Manechin test de avarie

Manechinele care au testat accidentele au salvat câteva mii de vieți

Testul accidental al manechinelor este reproducerea la scară a ființelor umane , cu greutatea și articulațiile potrivite pentru a simula comportamentul unui corp uman și echipate cu instrumente pentru a înregistra cel mai mare număr posibil de date despre un accident variabil, cum ar fi viteza de impact, forțele de strivire, îndoirea sau răsucirea corpului și decelerarea în momentul coliziunii. Chiar și astăzi ele rămân indispensabile în dezvoltarea de noi modele pentru toate tipurile de vehicule, de la un sedan la un avion de luptă .

Nevoia de teste

La 31 august 1869 , Mary Ward a fost prima victimă înregistrată a unui accident auto, în Parsonstown, în Irlanda . ^[1] Câțiva ani mai târziu, la 13 septembrie 1899 , Henry Bliss „a intrat în istorie” ca fiind prima victimă a unui accident de mașină în America de Nord, după ce a fost lovit când cobora de un tramvai din New York . Din acea zi, peste 20 de milioane de oameni din întreaga lume și-au pierdut viața din cauza accidentelor auto.

Necesitatea unui mijloc de analiză și atenuare a efectelor accidentelor rutiere asupra corpului uman s-a dezvoltat rapid la scurt timp după comercializarea automobilului (în jurul anului 1890 ) și pe măsură ce mașina a devenit semnificativă în viața de zi cu zi, în jurul anului 1930 , numărul deceselor prin accident atingea un nivel îngrijorător. Ratele mortalității au depășit 15,6 accidente la 100 de milioane de mile pe vehicul și au continuat să crească; proiectanții de vehicule au interpretat aceste date ca un indiciu clar al necesității cercetării pentru a-și face produsele mai sigure.

În 1930, interiorul unei mașini nu era sigur nici în cazul unei viteze de coliziune reduse. Tablourile de bord erau constituite din disc metalic , coloana de direcție a direcției nu era pliabilă și peste tot erau butoane, butoane și pârghii care ieșeau. Nu știau centurile de siguranță și, într-un impact frontal, ocupanții au fost aruncați pe parbriz , lăsând puține speranțe de a evita rănirea gravă sau moartea. Aceeași structură a vehiculului era rigidă, iar forțele de impact au fost transmise direct ocupanților vehiculului. În anii cincizeci, producătorii de automobile au declarat public că nu pot face ca acestea să fie mai puțin dăunătoare, deoarece forțele dintr-un accident erau prea mari și prea fragile ale corpului uman.

Test pe cadavre

Universitatea de Stat Wayne din Detroit a fost prima care a început o muncă intensă de colectare a datelor despre efectele coliziilor de mare viteză asupra corpului uman. La sfârșitul anilor treizeci nu au existat rezultate fiabile, cu toate acestea, răspunsurile corpului uman supuse unui stres fizic extrem și nici măcar nu existau instrumente adecvate pentru a măsura astfel de răspunsuri. Biomecanica a fost o știință încă la început. Prin urmare, a fost necesar să se utilizeze diferite subiecte pentru a construi primele seturi de date.

Primii subiecți ai testului au fost de cadavre umane. Au fost folosite pentru a obține informații fundamentale despre capacitatea corpului uman de a rezista forțelor de zdrobire și rupere care apar de obicei în accidente de mare viteză. În scopuri similare, obișnuiau să lase rulmenții cu bile de oțel pe craniu sau aruncau corpurile în puțurile ascensoarelor nefolosite împotriva plăcilor de oțel. Mai mult, corpurile cu accelerometre rudimentare au fost legate în interiorul mașinilor și supuse coliziunilor frontale și răsturnării .

Într-un articol din 1995 publicat în Journal of Trauma , intitulat „Beneficiile umanitare ale cercetării cadavrului privind prevenirea vătămărilor”, Albert King precizează în mod clar numărul de vieți salvate datorită cercetării. Calculele regelui indică faptul că, datorită schimbărilor proiectelor implementate până în 1987 , cercetarea cadavrelor a salvat 8500 de vieți pe an. Ei subliniază, de asemenea, că, pentru fiecare cadavru folosit, în fiecare an 61 de persoane au fost salvate pentru purtarea centurii de siguranță, 147 datorită airbagurilor și 68 au supraviețuit impactului cu parbrizul. ^[2]

Cu toate acestea, lucrul cu cadavre a prezentat câte probleme au fost rezolvate. Nu erau doar problemele morale și etice legate de lucrul cu morții, ci și problemele cercetării. Majoritatea cadavrelor disponibile erau adulți vârstnici și caucazieni care muriseră din cauze nonviolente; nu au reprezentat o parte omogenă a victimelor per accident. Cu toate acestea, victimele accidentului nu au putut fi utilizate, deoarece orice date colectate în urma experimentelor ar putea fi compromise de rănirile anterioare ale cadavrului. Deoarece nu există două cadavre identice și din moment ce fiecare parte individuală a unui cadavru nu putea fi folosită decât o singură dată, a fost deosebit de dificil să se obțină date fiabile de comparație. De asemenea, în cazul cadavrelor copiilor, nu numai că erau greu de obținut, dar „ opinia publică este că legea a făcut ca utilizarea lor să nu fie practică. În cele din urmă, odată cu intensificarea testelor de impact , cadavrele adecvate au devenit din ce în ce mai rare. În consecință, datele biometrice au fost limitate la „bărbatul în vârstă alb”.

Test pe voluntari

Unii cercetători și-au asumat responsabilitatea de a acționa ca niște manechine de testare a accidentelor. Colonelul USAF John Paul Stapp a lansat cu peste 1010 km / h pe o sanie rachetă (sanie rachetă) și s-a oprit în mai puțin de 1 secundă. ^[3] Lawrence Patrick , profesor la Wayne State University pensionat, a suportat aproximativ 400 de plimbări pe sania rachetelor pentru a testa efectele decelerării rapide asupra corpului uman. El și studenții săi s-au prăbușit pe piept cu un pendul metalic, s-au lovit de fața unui ciocan pneumatic rotativ și, în cele din urmă, s-au stropit cu sticlă spartă pentru a simula implozia unei ferestre . ^[4] Recunoscând că acest lucru i-a dat „puțină durere”, Patrick a spus că cercetările efectuate de el și studenții săi au pus bazele dezvoltării modelelor matematice cu care cercetările viitoare s-ar putea confrunta. Dar, deși datele rezultate din teste au fost de viață fiabile, cobaiii umani cu siguranță nu au putut rezista testelor care depășesc un anumit grad de stres fizic. Pentru a aduna informații despre cauzele și prevenirea leziunilor, era necesar un alt tip de subiect.

Teste pe animale

La mijlocul anilor 1950, cea mai mare parte a informațiilor pe care testele corporale le-ar putea furniza au fost deja adunate. De asemenea, a fost necesar să se colecteze date privind probabilitatea de a supraviețui unui accident și, în acest caz, cadavrele au fost din păcate inadecvate. Această nevoie, combinată cu lipsa cadavrelor utilizabile, i-a obligat pe cercetători să caute alți „cobai”. O descriere a lui Mary Roach în cadrul celei de-a VIII-a conferințe demonstrative de accident și masă pe teren Stapp arată direcția în care cercetările începuseră să se miște.

Un obiectiv important de cercetare care nu a putut fi atins nici cu cadavrele, nici cu oamenii vii a fost descoperirea unei modalități de a reduce daunele cauzate de impactul cu coloana de direcție. Până în 1964 au înregistrat peste un milion de decese rezultate din impactul cu volanul; introducerea coloanei pliabile pentru direcție, de către General Motors la începutul anilor șaizeci, a redus cu 50% riscul de deces „din volan”. Animalul cel mai frecvent utilizat pentru studiile coliziunilor a fost porcul , în principal pentru că structura sa internă a fost similară cu cea a oamenilor. Porcii ar putea fi, de asemenea, plasați într-un vehicul cu aceeași postură ca un bărbat așezat.

Abilitatea de a sta „vertical” a fost o cerință importantă pentru testarea pe animale pentru a studia o altă cauză frecventă de deces în accidente, decapitarea . De asemenea, a fost important ca cercetătorii să determine cât de mult a trebuit modificat designul cabinei pentru a asigura circumstanțe de supraviețuire optime. De exemplu, în cazul unui accident, un tablou de bord cu căptușeală mică sau cu căptușeală prea rigidă sau prea moale, nu ar fi garantat deteriorări minore ale capului cu privire la un tablou de bord fără căptușeală. Deoarece butoanele, pârghiile și butoanele au fost esențiale în operațiunile unui vehicul , cum ar fi modificările de proiectare, ar asigura că aceste elemente nu ar fi rupt sau perforat victima într-un accident? Impactul cu oglinda retrovizoare a fost un eveniment recurent într-un impact frontal; cum ar trebui construită o oglindă care să fie rigidă pentru a-și îndeplini funcția, dar în același timp să garanteze cele mai mici daune posibile dacă este lovită?

În timp ce lucrau cu cadavre ridicase o oarecare opoziție, în special din partea instituțiilor religioase, a fost acceptată cu regret, deoarece morții, fiind morți, nu simțeau nici o durere, iar tratamentul nedemn la care erau supuși avea ca scop ameliorarea durerii celor vii. Pe de altă parte, cercetările pe animale au ridicat obiecții majore. Agențiile de protecție a animalelor au fost vehemente în protestele lor și, în timp ce cercetătorii au susținut testarea pe animale pentru capacitatea lor de a produce date fiabile și aplicabile, au existat provocări etice puternice împotriva lor.

Deși datele de la testele pe animale au fost obținute mai ușor decât de la cadavre, faptul că animalele nu erau „în formă de persoană” și dificultatea utilizării echipamentului intern adecvat le-a limitat utilitatea.

Testarea pe animale nu mai este practicată în prezent de niciunul dintre principalii producători auto; General Motors a întrerupt testele de viață în 1993, iar alți producători au făcut-o la scurt timp.

Evoluția manechinelor

Sierra Sam a fost folosit pentru a testa scaunele de evacuare

Informațiile obținute din cercetarea cadavrelor și studiile pe animale au fost deja utilizate pentru construirea simulacrelor umane din 1949 , când „Sierra Sam” a fost creată de Samuel W. Alderson la Alderson Research Laboratories (ARL) și Sierra Engineering Co. pentru a testa scaunele de ejecție. pentru aeronave și sisteme de reținere pentru piloți. Aceste teste au implicat utilizarea unor sanii de rachete cu accelerații mari de până la 1000 km / h (600 mph), dincolo de rezistența voluntarilor umani. La începutul anilor 1950, Alderson și Grunman au produs un manechin care a fost folosit pentru a prăbuși testele atât cu autovehicule, cât și cu avioane.

Producția în masă a manechinelor a permis utilizarea lor în multe alte aplicații

Alderson a continuat să producă ceea ce el a numit seria VIP-50, construită special pentru General Motors și Ford , dar care a fost adoptată și de Institutul Național de Standarde și Tehnologie . Sierra a fost îmbunătățită, pentru a câștiga competiția, într-un model numit „Sierra Stan”, dar GM, care luase deja decizia de a dezvolta un manechin fiabil și durabil, credea că niciunul dintre modele nu îi satisface nevoile. Inginerii au decis să combine cele mai bune caracteristici ale seriei VIP și Sierra Stan, așa că au creat Hybrid în 1971 . Hibridul I a reprodus un bărbat mediu în înălțime, greutate și proporții. Originalul „Sierra Sam” era mai greu și mai înalt decât 95% dintre oamenii de sex masculin. În colaborare cu Society of Automotive Engineers (SAE), General Motors a împărtășit acest proiect concurenților săi.

De atunci, o muncă considerabilă a dus la crearea unor manechine din ce în ce mai sofisticate. Hybrid II a fost introdus în 1972, cu îmbunătățiri ale senzorilor umeri , coloanei vertebrale și genunchi . În 1973, a fost creat un nou manechin, iar Administrația Națională pentru Siguranța Transportului pe Autostrăzi (NHTSA) a încheiat un acord cu General Motors pentru a produce un model care depășește performanța Hybrid II într-o serie de domenii specifice.

Deși au fost făcute mai multe îmbunătățiri în ceea ce privește testele de caroserie, Hybrid I și Hybrid II erau încă foarte rudimentare, iar utilizarea lor s-a limitat la dezvoltarea și testarea centurilor de siguranță. Avea nevoie de un manechin care să le permită cercetătorilor să găsească strategii pentru reducerea leziunilor . Această nevoie a determinat cercetătorii GM să dezvolte linia actuală Hybrid, familia Hybrid III de manechine de testare a impactului.

Familia Hybrid III

Familia Hybrid III, care include un manechin masculin, un bărbat „robust”, o femeie și doi copii în vârstă de 3 și 6 ani

Hybrid III, manechinul masculin care a apărut pentru prima dată în 1976, este acum membru al unei familii. Dacă ar putea rezista, ar avea o înălțime de 168 cm (5'6 ") și o greutate de 77 kg (170 lb). Acesta ocupă scaunul șoferului în toate testele de accident din față compensate la 65 km / h (40 mph) ale Institutului de asigurări pentru Highway Safety (IIHS) Este flancat de un „frate mai mare”, înalt de 188 cm (6'2 ") și greu de 100 kg (223 lb). Doamna este o femeie manechin Hybrid III înalt 152 cm (5 ') și 50 kg (110 lb) ^[6] . Cei doi manechini „copii” Hybrid III simulează un băiat de 6 ani care cântărește 21 kg (47 lb) și un băiat de 3 ani cântărind 15 kg (33 lb). Aceste modele „în miniatură” sunt o completare recentă a familiei manechinelor de testare de impact; deoarece există foarte puține date disponibile cu privire la consecințele unui accident asupra copiilor și aceste date sunt dificil de obținut, aceste manechine se bazează în mare parte pe estimări și aproximări.

Pregatire pentru test

Fiecare Hybrid III este supus calibrării înainte de un test de impact. Capul său este îndepărtat și scăpat de la o înălțime de 40 cm pentru a-și testa instrumentele. Apoi capul și gâtul sunt reașezate, puse în mișcare și brusc oprite pentru a verifica flexibilitatea corectă. Hibridele au „pielea” din piele de căprioară ; genunchii sunt loviti cu o sonda metalica pentru a verifica puncția corectă. În cele din urmă, capul și gâtul sunt unite cu restul corpului, care este atașat la o platformă și lovit violent în piept de un pendul greu pentru a vă asigura că coastele se îndoaie și se flexează așa cum ar trebui.

Când manechinul este declarat gata pentru testare, acesta este îmbrăcat complet în galben, se aplică vopsea colorată pe cap și genunchi și se aplică semne de calibrare pe cap pentru a ajuta cercetătorii să revadă filmările cu mișcare lentă. Manechinul este apoi plasat în interiorul vehiculului. De-a lungul Hybrid III, 44 de senzori sunt amplasați, de la cap până la glezne, pentru a înregistra 30.000 până la 35.000 de date într-un accident de 100-150 de milisecunde. Acestea sunt înregistrate într-un „depozit temporar” în pieptul manechinului și apoi sunt descărcate pe un computer după finalizarea testului.

Deoarece Hybrid este un dispozitiv standardizat de colectare a datelor, fiecare parte a unui anumit tip de Hybrid este interschimbabilă cu alta de același tip. Nu numai că un manechin poate fi testat de mai multe ori, dar chiar dacă o piesă se rupe sau eșuează, poate fi înlocuită cu una nouă. Un manechin echipat cu instrumentație completă are o valoare de aproximativ 150.000 EUR ^[7]

Succesori hibrizi

Hibridele III sunt concepute pentru a detecta efectele impacturilor frontale și sunt mai puțin eficiente în evaluarea efectelor altor tipuri de impact, cum ar fi lateral, spate sau răsturnare. După un impact frontal, a doua cauză a rănilor grave într-un accident este impactul lateral.

Familia manechinelor SID (Side Impact Dummy - Dummy for side impact) a fost concepută pentru a măsura efectele șocurilor laterale asupra coastelor, coloanei vertebrale și organelor interne. De asemenea, evaluează coloana de decelerare și coastele și compresia cutiei toracice . SID este manechinul standard al guvernului SUA, EuroSID este utilizat în Europa pentru a asigura conformitatea cu standardele de siguranță, iar SID II este manechinul pentru versiunea feminină. BioSID, pe de altă parte, este o versiune și mai sofisticată a SID și EuroSID.

THOR oferă instrumente sofisticate în evaluarea impacturilor frontale

BioRID este un manechin conceput pentru a evalua efectele unui impact din spate. Scopul său principal este de a studia biciuirea și de a ajuta proiectanții să dezvolte sisteme eficiente de control al capului și gâtului . BioRID este mai sofisticat în construcția coloanei vertebrale decât hibridul: 24 de simulatoare de vertebre permit BioRID să își asume o postură de ședere mai naturală și să manifeste mișcarea gâtului și configurația asumată într-un impact posterior.

CRABI este un manechin pentru copii folosit pentru a evalua eficacitatea sistemelor de siguranță pentru copii, inclusiv centurile de siguranță și airbagurile. Există trei modele CRABI care simulează bebelușii de 6 luni, 1 an și 18 luni.

THOR este un manechin masculin avansat. Este succesorul Hybrid III, are o coloană și bazin mai „uman”, iar fața sa conține o serie de senzori care permit analiza impactului feței cu o precizie care nu poate fi obținută cu alte manechine. Numărul de senzori THOR este, de asemenea, mult mai mare ca cantitate și sensibilitate decât Hybrid III.

Cu toate acestea, sunt necesare dezvoltări suplimentare asupra manechinelor; deși a existat o scădere a numărului de decese, numărul pasagerilor răniți grav este încă ridicat, iar rănile invalidante la picioare și picioare reprezintă încă un procent ridicat.

Manechinele viitorului

Acest articol sau secțiune Tehnologia nu citează sursele necesare sau sunt insuficiente. Puteți îmbunătăți această intrare adăugând citate din surse de încredere în conformitate cu liniile directoare privind utilizarea surselor . Urmați sfaturile de proiectare de referință .

Manechinele de testare a impactului au oferit informații valoroase despre modul în care corpul uman reacționează în caz de accident și au contribuit foarte mult la îmbunătățirea proiectării vehiculelor. Deși au salvat milioane de vieți, cadavre și animale deopotrivă au ajuns aproape la un „punct de sosire”, unde datele inovatoare sunt rare.

Principala problemă în achiziționarea datelor de la cadavre, pe lângă disponibilitatea lor limitată, a fost lipsa de replicabilitate, elementul fundamental pentru standardizare; indiferent de câte elemente ar putea fi utilizate de un test, cadavrul trebuia totuși schimbat de fiecare dată. În timp ce manechinele moderne au depășit această problemă, cercetătorii se confruntă în esență cu aceeași problemă atunci când testează un vehicul; un vehicul poate fi folosit o singură dată, iar testul nu poate fi repetat exact în același mod.

O a doua problemă cu manechinele este că acestea sunt doar aproximativ umane. Patruzeci și patru de senzori de date ai unui Hybrid III nu sunt decât o reproducere de la distanță a numărului de senzori dintr-o persoană vie. Simularea internă a organelor este, în cel mai bun caz, rudimentară, ceea ce înseamnă că, deși cadavrele și animalele nu mai sunt sursele primare de date, ele pot fi încă utilizate în studiul leziunilor țesuturilor moi.

Viitorul testării accidentelor a început în același loc în care a început totul, Wayne State University. Regele H. Yang este unul dintre cercetătorii implicați în crearea de modele computerizate detaliate ale sistemelor umane. Atunci când computerele nu sunt suficient de rapide și programatorii nu sunt suficient de pricepuți pentru a crea simulări ale întregului corp, dar analiza accidentelor sistemelor individuale produce rezultate fiabile și încurajatoare.

Avantajul computerului este că nu este legat de legile fizice. Un vehicul virtual odată distrus poate fi „reasamblat” și apoi distrus din nou într-un mod ușor diferit. Un spate virtual spart poate fi pus din nou în formă și testat din nou, configurația centurilor poate fi schimbată etc. Când fiecare variabilă este sub control și fiecare eveniment este reproductibil, nevoia de experimente fizice este mult redusă.

La începutul secolului 21, certificarea legală a testelor de impact efectuate cu manechine și vehicule reale (și nu virtuale) este încă necesară pentru noile modele de mașini. În orice caz, în viitor, manechinele sau mașinile reale nu vor mai fi folosite aproape sigur pentru crearea de noi modele. Următoarea generație de manechine de testare a accidentelor va fi testată în întregime pe ecranele computerului. ^{[ fără sursă ]}

Notă

Bibliografie

• (RO) Mary Roach, Stiff: Curiosele vieți ale cadavrelor umane, New York, WW Norton & Co., 2003, ISBN 0-393-05093-9 .
• (EN) King AI, cercetarea beneficiilor umanitare asupra organismelor pentru prevenirea accidentelor în J Traumatism Injection Crit Care, vol. 38, 1995, pp. 564-569.

Elemente conexe

• Accident de mașină
• Siguranța rutieră
• Siguranța auto
• Test de impact
• Mașină de siguranță

Alte proiecte

• Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere la testul de blocare fals

linkuri externe

Portalul de astronautică

Portal de inginerie

Portalul de transport