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Un tipo más inteligente de maniquí de prueba de choque
Una persona muere en un accidente de tráfico cada 25 segundos, según estimaciones de la Organización Mundial de la Salud. Los maniquíes de prueba de choque con acelerómetros, sensores de fuerza y medidores de tensión han ayudado a los fabricantes de automóviles a evitar que aumente el número de muertes.
Sin embargo, los investigadores de la Universidad de Wake Forest creen que los maniquíes pueden haber llegado al límite de su utilidad. Durante los últimos cinco años, los investigadores han realizado miles de simulaciones de accidentes virtuales, cada una utilizando datos extraídos de ejemplos del mundo real, a través de una supercomputadora. Al simular choques del mundo real, podemos estudiar el efecto de los parámetros de diseño del vehículo, las características de seguridad y los factores de los ocupantes y proponer soluciones que prevendrían y mitigarían las lesiones de los ocupantes, dice Ashley Weaver, profesora asistente de ingeniería biomédica en la universidad y miembro clave del equipo de investigación.
No es una idea nueva: en la década de 1930, los investigadores fueron pioneros en realizar pruebas similares en cadáveres humanos. Más tarde, voluntarios como Juan Pablo Stap se ofrecieron para ser sujetos vivos en pruebas de impacto modestas, mientras que los equipos de investigación utilizaron cerdos vivos de forma rutinaria para probar los efectos de colisiones más graves.
Los dispositivos de prueba antropomórficos, como son más conocidos en la industria estos maniquíes desafortunados, proporcionan datos sobre alrededor de 20 puntos del cuerpo. Las simulaciones digitales como la diseñada por el equipo de Wake Forest, por el contrario, permiten a los investigadores examinar los efectos de un choque en un grado mucho mayor, probando una variedad de formas y tamaños del cuerpo y diferentes posiciones del cuerpo en el momento del impacto. El modelo de Wake Forest puede cuantificar el riesgo de fracturas óseas y daños en los tejidos y órganos blandos, lesiones que los maniquíes de prueba de choque no tienen en cuenta.
Los datos están demostrando ser invaluables para los fabricantes de automóviles. Los maniquíes de choque digitales [nos permiten] determinar los mejores métodos para modificar el chasis del vehículo, los interiores, los asientos, los reposacabezas, los cinturones de seguridad, los tableros y los sistemas de seguridad activa, como las bolsas de aire, para mejorar la seguridad muy temprano en el proceso de diseño del vehículo, dice Bill Veenhuis, ingeniero de Nvidia, que proporciona hardware comercial para simulaciones de accidentes a más de una docena de fabricantes de automóviles.
El trabajo puede ahorrar dinero y vidas. Determinar las mejoras de seguridad antes de la fabricación de láminas de metal y otras piezas reduce los costos más adelante en la fase de diseño. Las pruebas con maniquíes de choque reales se convierten entonces en un método para validar las pruebas con maniquíes de choque digitales, en lugar de descubrir energías y deformaciones muy tarde en el proceso de ingeniería del vehículo, dice Veenhuis. Los vehículos estadounidenses deben cumplir con los estándares federales en 35 pruebas diferentes para garantizar una protección suficiente en colisiones frontales o laterales. Cuanto más precisa sea la simulación, mayores serán las posibilidades de que el fabricante de automóviles supere las costosas pruebas de choque en vivo la primera vez.
La investigación de Weaver, que ha sido patrocinada por Toyota, difiere de las aplicaciones comerciales actuales en que sus datos se basan en datos médicos, de la escena y del vehículo detallados extraídos de una base de datos de investigación de lesiones. Utilizando un modelo digital avanzado que contiene no menos de 1,8 millones de elementos que se combinan para reproducir con precisión la forma humana, desde la fuerza precisa de los huesos hasta la estructura de los órganos, y que es capaz de predecir lesiones tanto en tejidos blandos como óseos, el equipo realizó simulaciones hasta que el modelo imitó con precisión los efectos de diferentes accidentes en las víctimas de accidentes del mundo real. Un trabajo tan complejo solo es posible gracias a los desarrollos recientes en la potencia y la eficiencia del hardware informático. Hace dos décadas, se tardó dos semanas en resolver un análisis de accidentes de vehículos que implicaba un maniquí digital de accidentes, dice Veenhuis. Hoy, podemos ejecutar un estudio de impacto frontal típico de la noche a la mañana.
Sin embargo, como con cualquier modelo, el trabajo requirió varias simplificaciones y suposiciones, explica Weaver. Por ejemplo, el equipo tuvo que usar un vehículo genérico de talla única en las simulaciones, ya que no existen suficientes datos en el dominio público de los diferentes vehículos. Y aunque el modelo puede simular los efectos de un choque en diferentes tamaños de cuerpo humano y hasta 140 posiciones diferentes, actualmente no puede adaptar los resultados según la edad o la salud de un pasajero.
Sin embargo, Weaver confía en que la investigación finalmente salvará vidas y reducirá la gravedad de las lesiones tanto en los huesos como en los órganos. Mi esperanza es que la investigación proporcione una solución rentable para evaluar las características de seguridad automotrices nuevas y existentes, dice ella.