Pratici ed ecologici, gli e-scooter offrono una grande flessibilità. Non sorprende che sempre più persone utilizzino questo mezzo di trasporto. Tuttavia, questo aumento di popolarità è stato accompagnato da un aumento degli incidenti che hanno provocato gravi lesioni.

Il rischio associato a questi veloci runabout è ampiamente sottovalutato. In risposta a ciò, i ricercatori Fraunhofer hanno studiato un tipico scenario di incidente e le lesioni associate nell'ambito del progetto HUMAD. Gli esperti hanno anche testato nuovi materiali per caschi e dispositivi di protezione. Questi potrebbero fornire una protezione molto migliore rispetto ai prodotti convenzionali.

Il futuro della mobilità è già qui:tutta una serie di nuovi tipi di veicoli come e-bike, cargo bike e scooter elettrici (noti anche come e-scooter) stanno sfrecciando per le nostre città. Si stanno aprendo nuove opportunità per una mobilità flessibile e rispettosa dell'ambiente, ma ciò presenta anche nuovi pericoli e rischi per la sicurezza.

I pericoli associati agli e-scooter, o "veicoli elettrici leggeri personali", come vengono ufficialmente chiamati, sono abbastanza chiari. I dati dell'Ufficio federale di statistica tedesco ne danno una prova conclusiva:nel 2020, la Germania ha registrato un totale di 2.155 incidenti che coinvolgono gli scooter elettrici, all'interno dei quali cinque persone sono morte e 386 sono rimaste gravemente ferite.

Nel 75% dei casi, l'autista dello scooter elettrico è stato responsabile dell'incidente. Particolarmente frequenti sono stati gli incidenti in cui il conducente ha perso il controllo del proprio veicolo. Le cause erano spesso l'eccesso di velocità o la guida nella direzione sbagliata. In molti casi, l'alcol ha avuto un ruolo.

Crash test e simulazioni

I ricercatori del Fraunhofer Institute for High-Speed ​​Dynamics, Ernst-Mach-Institut, EMI e del Fraunhofer Institute for Mechanics of Materials IWM, entrambi con sede a Friburgo, hanno avviato uno studio sulla sicurezza degli e-scooter in caso di incidente nell'ambito del Progetto di ricerca HUMAD (Human Accident Dynamics).

L'obiettivo era indagare sul decorso degli incidenti tipici, determinare il rischio associato di lesioni e, allo stesso tempo, valutare l'idoneità di dispositivi di protezione come caschi e protezioni per le ginocchia. Fraunhofer EMI è stato responsabile dei crash test, mentre il team di Fraunhofer IWM ha analizzato i dispositivi di protezione. Entrambi gli istituti hanno una vasta esperienza nella ricerca sugli incidenti.

Il Dr. Matthias Boljen, capo del gruppo di ricerca Human Body Dynamics presso Fraunhofer EMI, e il suo team hanno utilizzato l'esempio di una collisione con un marciapiede per concentrarsi su un tipo molto comune di incidente con lo scooter elettrico:la collisione di un solo veicolo (un incidente non coinvolgendo un altro utente della strada).

"Abbiamo lavorato con un manichino per crash test, proprio come nei crash test condotti nell'industria automobilistica. Il manichino è stato posizionato sul modello di scooter elettrico replica e guidato contro un marciapiede ad angoli di 60° e 90° e a velocità di 10, 20 e 30 km/h", spiega Boljen.

Durante i test, le telecamere ad alta velocità hanno mostrato come il corpo viene catapultato in aria, volando sopra il manubrio e lanciato per diversi metri, a seconda della velocità dell'impatto, prima di schiantarsi al suolo. I crash test hanno dimostrato che in tutti gli scenari testati possono verificarsi lesioni gravi, in particolare lesioni alla testa. "È stato doloroso solo guardare i video durante l'analisi", afferma Boljen. Anche le ginocchia sono a rischio di infortunio.

Diverse variabili:velocità e angolo di collisione

Parallelamente ai crash test, Boljen e il suo team hanno anche analizzato lo scenario dell'incidente in simulazioni agli elementi finiti. L'e-scooter e il conducente sono stati riprodotti digitalmente e sono state definite le leggi di conservazione della quantità di moto, massa ed energia, nonché le proprietà dei materiali del veicolo e del modello umano. Nell'analisi, il software di simulazione ha mostrato quali accelerazioni agiscono sulla testa e sulle ginocchia.

Gli esperti hanno quindi utilizzato questi valori per determinare la probabilità che alcune lesioni si verificassero a queste parti del corpo. "I crash test con il manichino e le simulazioni numeriche con il modello umano hanno portato entrambi alla stessa conclusione", spiega Boljen. Anche a una velocità apparentemente bassa di soli 10 km/h, una collisione con un angolo di 90° provoca enormi accelerazioni di 170 g sul corpo umano.

È quindi altamente raccomandato indossare un casco e indumenti protettivi, poiché riducono la probabilità di lesioni gravi. "Nessun casco, però, può impedire le accelerazioni che agiscono sulla testa in caso di urto diretto; possono solo ridurne in una certa misura alcune componenti. A rigor di termini, il rischio di trauma cranico esiste se il pilota indossa il casco o no", spiega Boljen.

Necessità di ricerca su caschi e dispositivi di protezione

I ricercatori hanno anche scoperto che la velocità di impatto della testa misurata nella simulazione supera la velocità massima di impatto di 5,4 m/s stabilita nella norma di prova DIN EN 1078 per la sicurezza del casco da bicicletta. In altre parole, i tradizionali caschi da bicicletta e gli indumenti protettivi riducono la gravità dell'impatto, ma non offrono una protezione completa in caso di collisione con oggetti duri.

È qui che entra in gioco l'esperienza dei ricercatori del Fraunhofer IWM. Da oltre 50 anni analizzano i materiali e ne valutano l'idoneità per determinate applicazioni. A tale scopo, utilizzano anche crash test ed eseguono altri test per determinare gli effetti meccanici sui materiali. In HUMAD, hanno studiato l'idoneità e l'effetto protettivo dei nuovi materiali.

Concetti di protezione innovativi basati sulla bionica

Il Dr. Jörg Lienhard, responsabile per le costruzioni leggere nella business unit Sicurezza dei componenti e costruzioni leggere, spiega:"Gli indumenti protettivi utilizzano spesso materie plastiche con una struttura a nido d'ape. I nostri test in laboratorio hanno dimostrato che i materiali con una struttura TPMS (triply periodic minimal surface) offriva una protezione molto migliore contro gli effetti cinetici." La struttura TPMS è caratterizzata da elementi ripetuti che formano una struttura aperta "ariosa".

Questa struttura è particolarmente efficace nel distribuire l'energia cinetica degli urti su tutta la superficie, riducendo così la pressione sulle aree di impatto. Il concetto ha origine dalla bionica, prendendo ispirazione dalla natura. Ad esempio, gli esoscheletri di chitina degli insetti hanno questo tipo di struttura.

I caschi e gli indumenti protettivi TPMS potrebbero essere stampati in 3D utilizzando tutti i tipi di materiali. Secondo l'esperto Fraunhofer IWM Lienhard, oltre al processo FDM (fused deposition modeling) per termoplastici e stereolitografia convenzionale, il metodo DLP (elaborazione digitale della luce) è particolarmente adatto per la produzione su larga scala di strutture in plastica.

È simile alla stereolitografia in quanto il pezzo viene costruito strato dopo strato. Al contrario, tuttavia, DLP utilizza la luce UV generata da un proiettore, il che significa che l'intero strato può essere polimerizzato in una volta. Diversi strati uno sopra l'altro conferiscono al materiale la forma e la struttura desiderate. Il materiale viene polimerizzato mediante irraggiamento. Nelle aree non esposte, il materiale drena semplicemente, lasciando dietro di sé cavità caratteristiche dei materiali TPMS.

I processi di stampa 3D sono molto flessibili e consentono di produrre individualmente componenti legati alla sicurezza o persino parti di veicoli per ciascuna applicazione e il suo tipico profilo di pericolo:con DLP, questo è ora possibile su scala più ampia.

Conclusione del progetto HUMAD:grazie al loro ingombro ridotto e alla loro flessibilità, gli e-scooter offrono una soluzione ecologica per la mobilità nelle aree urbane. Tuttavia, è importante trattarli come faresti con un'auto, guidando in modo sicuro e responsabile. Ove possibile, indossare sempre un casco e indumenti protettivi.

Guardando al futuro della mobilità urbana, i ricercatori di Fraunhofer sperano che saranno resi disponibili dispositivi di protezione come caschi e protezioni per le ginocchia, nonché speciali ammortizzatori leggeri, progettati specificamente per determinati veicoli e scenari applicativi.

Gli esperti di Fraunhofer stanno già pianificando la prossima fase di crash test e simulazioni. Questi esamineranno anche i movimenti riflessi del conducente durante un incidente e come questi influiscano sul rischio di lesioni. + Esplora ulteriormente

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