Fino a poco tempo fa, la diversità non era una priorità fondamentale per gli ingegneri della sicurezza stradale.

Ad essere onesti, stavano affrontando una questione più fondamentale:come convincere le parti interessate dal governo, l'industria e il mondo accademico per concordare manichini standardizzati per crash test e modelli di computer, primi passi necessari per comprendere la biomeccanica degli incidenti e ridurre il numero di morti e feriti sulle autostrade statunitensi.

Hanno fatto progressi sostanziali. Secondo la National Highway Traffic Safety Administration, il tasso di mortalità per 100 milioni di chilometri percorsi da veicoli è diminuito del 32% tra il 1994 e il 2016, le statistiche dell'ultimo anno sono disponibili.

Costruire le donne nell'equazione

Ora i ricercatori stanno iniziando ad andare oltre la scelta consensuale – il 50° percentile maschile – per guardare ad altre popolazioni vulnerabili, e il Center for Applied Biomechanics dell'Università della Virginia sta assumendo un ruolo di primo piano. Le prime tra questi gruppi sono le donne. Nel 2011, i ricercatori del centro hanno pubblicato uno studio che dimostra che le donne che indossano le cinture di sicurezza hanno il 47% di probabilità in più rispetto agli uomini che le indossano di subire gravi lesioni, anche dopo aver controllato l'età, altezza, peso e la gravità dell'urto. La discrepanza è particolarmente pronunciata per le lesioni degli arti inferiori.

"Per anni, abbiamo usato una tecnica chiamata ridimensionamento geometrico per prevedere come gli esseri umani di diverse dimensioni avrebbero risposto agli incidenti, " ha detto l'assistente professore James Kerrigan, il vicedirettore del Centro di biomeccanica applicata. "Non solo l'estrapolazione non funziona per i maschi, ma in particolare non funziona per le donne."

Tra le molte differenze che possono influenzare i risultati vi sono la diversa lassità dei legamenti e la forma dell'osso.

Uno degli studenti laureati di Kerrigan, Carolyn Roberts, si sta concentrando su questo problema. Roberts sta cercando di capire le differenze biomeccaniche tra maschi e femmine e determinare come queste differenze influenzino la tolleranza agli infortuni. Con il supporto di Autoliv, uno dei maggiori produttori di airbag e cinture di sicurezza, sta determinando i limiti precisi delle attuali metodologie utilizzate per prevedere la risposta femminile e sviluppando un dataset complementare di dati sulla risposta alle lesioni femminili. Ciò le consentirà di identificare condizioni di test specifiche in cui le tecniche di previsione da maschio a femmina falliscono.

Utilizzerà le sue conclusioni per sviluppare modelli di lesioni indipendenti per le donne e per escogitare modi per estrapolare dai dati maschili che siano più accurati rispetto alla scala geometrica. Finalmente, confrontando modelli maschili e femminili, sarà in grado di determinare quali differenze meccaniche tra maschi e femmine hanno il maggiore effetto sulla lesione.

"Auspicabilmente, con una maggiore comprensione della tolleranza e della previsione degli infortuni, produttori di automobili, i responsabili delle politiche di sicurezza automobilistica e i ricercatori di prevenzione degli infortuni possono lavorare insieme per rendere i veicoli più sicuri per l'intera popolazione, " lei disse.

Soddisfare i bisogni di una popolazione più pesante

Il manichino maschile del 50° percentile è alto 5 piedi e 9 pollici e pesa 172 libbre, dandogli un indice di massa corporea che si avvicina leggermente alla categoria sovrappeso. Questo è poco rappresentativo.

Secondo i Centri per il controllo e la prevenzione delle malattie, quasi il 40% degli americani è obeso. La ricerca mostra che i conducenti obesi hanno l'80% in più di probabilità di morire in un incidente stradale rispetto ai conducenti che non sono in sovrappeso, rendendoli un'altra popolazione vulnerabile. "Non capiamo abbastanza sulla natura dell'obesità per sapere perché peggiora la situazione, "Ha detto Kerrigan.

Come punto di partenza, i ricercatori del centro stanno cercando di comprendere meglio le proprietà materiali del grasso come tessuto e di integrare tali informazioni con i modelli del corpo umano che utilizzano. Allo stesso tempo, stanno esaminando i dati sugli incidenti e identificando le lesioni specifiche più comuni alle popolazioni obese.

"Una delle nostre ipotesi era che in un incidente frontale, le persone obese hanno maggiori probabilità di sommergersi sotto la cintura addominale, causando una maggiore incidenza di lesioni addominali, " ha detto Kerrigan. "Anche se abbiamo scoperto che non è così, abbiamo notato un aumento delle lesioni agli arti inferiori".

Una volta che i ricercatori del centro hanno un modello al computer che descrive la risposta di una persona obesa in un incidente, lo integreranno con sistemi di ritenuta avanzati forniti da Joyson Safety Systems per esplorare strategie per proteggere meglio le persone con obesità. "Effettueremo sistematicamente migliaia di simulazioni utilizzando vari aggiustamenti dei parametri di ritenuta per vedere se possiamo trovare un modo per ridurre al minimo il rischio di lesioni, "Ha detto Kerrigan.

Prepararsi per un futuro autonomo

L'avvento dei veicoli autonomi sta per creare un'altra popolazione vulnerabile:i passeggeri che si adagiano sui sedili.

"Una volta che le auto sono sotto forma di pilota automatico, possiamo aspettarci che gli occupanti passino il loro tempo a leggere, giocare ai videogiochi e persino dormire - e questo significa che alcuni reclinano i sedili, " ha detto Kerrigan. Questa non è una prospettiva incoraggiante.

Kerrigan e i suoi colleghi hanno esaminato i dati sul campo degli incidenti in cui i passeggeri dei sedili anteriori erano reclinabili, e le conseguenze, Egli ha detto, sono "orribili".

"Il governo ha chiarito ai produttori che se consentiranno posti a sedere alternativi in ​​modalità autonoma, è meglio che siano preparati a proteggere gli occupanti, "Ha detto Kerrigan.

I ricercatori del Center for Applied Biomechanics stanno collaborando con Autoliv e Honda su una serie di progetti progettati per affrontare questo problema. Un approccio sarebbe quello di avere dei pretendenti molto forti, che stringono automaticamente le cinture di sicurezza in caso di incidente. Per essere efficace, però, il sedile stesso deve essere relativamente solido, una combinazione che potrebbe portare ad un aumento del rischio di fratture della colonna vertebrale lombare. Kerrigan condurrà dei test per vedere se questo pericolo potrebbe essere mitigato.

Un altro problema è che i manichini standard per crash test sono modellati in posizione seduta e non possono reclinarsi. Per trovare una soluzione per questo passeggero reclinabile, researchers will need to find a realistic way to modify these dummies.Making the World a Better Place

In the face of ongoing demographic and technological change, the Center for Applied Biomechanics can expect to focus on an evolving cast of vulnerable groups in coming years and, by concentrating on their specific characteristics, find better ways to reduce the human toll of highway accidents even further. "We consider ourselves fortunate to be in a profession where our overall goal is to save lives, " Kerrigan said.

Allo stesso tempo, he acknowledges that the intellectual challenges of developing better protection systems are compelling.

"Everybody from da Vinci to your local surgeon will tell you that the human body is an incredible system, " Kerrigan said. "In our work, we combine a fundamental understanding of the human body with our knowledge as mechanical engineers, all with the goal of making the world a better place. It is an irresistible combination."