Práticas e ecológicas, as e-scooters oferecem grande flexibilidade. Não é à toa que cada vez mais pessoas estão usando esse meio de transporte. No entanto, esse aumento na popularidade foi acompanhado por um aumento nos acidentes que resultaram em ferimentos graves.
O risco associado a essas corridas rápidas é amplamente subestimado. Em resposta a isso, os pesquisadores da Fraunhofer estudaram um cenário típico de acidente e as lesões associadas como parte do projeto HUMAD. Os especialistas também testaram novos materiais para capacetes e equipamentos de proteção. Estes poderiam fornecer proteção muito melhor do que os produtos convencionais.

O futuro da mobilidade já está aqui:toda uma gama de novos tipos de veículos, como e-bikes, bicicletas de carga e scooters elétricas (também conhecidas como e-scooters) estão circulando por nossas cidades. Estão surgindo novas oportunidades de mobilidade flexível e ecologicamente correta, mas isso também apresenta novos perigos e riscos de segurança.

Os perigos associados às e-scooters, ou "veículos elétricos leves pessoais", como são chamados oficialmente, são bastante claros. Os números do Serviço Federal de Estatística da Alemanha são uma prova conclusiva disso:em 2020, a Alemanha registrou um total de 2.155 acidentes envolvendo e-scooters, nos quais cinco pessoas morreram e 386 ficaram gravemente feridas.

Em 75% dos casos, o motorista da e-scooter foi responsável pelo acidente. Acidentes em que o motorista perdeu o controle do veículo foram particularmente comuns. As causas eram muitas vezes excesso de velocidade ou dirigir na direção errada. Em muitos casos, o álcool desempenhou um papel.

Testes de falhas e simulações

Pesquisadores do Fraunhofer Institute for High-Speed ​​Dynamics, Ernst-Mach-Institut, EMI e do Fraunhofer Institute for Mechanics of Materials IWM, ambos localizados em Freiburg, iniciaram um estudo sobre a segurança contra colisões de e-scooter no âmbito da Projeto de pesquisa HUMAD (Human Accident Dynamics).

O objetivo foi investigar o curso de acidentes típicos, determinar o risco de lesão associado e, ao mesmo tempo, avaliar a adequação de equipamentos de proteção, como capacetes e joelheiras. O Fraunhofer EMI foi responsável pelos testes de colisão, enquanto a equipe do Fraunhofer IWM analisou o equipamento de proteção. Ambos os institutos têm vasta experiência em pesquisa de acidentes.

O Dr. Matthias Boljen, chefe do grupo de pesquisa de Dinâmica do Corpo Humano da Fraunhofer EMI, e sua equipe usaram o exemplo de uma colisão com um meio-fio para se concentrar em um tipo muito comum de acidente de scooter elétrico:colisão de veículo único (um acidente não envolvendo outro utente da estrada).

"Trabalhamos com um boneco de teste de colisão, assim como nos testes de colisão realizados na indústria automotiva. O boneco foi colocado na réplica do modelo e-scooter e conduzido contra um meio-fio em ângulos de 60° e 90° e em velocidades de 10, 20 e 30 km/h", explica Boljen.

Durante os testes, câmeras de alta velocidade mostraram como o corpo é catapultado no ar, voando sobre o guidão e arremessado vários metros – dependendo da velocidade do impacto – antes de cair no chão. Os testes de colisão demonstraram que lesões graves, em particular lesões na cabeça, podem ocorrer em todos os cenários testados. "Foi doloroso apenas assistir aos vídeos durante a análise", diz Boljen. Os joelhos também estão em risco de lesão.

Diferentes variáveis:velocidade e ângulo de colisão

Paralelamente aos testes de colisão, Boljen e sua equipe também analisaram o cenário do acidente em simulações de elementos finitos. A e-scooter e o motorista foram reproduzidos digitalmente e foram definidas as leis de conservação de momento, massa e energia, bem como as propriedades materiais do veículo e do modelo humano. Na análise, o software de simulação mostrou quais acelerações atuam na cabeça e nos joelhos.

Os especialistas usaram esses valores para determinar a probabilidade de certas lesões ocorrerem nessas partes do corpo. "Os testes de colisão com o manequim e as simulações numéricas com o modelo humano levaram à mesma conclusão", explica Boljen. Mesmo a uma velocidade aparentemente baixa de apenas 10 km/h, uma colisão em um ângulo de 90° resulta em enormes acelerações de 170 g no corpo humano.

O uso de capacete e equipamento de proteção é, portanto, altamente recomendado, pois diminui a probabilidade de ferimentos graves. "No entanto, nenhum capacete pode impedir as acelerações que atuam na cabeça em caso de impacto direto; eles só podem reduzir alguns componentes deles até certo ponto. A rigor, o risco de lesão cerebral traumática existe se o motorista usar capacete ou não", explica Boljen.

Necessidade de pesquisa sobre capacetes e equipamentos de proteção

Os pesquisadores também descobriram que a velocidade de impacto da cabeça medida na simulação excede a velocidade máxima de impacto de 5,4 m/s estipulada na norma de teste DIN EN 1078 para segurança de capacete de bicicleta. Em outras palavras, os capacetes e equipamentos de proteção convencionais reduzem a gravidade do impacto, mas não oferecem proteção completa em colisões com objetos duros.

É aqui que entra em jogo a experiência dos pesquisadores do Fraunhofer IWM. Por mais de 50 anos, eles analisam materiais e avaliam sua adequação para determinadas aplicações. Para isso, eles também usam testes de colisão e realizam outros testes para determinar os efeitos mecânicos nos materiais. No HUMAD, eles investigaram a adequação e o efeito protetor de novos materiais.

Conceitos inovadores de proteção baseados em biônica

O Dr. Jörg Lienhard, responsável pela construção leve na unidade de negócios Component Safety and Lightweight Construction, explica:"Os equipamentos de proteção geralmente usam plásticos com estrutura em favo de mel. Nossos testes no laboratório mostraram que materiais com uma estrutura TPMS (superfície mínima tripla periódica) ofereceu uma proteção muito melhor contra os efeitos cinéticos." A estrutura do TPMS é caracterizada por elementos repetidos que formam uma estrutura aberta "arejada".

Essa estrutura é particularmente boa para distribuir a energia cinética dos choques pela área da superfície, reduzindo assim a pressão nas áreas de impacto. O conceito tem origem na biônica, inspirando-se na natureza. Por exemplo, os exoesqueletos de quitina de insetos têm esse tipo de estrutura.

Capacetes e equipamentos de proteção TPMS podem ser impressos em 3D usando todos os tipos de materiais. De acordo com Lienhard, especialista em IWM da Fraunhofer, além do processo FDM (modelagem de deposição fundida) para termoplásticos e estereolitografia convencional, o método DLP (processamento de luz digital) é particularmente adequado para a produção em larga escala de estruturas plásticas.

É semelhante à estereolitografia em que a peça de trabalho é construída camada por camada. Em contraste, no entanto, o DLP usa luz UV gerada por um projetor, o que significa que toda a camada pode ser curada de uma só vez. Várias camadas umas sobre as outras dão ao material a forma e a estrutura desejadas. O material é curado por irradiação. Em áreas não expostas, o material simplesmente escorre, deixando cavidades características dos materiais TPMS.

Os processos de impressão 3D são muito flexíveis e permitem que componentes relacionados à segurança ou até mesmo peças de veículos sejam produzidos individualmente para cada aplicação e seu perfil de risco típico – com o DLP, isso agora é possível em maior escala.

Conclusão do projeto HUMAD:graças à sua pequena necessidade de espaço e flexibilidade, as e-scooters oferecem uma solução ecológica para mobilidade em áreas urbanas. No entanto, é importante tratá-los como se fosse um carro – dirigindo com segurança e responsabilidade. Um capacete e equipamento de proteção devem sempre ser usados ​​sempre que possível.

Olhando para o futuro da mobilidade urbana, os pesquisadores da Fraunhofer esperam que equipamentos de proteção como capacetes e joelheiras, bem como amortecedores leves especiais, projetados especificamente para determinados veículos e cenários de aplicação, sejam disponibilizados.

Os especialistas da Fraunhofer já estão planejando a próxima fase de testes de colisão e simulações. Eles também investigarão os movimentos reflexos do motorista durante um acidente e como eles afetam o risco de lesão. + Explorar mais

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