Caminas hacia el elevador, presionas el botón Arriba y esperas. Y espera Y … espera.
Realmente hay una buena razón por la cual el elevador sigue alejándose de usted. Y no es una retribución kármica por no devolver nunca las tijeras de podar de tu vecino. Con cada pulsación de un botón, les hemos dado a nuestros ascensores un desafío computacional. El sistema de elevadores debe decidir qué automóvil enviar por usted y cuándo. Debe elegir si subir desde el quinto piso para recoger a esas personas en el séptimo antes de bajar al lobby para responder a su llamada. Debe considerar quién ha estado esperando más tiempo y cuál de los muchos caminos es el más eficiente y el menos doloroso para todos. El tráfico en el elevador es un baile elaborado y delicado, y una vez que ve los pasos, no puede evitar inclinar su sombrero ante los ingenieros que lo coreografían todo.
La ruta del elevador no siempre fue tan compleja. Los primeros ascensores eléctricos fueron controlados por operadores humanos. Un asistente parado adentro conduciría el elevador hacia arriba y hacia abajo con una especie de acelerador, deteniéndose donde sea que él o un despachador vieran a un pasajero esperando. Pero los humanos demostraron ser torpes, caros y propensos a los ataques. En la década de 1950, los interruptores eléctricos se hicieron cargo.
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Para que los ascensores se dirigieran a sí mismos, los ingenieros tenían que explicar las reglas de cuándo ir a dónde. El método más simple era que los ascensores se desplazaran de un lado a otro entre los pisos predefinidos a intervalos programados. Fue como tomar un autobús; esperaste el auto 3:10 hasta el décimo piso, y luego encontraste el camino desde allí. Esto, por supuesto, era extremadamente ineficiente. Durante las horas ocupadas del día, las cabinas de los ascensores desperdician el tiempo de todos sentados en el piso hasta su salida programada. Durante las horas de menor actividad realizaban viajes vacíos sin sentido.
Para 1965, los ingenieros de ascensores se decidieron por el modelo que todos conocemos y amamos y a veces odiamos: los pasajeros presionan los botones para llamar a los ascensores, y los ascensores responden a estas solicitudes. Pero aquí se pone complicado. A medida que se acumulan las solicitudes a diferentes partes de un edificio, ¿cómo decide un ascensor dónde ir?
Índice de dolor
¿Cuál es el sistema de ascensor perfecto? ¿Sirve a la persona que ha estado esperando más tiempo? ¿O siempre vas a la llamada más cercana? ¿Dónde hace el compromiso entre un servicio rápido y mantener bajo el uso de energía?
Los ingenieros de ascensores lidian con todas estas preguntas, y ninguna de ellas es tan simple como parece. Claramente, un elevador debe tratar de reducir el tiempo de viaje. Pero, ¿cómo debería priorizar su tiempo? Si espera un minuto en lugar de 20 segundos para que venga un automóvil, ¿eso es tres veces más malo, o tal vez seis o incluso nueve veces peor? Incluso el más básico de estos objetivos no es un hecho.
A veces, en realidad es mejor alargar el viaje de un pasajero. Imagine dos escenarios, uno en el que su elevador tarda 10 segundos en llegar y luego un minuto para llegar a su destino, y otro en el que cada porción tarda 30 segundos. Muchas personas encuentran que esperar es tan doloroso que preferirían la primera opción, a pesar de que llegarían a su destino 10 segundos después. En consecuencia, algunos ascensores se optimizan no por tiempo, sino por un índice de dolor personalizado, en el que el sistema informático sopesa el horror de cada tipo de retraso.
Para complicar aún más las cosas, hay muchas limitaciones de un ascensor. Tiene límites físicos en su velocidad, y solo tiene uno o dos segundos para elegir su próximo movimiento. Tampoco debe hacer nada que moleste seriamente a los pasajeros, como pasar por alto el piso deseado de alguien sin detenerse, que es solo pedir un puño en el panel de control. Un buen sistema equilibrará todas estas metas y preocupaciones, incluso cuando necesitabas estar arriba hace 10 minutos.
El algoritmo del elevador
El enfoque razonable más temprano y simple para el despacho de ascensores sigue siendo sorprendentemente común. Conocido como "control colectivo", o simplemente "el algoritmo de ascensor", consta de dos reglas:
- Mientras haya alguien dentro o delante del elevador que quiera ir en la dirección actual, siga yendo en esa dirección.
- Una vez que el elevador haya agotado las solicitudes en su dirección actual, cambie de dirección si hay una solicitud en la otra dirección. De lo contrario, pare y espere una llamada.
Esta es la razón por la cual su típica bahía del elevador tiene botones de llamada para subir y bajar: para que el automóvil que ya se dirige hacia el cielo pueda detenerse para recoger a cualquiera que suba. Esta política no tiene en cuenta la mayoría de los factores mencionados anteriormente, pero no es un mal lugar para comenzar. El algoritmo del elevador es fácil de seguir y es bastante eficiente desde el punto de vista energético, y todos obtienen un elevador en un solo viaje de ida y vuelta. (El mismo algoritmo controla el cabezal de lectura y escritura en muchos discos duros).
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Los pequeños edificios de oficinas y apartamentos, que no necesitan exprimir cada poco de eficiencia de sus ascensores, tienden a utilizar este enfoque simple. Sin embargo, en edificios más grandes, el control colectivo comienza a causar problemas. El ascensor da servicio a los pisos intermedios cada vez que pasa, pero nunca se detendrá en el sótano en su camino hacia el piso 7. Por lo tanto, la espera en la parte superior e inferior, las áreas más necesitadas de ascensores, puede ser un pesadilla.
Más importante aún, los edificios grandes generalmente tienen bancos de ascensores, no solo uno. Si cada uno sigue el algoritmo del elevador, entonces, bajo tráfico pesado, los elevadores comienzan a saltar unos pocos pisos a la vez. Y se agrupan en el medio del edificio, potencialmente incluso atienden las mismas llamadas dos veces.
Para manejar estas configuraciones más grandes, los ingenieros desarrollaron una serie de trucos. El solo hecho de que los ascensores hablen entre sí es muy útil. Si el Auto 1 se dirige hacia arriba, el Auto 2 puede manejar una solicitud de lobby. Además, los ascensores pueden asignarse a grupos específicos de pisos. También es posible que haya visto ascensores colgando en un vestíbulo, con las puertas abiertas de par en par. Esta es la estrategia de estacionamiento, donde los ascensores inactivos regresan a un piso comúnmente solicitado. Gracias a la predicción del tráfico y al monitoreo en tiempo real, los ascensores pueden cambiar entre estrategias para adaptarse a la mañana o al cierre de la actividad comercial.
Complejidad informática
El golpe que realmente llevó la programación de ascensores a algunos pisos ocurrió en la década de 1970, cuando aparecieron las computadoras reprogramables. Si alguien tenía una nueva estrategia de enrutamiento de ascensores, ya no necesitaba vender un magnate sobre la idea y esperar a que se levantara un edificio. En cambio, podrían probar y ajustar sus ideas en simulaciones de software.
Una ráfaga de nuevos algoritmos golpeó los ejes. Una estrategia, que sigue siendo popular hoy en día, se llama "control de tiempo estimado de llegada". Básicamente, la computadora considera que todos los autos se mueven hacia una llamada y asigna el que cree que llegará más rápido. Otro de los favoritos era entregar siempre la llamada más urgente al automóvil que se esperaba para crear el mejor resultado para ese pasajero: minimizar el tiempo de viaje, usar la menor energía o cualquier otra cosa que los diseñadores prioricen. El vértice del control computarizado es el despacho de destino, que puede experimentar si visita rascacielos construidos o modernizados desde la década de 1990. En estos edificios, en lugar de simplemente presionar hacia arriba o hacia abajo, ingresa a qué piso desea ir, y le indica a qué elevador vendrá para llevarlo allí.
Debido a que saben exactamente a dónde va, estos sistemas están más cerca de la eficiencia perfecta. Las personas que se dirigen al mismo piso se agrupan, convirtiendo cada elevador en un tren expreso. Como tal, es posible que tenga que esperar más tiempo para un ascensor, por lo que los sistemas de despacho de destino a menudo cambian sus prioridades según la hora del día. Durante la hora punta de la mañana, cuando la capacidad neta es clave, sufrirá más esperas para que el sistema pueda reducir los tiempos de viaje en general. Por la tarde, cuando menos personas viajan al mismo tiempo, pueden permitirse recogerlo antes para reducir la angustia mental de esperar.
Con todas estas opciones de estrategia, los ingenieros se enfrentan a un nuevo problema de elegir el mejor algoritmo. Uno de los enfoques más exitosos ha sido dejar que una computadora decida. Utilizando técnicas de aprendizaje automático, los ingenieros pueden especificar cómo se ve el éxito y luego dejar que el controlador del elevador experimente por sí solo en la simulación. En cada momento, el sistema inspecciona el estado de cada elevador simulado y los parámetros de cada solicitud pendiente, decide qué hacer y mide los resultados. El software finalmente aprende una política para cada combinación de factores. Con estas políticas más sofisticadas, incluso las personas que crearon el software a menudo no saben por qué está haciendo lo que está haciendo.
Este artículo se publicó originalmente el 25 de mayo de 2016. Se ha actualizado para su publicación en la edición de septiembre de 2019 de Mecánica Popular. Puedes suscribirte aquí.
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