Innumerevoli persone muoiono ogni anno in incidenti stradali. Per migliorare la sicurezza degli occupanti del veicolo, è consuetudine da decenni eseguire crash-test utilizzando manichini. Questi manichini per crash test stanno ottenendo sempre più supporto virtuale sotto forma di modelli informatici che simulano il comportamento difensivo degli umani prima di una collisione. Ricercatori del Fraunhofer Institute for High-Speed ​​Dynamics, Istituto Ernst-Mach, Le EMI sono tra quelle che utilizzano modelli virtuali del corpo umano nelle simulazioni di incidenti, che portano a conclusioni più realistiche sul rischio di lesioni. Nei loro calcoli, i ricercatori si concentrano soprattutto sulla rigidità muscolare, di cui non si era tenuto conto nelle precedenti inchieste.

Gli occupanti del veicolo intraprendono istintivamente un'azione difensiva per prepararsi all'impatto. Tendono i muscoli e, nel caso del conducente, appoggiarsi al volante mantenendo il piede premuto sul pedale del freno. Questo comportamento influenza l'esito dell'incidente. Poiché i manichini convenzionali per crash test non sono in grado di reagire a un incidente imminente, non possono essere usati per modellare il comportamento umano. Nel settore automobilistico, perciò, modelli informatici digitali sono sempre più utilizzati nelle simulazioni agli elementi finiti (FE) al fine di riprodurre la postura degli occupanti poco prima di un incidente e quindi migliorare la sicurezza delle automobili. "Il sistema muscolare ha una grande influenza su come reagisce un occupante del veicolo poco prima di un incidente e sul movimento del corpo durante l'incidente. Possono esserci sostanziali, divergenze critiche rispetto ai manichini rigidi e cinematicamente limitati per crash test, "dice il dottor Matthias Boljen, scienziato presso Fraunhofer EMI.

L'ingegnere e il suo team utilizzano modelli digitali del corpo umano come parte delle simulazioni FE. Nei più recenti test FE, si sono concentrati sulla rigidità muscolare durante la valutazione della sicurezza degli occupanti. I ricercatori hanno studiato gli effetti dei cambiamenti nella rigidità muscolare sulla cinematica degli occupanti, il che significava aprire nuovi orizzonti scientifici. La ricerca precedente aveva solo simulato la generazione di movimento attraverso la contrazione muscolare in modelli umani, ma non la rigidità muscolare che va di pari passo con la contrazione. "Se un guidatore si appoggia al volante prima di una collisione, questo non solo accorcia il muscolo, ma il muscolo diventa anche più rigido attraverso la contrazione. Nelle precedenti simulazioni FE di singoli muscoli e gruppi di muscoli in modelli a corpo intero, l'effetto della contrazione muscolare è stato completamente ignorato, " spiega il ricercatore.

Questa omissione è stata affrontata da Niclas Trube, un collega di Boljen, che ha utilizzato THUMS (Total Human Model for Safety) Versione 5 per le sue indagini. Ha definito quattro diversi stati di rigidità e ha testato l'influenza di questi cambiamenti in una collisione frontale simulata. La conclusione è stata che la rigidità muscolare ha un'influenza decisiva sul comportamento degli occupanti del veicolo. A seconda del grado di rigidità, ci si possono aspettare diversi tipi di lesioni in un incidente.

"Questa scoperta potrebbe essere di grande importanza per l'ulteriore sviluppo di modelli umani, in particolare per quanto riguarda le auto a guida autonoma. Gli interni dei veicoli saranno ridisegnati in futuro, il che significa che anche i concetti esistenti di cinture di sicurezza e airbag dovranno essere rivalutati. I modelli umani sono uno strumento prezioso per farlo, "dice Trube.

Maggiori requisiti di sicurezza stradale

I modelli umani digitali possono essere utilizzati anche per la protezione di pedoni e ciclisti. La necessità di agire su questo punteggio è stata dimostrata da studi recenti, che attestano un aumento del verificarsi di situazioni pericolose sorprendenti provocate dalle e-bike. Gli scooter elettrici saranno ammessi sulle strade pubbliche in Germania a partire dalla fine dell'anno. Gli esperti di traffico temono un ulteriore aumento degli incidenti. Utilizzando modelli umani, scenari di incidente possono essere studiati in anticipo. A seconda del comportamento difensivo, è possibile testare la frequenza e l'intensità delle sollecitazioni che ne derivano. Produttori di protezioni, caschi e altri dispositivi di protezione potrebbero beneficiare delle raccomandazioni.

Il modo in cui il corpo umano reagisce alle sollecitazioni meccaniche non interessa solo il settore dei trasporti, però, ma anche per una serie di problemi medici ed ergonomici. Come si comportano i materiali utilizzati negli impianti e nelle protesi rispetto alle ossa umane quando sono sottoposte a stress improvvisi? In che modo le vibrazioni degli elettroutensili influenzano l'utente? "I modelli umani sono ideali per tali applicazioni, in quanto possiamo creare modelli virtuali realistici con loro, qualcosa che non può essere raggiunto allo stesso modo con gli esperimenti, "dice Boljen.