Мы редко задумываемся о том, насколько хрупка жизнь, пока не столкнемся с травмирующим событием, таким как автомобильная авария. Ваша жизнь вполне может оказаться на волоске от того, что произойдет всего за несколько миллисекунд, и исход может зависеть от конструкции вашего автомобиля. Хотя ни один автомобиль не является абсолютно безопасным, инженеры работают над улучшением конструкции, чтобы свести к минимуму вероятность серьезных травм.
Для этого автопроизводители вкладывают миллионы долларов в тестовые аварии, чтобы изучить, что именно происходит в аварии с разными моделями автомобилей. Суть в том, чтобы выяснить, насколько опасным будет столкновение для водителя и пассажиров автомобиля. Но, конечно, кто согласится быть подопытным кроликом в такой ситуации? Даже в контролируемой среде слишком опасно тестировать транспортное средство, в котором находятся люди, слишком опасно. Итак, важная задача ложится наантропоморфные тестовые устройства(ATD), также известные какманекены для краш-тестов Они сделаны в разных размерах, чтобы имитировать диапазон человеческой семьи - от младенцев до взрослых.
Но инженеры не могут просто довольствоваться простой мягкой куклой в форме человека и закругляться. Это потому, что простая кукла не сможет сказать исследователю, что привело к аварии: сломанная кость, треснувшая грудная клетка или ссадины на коже. Манекены для краш-тестов становятся достаточно сложными, чтобы имитировать такие травмы. Современный ATD имеет настолько сложную и детализированную конструкцию, что стоит более 100 000 долларов, хотя выдерживает десятки аварий.
Кроме того, при аварии машина может остановиться, но ваше тело продолжит движение. Травмы человека во многом зависят от того, как его тело брошено при аварии. Из-за этого манекен должен не только иметь реалистичный человеческий вес по отношению к своему размеру, но и вес должен быть распределен точно так же, как у человека. Таким образом, исследователи могут наблюдать, как сильно и быстро 10-килограммовая голова ударяется о надувающуюся подушку безопасности.
Сложность создания сложного манекена для краш-тестов напоминает нам об огромной сложности человеческого тела. Далее мы более подробно изучим устройство манекена для краш-тестов.
Современные манекены для краш-тестов
Эволюция манекена для краш-тестов началась как минимум в 1949 году, когда ВВС США использовали манекен Sierra Sam, разработанный компанией Sierra Engineering, для испытаний катапультных кресел. В 1970-х General Motors выпустила манекен «Гибрид», в котором было сделано несколько улучшений Sierra Sam. Hybrid I появился первым в 1971 году, за ним последовал Hybrid II в 1972 году; наконец, ATD, используемый до сих пор, Hybrid III, появился в 1976 году.
Hybrid III ATD имеют каркасы из алюминия и стали, в том числе шесть стальных ребер с материалом на полимерной основе, имитирующим настоящую человеческую грудь, обтянутую виниловой имитацией кожи. Реалистичные суставы, а также шея, позвоночник и таз из металлических конструкций, покрытых резиной или пеной, придают манекену правдоподобную осанку и гибкость, что играет большую роль в травмах при столкновении.
Помимо своей человекоподобной конструкции, манекены Hybrid III обладают дополнительными функциями, от простых до сложных. Простое смазывание манекенов жирной краской позволяет исследователям точно увидеть, где манекен ударяется о машину в аварии. Кроме того, датчики внутри манекенов измеряют силу удара в разных точках.
Стандартный Hybrid III представляет мужчину из 50-го процентиля - среднего водителя ростом 5 футов 10 дюймов и весом 168 фунтов. Федеральные правила определяют спецификации для этого ATD, а также для «семейства» манекенов Hybrid III. Помимо прочего, наличие манекенов разных размеров помогает исследователям определить эффективность стандартных ремней безопасности для различных типов телосложения. В дополнение к различным манекенам Hybrid III существуют также различные типы ATD для различных краш-тестов. Манекены Hybrid III используются в основном для испытаний на лобовое столкновение. Но другие включают манекен для бокового удара (SID) и биофиделический манекен для удара сзади (BioRID).
Следующее поколение ATD - THOR, в котором много улучшений по сравнению с Hybrid III. В частности, THOR может более точно прогнозировать травмы лица, поскольку голова оснащена однонаправленными тензодатчиками. Другие улучшения включают новый дизайн шеи и гибкого позвоночника, а также усовершенствованную грудную клетку с эллиптическими ребрами.
Воспроизводя управляемую аварию, исследователи также снимают ее с помощью 20 специализированных камер, которые могут снимать на высокой скорости (около 1000 кадров в секунду) под разными углами. Таким образом, они могут наблюдать за аварией в четком замедленном темпе, чтобы рассмотреть каждую деталь.
Голая правда
Кажется, исследователи все продумали. Хотя мы, возможно, никогда не задумывались об этом, одежда, которую мы носим, сильно влияет на то, как мы скользим по сиденью во время автомобильной аварии. Вот почему они также надевают одежду на ATD.
Имитация внутренних повреждений человека
Имеет смысл, что просмотр замедленного видео с должным образом взвешенным человекоподобным манекеном может помочь исследователям определить, приведет ли авария к внешним травмам. Возможно, менее правдоподобно то, что манекен может сказать нам, приведет ли авария к повреждению внутренних органов. Человеческое тело и его чувствительные внутренние органы настолько сложны, что простая конструкция из полимера и металла кажется неадекватным представителем.
Однако у нас есть хорошее представление о том, что может выдержать человеческое тело и какое усилие может привести к серьезному повреждению внутренних органов. Хитрость заключается в том, чтобы выяснить, приводит ли авария к возникновению этих конкретных сил.
если вы помните, на прошлой странице мы упоминали, что АТД оснащены датчиками в различных точках тела. Эти электронные датчики могут реально измерять силу удара, ускорения и деформации, возникающие при столкновении. В Hybrid III они установлены на голове, шее, груди, тазе, бедрах, ногах и лодыжках. В целом, эти датчики могут записывать 37 200 различных фрагментов данных в один ATD. Знание этой информации помогает исследователям определить, какие силы воздействуют на тело и где, что может помочь им предсказать различные виды травм. Они могут использовать эти данные, чтобы определить, будет ли что-то раной на теле или внутренним повреждением.
Но также была разработана другая технология, которая, возможно, может более точно предсказывать внутренние повреждения. Исследователи считают, что, полностью моделируя аварию и манекен в компьютерной модели, они могут определить, будет ли получена внутренняя травма. В частности, исследователи из Национального центра краш-анализа в Вирджинии работают над компьютеризированными краш-тестами. Они говорят, что могут, например, рассмотреть детали черепно-мозговых травм, которые легко увидеть на компьютеризированных моделях.
Использование трупов в краш-тестировании
Мы упоминали ранее, что ВВС США использовали оригинальный манекен для краш-тестов в 1940-х годах. Но, в некотором смысле, история предметов краш-тестов восходит еще раньше. Еще в 1930-х годах исследователь Уэйнского государственного университета Лоуренс Патрик хотел проверить возможности человеческого тела. Вместо того, чтобы изготовить человекоподобный манекен, он на самом деле использовал человека - самого себя. Среди прочих ударов он получил 22-фунтовый металлический маятник в грудь.
Но когда Патрику нужно было проверить, что происходит, когда тело бросают, он хотел отправить человека в шахту лифта. На этот раз он снова использовал человека. Но вместо себя он использовал мертвеца.
Как бы ужасно, болезненно или неэтично это ни звучало, использование трупов в качестве испытуемых для краш-тестов имеет большой смысл с практической точки зрения. Человеческой жизни ничего не угрожает, и исследователи могут получить наиболее полезную и жизненно важную информацию из тестов на трупах. Патрик утверждал, что, несмотря на общественный резонанс, что это унижает достоинство человеческого тела, он относился к мертвым телам с уважением.
Национальное управление безопасности дорожного движения США (NHTSA) финансирует краш-тесты с участием трупов. И хотя они не любят этого признавать, считается, что производители автомобилей все еще используют трупы в тестах.
Тестирование трупа не идеально. Доступные тела, как правило, пожилые, а это означает, что кости ломаются легче, чем у среднего водителя. Также отсутствует давление в легких и сосудах трупов, помимо прочих проблем. Живая биологическая ткань резко отличается от мертвой ткани так же, как она отличается от синтетического материала ATD. Даже используя трупы, исследователям было трудно смоделировать дорожно-транспортное происшествие.
Во время краш-тестов на трупах Патрику приходилось манипулировать суставами тел, чтобы расслабить их. Он также вынул мозг и положил на его место желатин, в дополнение к привинченным акселерометрам к голове. Это спорный вопрос о том, являются ли такие корректировки, в дополнение к полному разрушению кузова в краш-тесте, неуважением по своей сути к телу. Неудивительно, что производители автомобилей любят умалчивать об испытаниях на трупах.