso, y fomentar la seguridad en el caso de una evacuación”.
 
Cuando comenzaron a trabajaron en el área de simulación de peatones, no existían softwares que hicieran ese trabajo: lo más parecido eran simuladores de tránsito de vehículos. Hoy, ya existen varias decenas de softwares de peatones que se utilizan en el mercado. “Es una disciplina que está creciendo, con una curva lenta pero estas soluciones son cada vez más utilizadas. En Inglaterra y Alemania ya se le está dando mucha importancia a estas herramientas para hacer construcciones peatonales. Acá en Buenos Aires, hace poco tiempo, se modificó la Ley de Autoprotección, que es una llegislación sobre la seguridad de las evacuaciones de los edificios, y ya se requiere de manera obligatoria simulaciones para comprobar la evacuación de edificios con cierto grado de complejidad. Es decir que esta herramienta que nosotros desarrollamos va a ser cada vez más requerido”, concluye el investigador.





Fuente: (CONICET)

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