A paragem nas boxes com IA na Fórmula 1

A Fórmula 1 (F1) é um dos desportos mais tecnológicos do mundo. Com carros a atingir velocidades ensurdecedoras de 230 mph e a fazer paragens nas boxes de dois segundos, exige a engenharia mais inovadora. A F1 diz tanto respeito aos pilotos e aos carros como às estratégias criadas pelos membros da equipa das boxes que analisam a corrida.

Há várias tecnologias em ação durante uma corrida, e a IA está a tornar-se uma das ferramentas mais importantes à disposição da equipa das boxes. Vamos analisar mais de perto onde exatamente a IA está a ser utilizada na F1.

Visão computacional no Grande Prémio de Abu Dhabi de 2023#

Quando os pilotos de F1 ultrapassam os limites da pista com as quatro rodas, isso é considerado uma violação dos limites da pista. A Federação Internacional do Automóvel (FIA) verifica estas violações, e são aplicadas penalizações com base nos resultados.

Centenas de violações têm de ser processadas em cada corrida. Durante o Grande Prémio da Áustria de 2023, apenas quatro pessoas processaram cerca de 1 200 potenciais violações dos limites da pista. Nas corridas seguintes, apesar do aumento do número de pessoas a trabalhar na verificação das violações dos limites da pista, isso não foi suficiente.

Fig. 1. A linha branca na imagem acima é considerada o limite da pista.

Assim, no Grande Prémio de Abu Dhabi de 2023, a FIA recorreu à visão computacional. Está a utilizar a análise de formas para identificar o limite da pista e calcular o número de píxeis que se estendem para além dessa linha. Esta camada do sistema será utilizada para eliminar os casos em que a intervenção humana é claramente desnecessária. Permite à FIA concentrar-se nos casos que realmente requerem a sua atenção.

Aumentar o envolvimento dos fãs com insights de IA#

Setenta e um por cento dos profissionais do desporto acreditam que o envolvimento dos fãs é essencial para alcançar os seus objetivos. Quando as pessoas sentem uma ligação emocional ao desporto, continuam a regressar, o que ajuda a indústria a gerar receitas.

Um fim de semana de corrida envolve mais do que simplesmente torcer pela tua equipa favorita. A Amazon Web Services (AWS) associou-se à F1 para fornecer insights aprofundados sobre decisões tomadas em frações de segundo e apresentar desempenhos com estatísticas detalhadas. Consegue fazê-lo através da análise de cerca de 70 anos de dados de corridas armazenados no Amazon S3. Para além dos dados históricos, os modelos de machine learning podem analisar os pontos de dados recolhidos por mais de 300 sensores de cada carro de F1. Estamos a falar de mais de 1,1 milhões de pontos de dados por segundo!

É perfeitamente natural que o CEO da Oracle Red Bull Racing, Christian Horner, acredite que «os dados estão no sangue da equipa. Cada elemento do desempenho — como disputamos uma corrida, como desenvolvemos um carro, como selecionamos e analisamos os pilotos — é todo orientado por dados». Vejamos algumas das estatísticas que estes sistemas conseguem produzir:

• Previsão de batalha: a previsão de batalha antecipa quantas voltas faltam até o carro perseguidor ficar ao alcance do carro à sua frente. As previsões são feitas utilizando dados do histórico da pista e do ritmo projetado do piloto.
• Batalha de estratégia de paragem nas boxes: fornece aos fãs insights adicionais sobre como avaliar o sucesso da estratégia de cada piloto e os respetivos resultados em tempo real. Os fãs também podem acompanhar as alterações subtis de estratégia feitas pelos pilotos e ver o seu impacto no resultado.
• Domínio da pista: fornece aos fãs e comentadores uma visão sobre onde e como um piloto está a dominar os seus rivais ao longo do circuito.
• Pontuações de desempenho dos carros: este insight permite aos fãs isolar um carro específico e comparar o seu desempenho com o de outros carros. As comparações baseiam-se no desempenho em curva (o grau de eficácia com que um carro mantém a velocidade, a estabilidade e o controlo ao fazer uma curva ou percorrer curvas), no desempenho em linha reta (as capacidades de aceleração e velocidade máxima do carro em trajetos retos) e na dirigibilidade do carro (a facilidade geral e a capacidade de resposta ao controlar o veículo, incluindo a direção, a travagem e as manobras).

Fig. 2. Um exemplo de visualização do domínio da pista que os fãs podem consultar.

Corridas de simulação com IA#

As corridas de simulação, ou sim racing, são uma experiência virtual de corridas de F1. São frequentemente utilizadas para ajudar a treinar os pilotos, permitindo-lhes familiarizar-se com a pista e melhorar as suas capacidades de condução sem risco de lesões ou danos nos carros. Ao incorporar IA no sim racing, as equipas podem simular condições de corrida dinâmicas, o desempenho dos carros com várias configurações e até o comportamento dos concorrentes na pista.

Os motores de física conseguem modelar com precisão o comportamento dos veículos. Têm em conta fatores como a aerodinâmica, a aderência dos pneus e as configurações da suspensão. Entretanto, os dados de corridas reais e de simulações são constantemente analisados para aperfeiçoar estratégias e melhorar o desempenho. As configurações de sim racing podem variar desde configurações básicas com volante e pedais até simuladores de grande escala que incluem plataformas de movimento, headsets de VR e réplicas detalhadas dos cockpits de carros de F1.

Fig. 3. Max Verstappen, piloto de Fórmula 1, a fazer sim racing. (fonte: shop.gperformance.eu)

Equipas de F1 e inovadores de IA: uma combinação perfeita na pista#

Algumas das principais equipas de F1 estão a utilizar ativamente a IA e até têm empresas de IA como patrocinadores oficiais. Vamos explorar rapidamente algumas destas parcerias e o valor que acrescentam.

Mercedes e G42#

A G42 é uma empresa líder em IA e computação na nuvem sediada nos EAU. É a patrocinadora oficial da Mercedes-AMG PETRONAS F1 Team. A G42 equipa a equipa com capacidades avançadas de análise de dados e machine learning. Com o apoio da G42, a equipa pode processar grandes quantidades de dados em tempo real e extrair insights valiosos para tomar decisões baseadas em dados. Por exemplo, os algoritmos de IA da G42 podem analisar dados de telemetria para otimizar as configurações do carro para pistas específicas, melhorando o desempenho através do ajuste preciso da aerodinâmica, da pressão dos pneus e da carga de combustível.

Fig. 4. A G42 é uma parceira oficial da Mercedes-AMG F1.

Red Bull e Oracle#

A Red Bull Racing Team utiliza IA para otimizar o consumo de combustível, ajudando a utilizar o combustível de forma mais eficiente e, consequentemente, a andar mais depressa durante mais tempo, o que pode ser um fator decisivo para vencer corridas. Esta equipa de Fórmula 1 venceu o Campeonato de Pilotos e o Campeonato de Construtores de 2023 numa temporada recorde. A equipa depende da Oracle Cloud para impulsionar a estratégia de corrida, o desenvolvimento de motores, as corridas de simulação, o envolvimento dos fãs e muito mais.

Fig. 5. A Red Bull Racing Team é patrocinada pela Oracle.

Ferrari e AWS#

A Amazon Web Services (AWS) é uma das patrocinadoras oficiais da Scuderia Ferrari F1 Team. A equipa Scuderia Ferrari criou um sensor virtual de velocidade em reta utilizando IA e machine learning através do Amazon SageMaker. Conseguiu fornecer dados mais rápidos e fiáveis aos seus engenheiros. A equipa conseguiu reduzir o peso do veículo, um fator decisivo num desporto em que cada grama conta. Também utilizou a AWS para desenvolver modelos de ML baseados na teoria dos jogos, a fim de analisar as variáveis da estratégia de corrida.

Fig. 6. A Scuderia Ferrari F1 Team recebe apoio da AWS (thelastcorner.it).

O que estamos a ver esta temporada?#

A temporada de 2024 começou em março com o Grande Prémio do Barém. Até agora, passámos apenas por quatro corridas, mas o início da temporada tem sido emocionante. Logo desde o início, estamos a ver novas inovações de IA a estrearem-se nesta temporada.

Comecemos pelo esforço para aproximar os fãs da ação. Isso levou à introdução de novos ângulos de câmara. A equipa de transmissão da F1 está a trabalhar em estreita colaboração com a Aston Martin para desenvolver uma câmara de luz traseira. A ideia é proporcionar-nos uma visão diretamente da traseira do carro, captando a intensidade da corrida de uma forma que nunca vimos antes. A IA ajuda a garantir que estas imagens são nítidas e claras, ajustando o foco e a exposição em tempo real para lidar com os desafios da velocidade e das alterações das condições de iluminação.

No que diz respeito à transmissão, existe também um novo sistema de repetições renovado e alimentado por IA. Este sistema de IA consegue analisar instantaneamente as imagens para destacar os momentos-chave, garantindo que os fãs não perdem nenhuma parte da ação. Também consegue criar repetições em câmara lenta a partir de imagens normais, acrescentando uma nova dimensão à experiência de visualização.

Também se fala muito sobre a possível utilização de drones para captar imagens em direto, inspirada por uma filmagem viral em visão em primeira pessoa (FPV) de Max Verstappen numa volta de teste. Ainda há obstáculos de segurança a ultrapassar. Mas a possibilidade de incluir filmagens de drones no futuro é entusiasmante. O objetivo é encontrar novas formas de levar a emoção da corrida aos espectadores em casa.

Fig. 7. A filmagem mais rápida da F1.

Falando da emoção, a componente áudio da transmissão também está preparada para receber uma atualização. O objetivo desta atualização é fazer com que os espectadores sintam que estão mesmo na pista, com o rugido dos motores à sua volta. Os algoritmos de IA estão a ser utilizados para aperfeiçoar a captação e o processamento do áudio, de modo a que o som da transmissão seja imersivo sem ser ruidoso. Queremos ouvir os motores a acelerar, mas continuar a desfrutar da corrida sem um volume excessivo.

Atravessar a linha de chegada#

Embora a IA possa ser uma ferramenta útil, não pode substituir pilotos humanos e membros da equipa das boxes com anos de experiência e talento. Dito isto, será interessante ver como a IA irá influenciar a Fórmula 1 no futuro. Uma tecnologia mais avançada significa decisões mais informadas na pista, conduzindo a duelos incríveis pela bandeira axadrezada!

Consulta o nosso repositório no GitHub para saberes mais sobre IA. Visita as nossas páginas de soluções para veres como a IA está a ser aplicada em áreas como a manufatura e a agricultura.