Inúmeras pessoas morrem todos os anos em acidentes rodoviários. Para melhorar a segurança dos ocupantes do veículo, há décadas é costume realizar testes de colisão com manequins. Esses bonecos de teste de colisão estão cada vez mais recebendo suporte virtual na forma de modelos de computador que simulam o comportamento defensivo de humanos antes de uma colisão. Pesquisadores do Fraunhofer Institute for High-Speed ​​Dynamics, Ernst-Mach-Institut, EMI está entre aqueles que usam modelos virtuais de corpo humano em simulações de acidentes, que produzem conclusões mais realistas sobre o risco de lesão. Em seus cálculos, os pesquisadores se concentram especialmente na rigidez muscular, que não foi levado em consideração em investigações anteriores.

Os ocupantes do veículo instintivamente tomam medidas defensivas para se preparar para o impacto. Eles tensionam seus músculos e, no caso do motorista, apoiem-se no volante enquanto mantêm o pé pressionado no pedal do freio. Este comportamento influencia o resultado do acidente. Como os bonecos de teste de colisão convencionais são incapazes de reagir a uma colisão iminente, eles não podem ser usados ​​para modelar o comportamento humano. No setor automotivo, Portanto, modelos de computador digital estão cada vez mais sendo usados ​​em simulações de elementos finitos (FE), a fim de reproduzir a postura dos ocupantes pouco antes de um acidente e, assim, melhorar a segurança dos automóveis. "O sistema muscular tem uma grande influência na forma como o ocupante do veículo reage pouco antes de um acidente e no movimento do corpo durante a colisão. Pode ser substancial, divergências críticas em comparação com manequins de teste de colisão rígidos e cinematicamente restritos, "diz o Dr. Matthias Boljen, cientista da Fraunhofer EMI.

O engenheiro e sua equipe usam modelos digitais de corpo humano como parte das simulações FE. Nos testes FE mais recentes, eles se concentraram na rigidez muscular ao avaliar a segurança do ocupante. Os pesquisadores investigaram os efeitos das mudanças na rigidez muscular na cinemática dos ocupantes, o que significava desbravar novos caminhos científicos. Pesquisas anteriores tinham apenas simulado a geração de movimento por meio da contração muscular em modelos humanos, mas não a rigidez muscular que acompanha a contração. "Se um motorista se apoia no volante antes de uma colisão, isso não apenas encurta o músculo, mas o músculo também fica mais rígido com a contração. Em simulações anteriores de FE de músculos individuais e grupos de músculos em modelos de corpo inteiro, o efeito da contração muscular foi completamente ignorado, "explica a pesquisadora.

Esta omissão foi abordada por Niclas Trube, um colega de Boljen, que usou o THUMS (Total Human Model for Safety) Versão 5 para suas investigações. Ele definiu quatro diferentes estados de rigidez e testou a influência dessas mudanças em uma colisão frontal simulada. Concluiu-se que a rigidez muscular tem influência decisiva no comportamento dos ocupantes do veículo. Dependendo do grau de rigidez, diferentes tipos de lesões podem ser esperados em um acidente.

"Esta descoberta pode ser de grande importância para o desenvolvimento de modelos humanos, em particular no que diz respeito a carros autônomos. Os interiores dos veículos serão redesenhados no futuro, o que significa que os conceitos existentes de cinto de segurança e airbag também terão que ser reavaliados. Os modelos humanos são uma ferramenta valiosa para fazer isso, "diz Trube.

Aumento dos requisitos de segurança rodoviária

Modelos humanos digitais também podem ser usados ​​para a proteção de pedestres e ciclistas. A necessidade de ação nesta pontuação foi demonstrada por estudos recentes, que atestam o aumento da ocorrência de surpreendentes situações de risco provocadas pelas e-bikes. As scooters elétricas serão permitidas nas vias públicas da Alemanha a partir do final deste ano. Os especialistas em trânsito temem um novo aumento nos acidentes. Usando modelos humanos, cenários de acidentes podem ser investigados com antecedência. Dependendo do comportamento defensivo, a frequência e a intensidade das tensões que surgem podem ser testadas. Fabricantes de guardas, capacetes e outros equipamentos de proteção podem se beneficiar com as recomendações.

Como o corpo humano reage às tensões mecânicas não é apenas de interesse para o setor de transporte, Contudo, mas também para uma variedade de questões médicas e ergonômicas. Como os materiais usados ​​em implantes e próteses se comportam em relação aos ossos humanos quando são submetidos a tensões repentinas? Como as vibrações das ferramentas elétricas afetam o usuário? "Os modelos humanos são ideais para tais aplicações, pois podemos criar modelos virtuais realistas com eles, algo que não pode ser alcançado da mesma forma com experimentos, "diz Boljen.