Giới thiệu người dùng học thuật / Vol. 32
Nhóm nghiên cứu Ito,
Khoa Khoa học an toàn xã hội,
Đại học Kansai

Nghiên cứu kỹ thuật cơ khí giúp tìm ra cơ chế gây thương tích, cách giảm thiểu thiệt hại
Ứng dụng mô phỏng lái xe UC-win/Road trong phân tích hành vi lái xe

Nhóm nghiên cứu Ito, Khoa Khoa học An toàn xã hội, Đại học Kansai (Nhật Bản)
URL: https://www.kansai-u.ac.jp/Fc_ss/english/index.html
Địa chỉ: Takatsuki-shi, Osaka, Nhật Bản
Lĩnh vực nghiên cứu: an toàn giao thông, chấn thương cơ sinh học, mức độ an toàn của sản phẩm


Phó Giáo sư Daisuke Ito, Khoa Khoa học an toàn xã hội, Đại học Kansai

"Nếu tận dụng hết tiềm năng của mô phỏng trên máy tính, chúng ta thậm chí có thể giao cho máy tính tự tính toán thiết kế tối ưu và chọn ra ngẫu nhiên một giải pháp cho chúng ta. Tuy nhiên, nếu làm như vậy, chúng ta không thể hiểu được quá trình đưa đến giải pháp cuối cùng, và chúng ta sẽ chẳng học được gì cả.".

Ví dụ, phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) được hiểu là giúp chúng ta nhìn thấy tất cả lực tác dụng (cân bằng lực) trong kết cấu của đối tượng nghiên cứu một cách chi tiết. Phó giáo sư Daisuke Ito, hiện đang công tác tại Khoa Khoa học an toàn xã hội, Đại học Kansai, với chuyên môn nghiên cứu về an toàn khi xe va chạm và cơ sinh học từ góc độ cơ khí, đã nói về cách tiếp cận của ông đối với công nghệ thông tin rằng, điều quan trọng là chúng ta cần trực quan hóa đối tượng trước khi tiến hành phân tích chúng để hiểu được rõ về bản thân hiện tượng. Với quan điểm đó, đặc biệt là khi FEM có thể được thực hiện với các phần mềm thương mại, PGS cho rằng tuy người dùng không cần mất công viết mã nguồn để làm chương trình chạy được, chúng ta vẫn nên chú trọng thực hiện quy trình từng bước, từ trực quan hóa hiện tượng đến tiến hành phân tích.

Ngoài ra, việc tiến hành thử nghiệm các tình huống nguy hiểm trong điều kiện đường sá thực tế có nhiều hạn chế, và ở cấp độ nghiên cứu đại học, rất khó để các đơn vị sở hữu một khu vực (cung đường) thiết kế riêng cho việc thử nghiệm, nghiên cứu. Thiết bị mô phỏng lái xe (DS) có khả năng giả lập môi trường giao thông, tình huống cận kề xảy ra tai nạn giao thông trong không gian VR 3D, có khả năng hỗ trợ các nghiên cứu của PGS Ito, vì vậy ông tin rằng DS là công cụ hữu hiệu để nghiên cứu phản xạ của con người trong các tình huống có khả năng xảy ra tai nạn. Ông cũng kỳ vọng vào tiềm năng ứng dụng trong nghiên cứu mà các thiết bị mô phỏng xe đạp và mô phỏng đi bộ mang lại, đặc biệt là khi liên kết các thiết bị với nhau.

Hai năm trước, khi Phó Giáo sư Ito bắt đầu đảm nhiệm chức vụ hiện tại ở Đại học Kansai, ông đã tích cực thúc đẩy việc ứng dụng hệ thống mô phỏng lái xe vận hành dựa trên phần mềm mô phỏng thực tế ảo (VR) 3D "UC-win/Road" do FORUM8 phát triển, vốn đã được đưa vào sử dụng tại trường vài năm trước thời điểm PGS bắt đầu công tác tại đây. Tại Đại học Nagoya nơi ông làm việc trước đó, ông cũng đã từng làm việc với thiết bị mô phỏng UC-win/Road của FORUM8 (mặc dù thông số thiết bị khác với hệ thống đang sử dụng ở trường hiện tại). Vì vậy, ông hiểu rất rõ khả năng ứng dụng hiệu quả của hệ thống mô phỏng trong các nghiên cứu khác nhau.



Cách tiếp cận độc đáo kết hợp kiến thức tự nhiên & xã hội để giải quyết bài toán về môi trường và xã hội

Đại học Kansai được thành lập năm 1886 với tên gọi ban đầu là Trường Luật Kansai. Qua 135 năm hoạt động với những lần tái cơ cấu và mở rộng, hiện nay trường có 13 khoa đào tạo đại học gồm: luật, văn học, kinh tế, thương mại, xã hội học, nghiên cứu chính sách, ngoại ngữ, nhân văn - sức khỏe, công nghệ thông tin tổng hợp, an toàn xã hội, kỹ thuật hệ thống, kỹ thuật môi trường và đô thị, hóa học, vật liệu và kỹ thuật sinh học. Trường cũng có 13 viện nghiên cứu sau đại học và 2 trường đào tạo cao học chuyên nghiệp. Hiện trường có khoảng 30.000 sinh viên các trường đại học và sau đại học, hơn 740 giảng viên toàn thời gian (cả hai số liệu tính đến tháng 5 năm 2021) đang làm việc tại sáu cơ sở của trường: Senriyama, Takatsuki, Takatsuki Muse, Sakai, Hokuyo và Umeda.

Về Khoa Khoa học an toàn xã hội, PGS Ito cho rằng: "Có lẽ không thể tìm thấy một khoa với cái tên này ở bất kỳ trường đại học nào khác tại Nhật Bản". Khoa được thành lập vào năm 2010 cùng với Viện nghiên cứu Khoa học an toàn xã hội, cùng với dịp khánh thành cơ sở đào tạo của trường tại Takatsuki Muse.

Với hoạt động nghiên cứu, đào tạo tập trung vào "thảm họa tự nhiên" và "vấn đề/ thảm họa xã hội" (thảm họa do con người gây ra), khoa thực hiện sứ mệnh góp phần xây dựng một xã hội an toàn, bảo mật thông qua việc giải quyết các vấn đề liên quan, ngăn ngừa thảm họa và giảm thiểu thiệt hại. Đối tượng nghiên cứu trải dài trên nhiều lĩnh vực như thảm họa động đất, bão lũ, các loại tai nạn, bệnh truyền nhiễm và an ninh thông tin, do đó khoa đã xây dựng chương trình học và nghiên cứu theo chiều ngang, kết hợp cả khoa học tự nhiên và khoa học xã hội. Từ năm thứ ba trở đi, mỗi sinh viên có thể chọn lĩnh vực nghiên cứu đặc biệt của riêng mình qua nhiều cuộc hội thảo khoa học tự nhiên & xã hội. Kèm theo đó, theo PGS, khoa duy trì bầu không khí cởi mở giữa học viên và giảng viên/ người hướng dẫn, giúp thúc đẩy sự nỗ lực, tương trợ của các bên.

Khoa Khoa học an toàn xã hội thực hiện sứ mệnh đóng góp vào việc kiến tạo một xã hội an toàn và bảo mật thông qua nghiên cứu và giáo dục giúp giải quyết các vấn đề, phòng chống và giảm nhẹ các thảm họa, thiên tai.


Phát triển các biện pháp giảm thiểu thiệt hại do tai nạn giao thông từ góc độ cơ khí

PGS Ito cho biết: "Chuyên ngành của tôi là về cơ khí/ máy móc, vì vậy (đối với cả các nghiên cứu về vấn đề/ thảm họa xã hội) tôi luôn tiếp cận vấn đề từ góc nhìn kỹ thuật cơ khí."

Nhóm nghiên cứu Ito (Ito Seminar), do Phó Giáo sư Ito hướng dẫn, tập trung nghiên cứu trong các mảng an toàn giao thông, chấn thương cơ sinh học và tính an toàn của sản phẩm. Họ thực hiện các mô phỏng máy tính (FEM, VR, v.v.) để nghiên cứu hành vi của người ngồi trên ô tô, người đi bộ và người đi xe đạp trong trường hợp xảy ra va chạm giao thông, cũng như các cơ chế gây thương tích. Ngoài ra, nhóm nghiên cứu còn tích cực áp dụng nhiều phương pháp nghiên cứu khác nhau khi cần thiết, chẳng hạn như sử dụng thiết bị mô phỏng lái xe để điều tra nguyên nhân gây ra tai nạn giao thông và phân tích hành vi của người lái xe.

Nhóm nghiên cứu được thành lập cùng thời điểm PGS Ito đảm nhiệm chức vụ hiện tại vào tháng 4 năm 2020.

Trước đó, ông Ito là trợ lý giáo sư (assistant professor) tại Viện Kỹ thuật Đại học Nagoya, và từng đảm nhiệm phân tích dữ liệu của cảnh sát tỉnh Aichi trong một dự án của tỉnh này. Sau đó, để hiểu rõ hơn về "những gì đã thực sự xảy ra" tại hiện trường tai nạn giao thông, với sự hợp tác của một hãng taxi trong tỉnh, ông đã tiến hành phân tích cụ thể từng tình huống tai nạn dựa trên các video từ camera hành trình lái xe ghi lại hiện trường các vụ tai nạn. Dần dần, đối tượng nghiên cứu được mở rộng ra giữa ô tô với ô tô, ô tô với xe đạp và ô tô với người đi bộ. Ngoài ra, để tìm câu trả lời cho câu hỏi "người tham gia giao thông nên chú ý điều gì gì để có thể tránh được những tai nạn như vậy?", ông đã giả lập các tình huống tai nạn thực tế (bao gồm điều kiện về đường, giao thông) trong không gian VR, sử dụng thiết bị mô phỏng lái xe (UC-win/Road DS) của trường đại học nơi ông công tác để tiến hành nghiên cứu, thí nghiệm. Các nghiên cứu sử dụng thiết bị mô phỏng lái xe để thí nghiệm xoay quanh vấn đề phòng tránh va chạm, chẳng hạn như nghiên cứu phản xạ của người lái xe ô tô để tránh va chạm trực diện với người lái xe đạp.

Bên cạnh việc tập trung nghiên cứu ở các mảng liên quan đến cơ khí/ máy móc, Đại học Kansai cũng đang triển khai hướng tiếp cận nghiên cứu rộng hơn, bao gồm thực hiện khảo sát về khả năng phục hồi và quay lại nơi làm việc của người làm nghề lái xe đang gặp vấn đề về sức khỏe.

UC-win/Road DS hoạt động trong thực tế
Mô phỏng tai nạn khi lái xe và môi trường xung quanh chân thực trong không gian VR, giả lập thời điểm trước khi xảy ra va chạm (xe đạp lao ra)


Triển khai UC-win/Road DS cho nhiều nghiên cứu khác nhau

Khi cùng một số giảng viên của Khoa Khoa học an toàn xã hội tham gia dự án nghiên cứu về cách thức tiến hành kiểm tra năng lực lái xe trong bối cảnh công nghệ an toàn cho ô tô hiện đại đang được đưa vào ứng dụng trong thực tế ngày càng nhiều (năm 2020 - 2021 do Cơ quan Quốc gia về an toàn ô tô Nhật Bản (NASVA) triển khai), PGS Ito - lúc đó mới đảm nhiệm chức vụ mới tại khoa - phụ trách phân tích và kiểm chứng tai nạn sử dụng thiết bị mô phỏng lái xe. Cụ thể, PGS vừa đưa ra các giả thiết dựa trên phân tích tai nạn, vừa tiến hành các thí nghiệm trên thiết bị mô phỏng lái xe để đánh giá thay đổi trong phản xạ của người lái xe khi xe được trang bị các công nghệ an toàn tiên tiến khác nhau như hệ thống phanh khẩn cấp nâng cao (AEBS), hệ thống cảnh báo lệch làn đường, v.v., nhằm nghiên cứu về khả năng làm giảm thiểu tai nạn, hoặc gây ra tai nạn kiểu khác từ việc trang bị các công nghệ an toàn tiên tiến này.

Khoa đã đưa vào sử dụng UC-win/Road DS từ năm 2015; năm 2020, PGS Ito đã tiếp tục cập nhật DS lên phiên bản mới nhất để phục vụ cho dự án nghiên cứu. Kể từ đó, PGS chủ yếu sử dụng thiết bị mô phỏng để phân tích và nghiên cứu hành vi lái xe, như thí nghiệm giả lập các tình huống tai nạn giao thông phổ biến, hoặc giả lập việc xe có/ không có trang bị các công nghệ an toàn tiên tiến để quan sát sự thay đổi trong hành vi người lái xe (mức độ phụ thuộc vào công nghệ, mức độ cảnh giác trước rủi ro tai nạn, v.v.). PGS Ito dự định tiếp tục ứng dụng thiết bị mô phỏng lái xe cho các dự án nghiên cứu như: 1) Công nghệ hỗ trợ khiến người lái xe bất cẩn/ chủ quan như thế nào, 2) Công nghệ có thể hỗ trợ người lái xe như thế nào để họ phản ứng nhanh hơn, và 3) Mức độ cảnh giác của người lái xe như thế nào, v.v. Ông cũng đề cập đến các kế hoạch nghiên cứu về: 1) Cơ chế phát hiện những bất thường của người lái xe như buồn ngủ do lái xe trong thời gian dài hoặc bệnh tật thông qua các tín hiệu sinh học, nhận dạng hình ảnh, từ đó thực hiện đánh thức người lái xe, hoặc 2) Nghiên cứu về tương tác qua lại giữa những người tham gia giao thông ngoài ô tô, chẳng hạn như xe đạp, sử dụng các thiết bị mô phỏng liên kết với nhau.

PGS Ito nói rằng, "Vì khoa tôi đang làm việc nghiên cứu về cả khoa học tự nhiên và khoa học xã hội, tôi muốn cộng tác thêm với các giáo sư chuyên ngành tâm lý học và luật để mở rộng nghiên cứu về an toàn phương tiện trước và sau khi va chạm xảy ra.".



Tận dụng các tính năng đa dạng của UC-win/Road DS để xây dựng nhiều tình huống thực tế hơn

Với kinh nghiệm sử dụng UC-win/Road DS từ nơi làm việc trước cho đến hiện tại, PGS Ito đánh giá cao tính hiệu quả và dễ thao tác của phần mềm mô phỏng này khi tạo mô hình đường, xây dựng môi trường xung quanh để giả lập tình huống tai nạn, cũng như tính năng ưu việt của thiết bị mô phỏng trong quá trình vận hành. Mặc dù thiết bị mô phỏng mới được đưa vào sử dụng chưa đến 2 năm, kỹ năng sử dụng UC-win/Road của các thành viên còn hạn chế, nhưng những tình huống dạng như "khi xe của người điều khiển đến một điểm cụ thể, một chiếc xe khác lao ra vào một thời điểm cụ thể và phanh xe của người điều khiển (được trang bị công nghệ an toàn tiên tiến) được tự động kích hoạt" thì họ hoàn toàn có thể mô phỏng được trong môi trường VR. Trong tương lai, PGS Ito dự định sẽ tập trung nghiên cứu để nắm vững các chức năng phong phú của UC-win/Road, sử dụng công cụ phát triển phần mềm "SDK" để tùy biến UC-win/Road và xây dựng thêm các tính năng mở rộng cho DS, đồng thời tận dụng khả năng liên kết dữ liệu để tạo môi trường mô phỏng VR nhanh chóng.

Đồng thời, khi hình ảnh mô phỏng và chuyển động của phương tiện gần với thực tế hơn, người trải nghiệm lái xe trên thiết bị mô phỏng sẽ có cảm nhận "đắm chìm", nhập vai gần với lái xe trong thực tế hơn, thay vì cảm giác đang lái xe trên thế giới mô phỏng. Vì nghiên cứu yêu cầu khả năng giả lập điều kiện lái xe tại thời điểm ngay trước khi xảy ra va chạm giao thông, do đó mô phỏng phải đáp ứng được hai yêu cầu khó là "đơn giản nhất có thể" và "giống thực tế", theo PGS Ito.



Điểm thú vị chung của mô phỏng trong FEM và DS

PGS Ito cho rằng: "FEM và DS có điểm chung là trong thực nghiệm thực tế, có nhiều dữ liệu không thể thu thập được từ địa điểm xảy ra tai nạn. Cái hay nhất của mô phỏng là việc trực quan hóa và phân tích các dữ liệu đó.".

PGS Ito đồng ý với cách tiếp cận trong đó máy tính tự giải quyết các vấn đề của chính nó, kết hợp với phần mềm để tối ưu hóa. Tuy nhiên, ở góc độ giáo dục, PGS cũng chỉ ra rằng việc tối ưu hóa không thể thực hiện ngẫu nhiên như việc bốc thăm được. Thay vào đó, điều quan trọng không chỉ trong giáo dục mà còn trong nghiên cứu và phát triển là nhìn vào và hiểu những gì đang thực sự xảy ra để phát triển các giải pháp phù hợp.

Ví dụ, thiết bị mô phỏng lái xe có thể hỗ trợ nghiên cứu, thu thập các dữ liệu như "hành vi của mỗi người khi lái xe", "hành vi, phản xạ của con người khiến xe di chuyển như thế nào". Dựa trên phân tích kỹ lưỡng về các dữ liệu này, chúng ta có thể trả lời câu hỏi "những biện pháp đảm bảo an toàn nào là cần thiết". Cũng như trong FEM, cần phải xét cẩn thận "bao nhiêu lực đã tác dụng lên kết cấu" và "lực này sẽ thay đổi như thế nào nếu áp dụng các biện pháp nhất định" và sau đó tìm ra câu trả lời cho vấn đề nghiên cứu. Trong mọi trường hợp, ông tin rằng vai trò quan trọng của mô phỏng là dẫn dắt quá trình suy nghĩ.

Các thành viên của nhóm nghiên cứu Ito, Khoa Khoa học an toàn xã hội, Đại học Kansai

Ảnh: Trang web Khoa Khoa học an toàn xã hội, Đại học Kansai
Viết bởi Takashi Ikeno
(Up&Coming '22 Ấn bản mùa xuân)



Trước
  
Mục lục
  

LOADING