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Un tipo più intelligente di manichino per crash test
Una persona muore in un incidente stradale ogni 25 secondi, secondo le stime dell'Organizzazione Mondiale della Sanità. I manichini per crash test con accelerometri, sensori di forza ed estensimetri hanno aiutato le case automobilistiche a impedire che il bilancio delle vittime aumentasse.
I ricercatori della Wake Forest University, tuttavia, ritengono che i manichini possano aver raggiunto i limiti della loro utilità. Negli ultimi cinque anni, i ricercatori hanno eseguito migliaia di simulazioni di crash virtuali, ciascuna utilizzando dati tratti da esempi del mondo reale, attraverso un supercomputer. Simulando incidenti nel mondo reale, possiamo studiare l'effetto dei parametri di progettazione del veicolo, delle caratteristiche di sicurezza e dei fattori degli occupanti e proporre soluzioni in grado di prevenire e mitigare le lesioni degli occupanti, afferma Ashley Weaver, assistente professore di ingegneria biomedica all'università e membro chiave del gruppo di ricerca.
Non è un'idea nuova: negli anni '30, i ricercatori hanno sperimentato test simili su cadaveri umani. Successivamente, volontari come Giovanni Paolo Stapp si sono offerti di essere soggetti vivi in modesti test di impatto, mentre i gruppi di ricerca hanno utilizzato abitualmente maiali vivi per testare gli effetti di collisioni più gravi.
I dispositivi di prova antropomorfi, poiché questi sfortunati manichini sono meglio conosciuti nel settore, forniscono dati su circa 20 punti del corpo. Simulazioni digitali come quella progettata dal team di Wake Forest, al contrario, consentono ai ricercatori di esaminare gli effetti di un incidente in misura molto maggiore, testando una varietà di forme e dimensioni del corpo e diverse posizioni del corpo al momento dell'impatto. Il modello Wake Forest può quantificare il rischio di fratture ossee e danni ai tessuti molli e agli organi, lesioni non spiegate dai manichini dei crash test.
I dati si stanno rivelando preziosi per le case automobilistiche. I manichini di crash digitali [ci consentono] di determinare i metodi migliori per modificare il telaio del veicolo, gli interni, i sedili, i poggiatesta, le cinture di sicurezza, i cruscotti e i sistemi di sicurezza attiva, come gli airbag, per migliorare la sicurezza molto presto nel processo di progettazione del veicolo, afferma Bill Veenhuis, un ingegnere di Nvidia, che fornisce hardware commerciale per simulazioni di incidenti a più di una dozzina di case automobilistiche.
Il lavoro può risparmiare denaro oltre che vite. Capire i miglioramenti della sicurezza prima della produzione di lamiere e altre parti riduce i costi più avanti nella fase di progettazione. I test con i manichini di crash reali diventano quindi un metodo per convalidare i test sui manichini di crash digitali, invece di scoprire energie e deformazioni molto tardi nel processo di ingegneria del veicolo, afferma Veenhuis. I veicoli statunitensi devono soddisfare gli standard federali su 35 diversi test per garantire una protezione sufficiente in caso di collisioni frontali o laterali. Più accurata è la simulazione, maggiori sono le possibilità che la casa automobilistica superi i costosi crash test dal vivo la prima volta.
La ricerca di Weaver, che è stata sponsorizzata da Toyota, differisce dalle attuali applicazioni commerciali in quanto i suoi dati si basano su veicoli dettagliati, scene e dati medici tratti da un database di ricerche sugli infortuni. Utilizzando un modello digitale avanzato che contiene non meno di 1,8 milioni di elementi che si combinano per riprodurre accuratamente la forma umana, dalla forza ossea precisa alla struttura degli organi, e che è in grado di prevedere lesioni sia ai tessuti molli che a quelli ossei, il team ha eseguito simulazioni fino a quando il modello non ha imitato accuratamente gli effetti di diversi incidenti sulle vittime di incidenti nel mondo reale. Un lavoro così complesso è possibile solo grazie ai recenti sviluppi nella potenza e nell'efficienza dell'hardware dei computer. Due decenni fa, l'analisi di un incidente automobilistico che coinvolgeva un manichino digitale ha richiesto due settimane per essere risolta, afferma Veenhuis. Oggi possiamo eseguire un tipico studio sull'impatto frontale durante la notte.
Tuttavia, come con qualsiasi modello, il lavoro ha richiesto diverse semplificazioni e ipotesi, spiega Weaver. Ad esempio, il team ha dovuto utilizzare un veicolo generico e di taglia unica nelle simulazioni, poiché non esistono dati sufficienti nel pubblico dominio di diversi veicoli. E mentre il modello è in grado di simulare gli effetti di un incidente su diverse dimensioni del corpo umano e fino a 140 diverse posizioni, al momento non è in grado di adattare i risultati in base all'età o alla salute del passeggero.
Tuttavia, Weaver è fiducioso che la ricerca alla fine salverà vite e ridurrà la gravità delle lesioni alle ossa e agli organi. La mia speranza è che la ricerca fornisca una soluzione conveniente per valutare le caratteristiche di sicurezza automobilistica nuove ed esistenti, afferma.