Manequim Bater
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Manequins do teste Bater são dispositivos de grande escala antropométricos de teste (ATD) que simulam as dimensões, as proporções de peso e articulação da corpo humano, e geralmente são instrumentados para gravar dados sobre o comportamento dinâmico do ATD em impactos de veículos simulados. Esses dados podem incluir variáveis como velocidade de impacto, esmagando vigor , dobrar, ou torque do corpo, e de desaceleração taxas durante um colisão para uso em testes de colisão. Eles permanecem indispensável no desenvolvimento de e ergonomia em todos os tipos de veículos, desde automóveis a aviões .
A necessidade de testes
Em 31 de agosto de 1869 , Mary Ward tornou-se o que se acredita ser a primeira vítima registrada de uma a vapor acidente de automóvel (Karl Benz só inventou o automóvel movido a gasolina como a conhecemos em 1886). Mary Ward foi jogado para fora de um veículo automóvel e morto em Parsonstown, Ireland. Alguns anos mais tarde, em 13 de setembro de 1899 , Henry Bliss entrou para a história como a América do Norte primeira fatalidade veículo a motor 's quando foi atingido pisando fora de um New York City bonde . Desde aquela época, mais de 20 milhões de pessoas em todo o mundo perderam suas vidas a acidentes de viação.
A necessidade de um meio de analisar e mitigar os efeitos de acidentes de viação em corpos humanos foi sentida muito em breve após a produção comercial de automóveis começou no final da década de 1890, e na década de 1930, com o automóvel uma parte comum da vida diária, a número de mortes do veículo de motor estava se tornando um problema sério. As taxas de mortalidade superaram 15,6 fatalidades por 100 milhões de veículos-milha e continuavam a subir; projetistas de veículos viu isso como uma clara indicação de que era hora de fazer alguma pesquisa sobre maneiras de tornar seus produtos mais seguros.
Em 1930, o interior de um carro não era um lugar seguro, mesmo em caso de colisão a baixa velocidade. Dashboards eram feitos de metal rígido, colunas de direção eram não-dobrável, e salientes maçanetas, botões e alavancas eram onipresentes. Cintos de segurança foram inédito, e em caso de colisão frontal, os passageiros arremessou através do pára-brisa ficou muito pouca chance de evitar ferimentos graves ou morte. O corpo do veículo em si era rígida, as forças de impacto e foram transmitidos directamente para os ocupantes do veículo. No final dos anos 1950, carro fabricantes estavam no registro público como dizendo acidentes com veículos simplesmente não poderiam ser feitas de sobrevivência; as forças em um acidente eram grandes demais eo corpo humano frágil demais.
Testes de cadáver
Detroit 's Wayne State University foi a primeira a começar a trabalhar sério na recolha de dados sobre os efeitos das colisões de alta velocidade sobre o corpo humano. No final de 1930, não existiam dados fiáveis sobre a resposta do corpo humano a uma lesão física extrema, e não há ferramentas eficazes existiam para medir tais respostas. Biomecânica era um campo quase em sua infância. Era, portanto, necessário empregar dois tipos de assuntos de teste, a fim de desenvolver conjuntos de dados iniciais.
As primeiras cobaias eram humanos cadáveres. Eles foram usados para obter informações fundamentais sobre a capacidade do corpo humano para resistir às forças de esmagamento e rasgando tipicamente experientes em um acidente de alta velocidade. Para tal fim, aço rolamentos de esferas foram lançadas sobre crânios e corpos foram jogados para baixo não utilizado poços de elevador em placas de aço. Cadáveres equipado com impuro acelerômetros foram amarrados em automóveis e submetidos a colisões frontais e capotamentos de veículos.
1995 Journal of Trauma artigo de Albert King, "Humanitários Benefícios do cadáver de Investigação sobre Prevenção de Lesões", afirma claramente o valor em vidas humanas salvas como resultado de uma pesquisa de cadáver. Cálculos do Rei indicam que, como resultado de mudanças no projeto implementadas até 1987, a pesquisa cadáver, desde então, salvo 8500 vidas por ano. Ele observa que, para cada cadáver usado, a cada ano 61 pessoas sobrevivem devido ao desgaste cintos de segurança, 147 vivem devido a air bags, e 68 sobrevivem impacto pára-brisa.
No entanto, o trabalho com cadáveres apresentaram quase tantos problemas quanto resolveu. Não só havia o morais e éticos questões relacionadas ao trabalho com os mortos, mas também houve preocupações de investigação. A maioria dos cadáveres disponíveis eram mais velhos Adultos americanos europeus que morreram mortes não violentas; eles não representam uma secção transversal demográfico das vítimas de acidentes. Vítimas de acidentes falecidos não poderia ser empregada porque todos os dados que possam ser recolhidos a partir dos sujeitos experimentais seria comprometida por lesões anteriores do cadáver. Uma vez que não há dois cadáveres são o mesmo, e uma vez que qualquer parte específica de um cadáver só poderia ser utilizada uma vez, que era extremamente difícil de conseguir dados fiáveis de comparação. Além disso, cadáveres criança não só foram difíceis de obter, mas ambos legal e opinião pública fez efectivamente utilizáveis. Além disso, como testes de colisão tornou-se mais rotina, cadáveres adequados tornou-se cada vez mais escasso. Como resultado, dados biométricos foram limitadas em extensão e desviada para os machos brancos mais velhos.
Teste voluntário
Alguns pesquisadores se encarregaram de servir como bonecos de teste. Coronel John Paul Stapp USAF impulsionou-se mais de 1000 km / h num trenó-foguete e parou em 1,4 segundo. Lawrence Patrick, em seguida, um professor na Universidade Estadual de Wayne, suportou cerca de 400 passeios em um trenó foguete, a fim de testar os efeitos de desaceleração rápida sobre o corpo humano. Ele e seus alunos permitiu-se a ser esmagado no peito com metais pesados pêndulos, impactado no rosto por martelos perfuradores pneumaticamente-driven, e pulverizadas com vidro quebrado para simular janela implosão. Embora admitindo que o fazia "um pouco dolorido", Patrick disse que a pesquisa que ele e seus alunos foi realizado seminal no desenvolvimento modelos matemáticos contra o qual novas pesquisas poderiam ser comparados. Mas, enquanto os dados de teste ao vivo foi valiosa, seres humanos não poderia suportar testes que passou por um certo grau de lesão física. Para reunir informações sobre as causas e prevenção de lesões e mortes seria necessário um tipo diferente de assunto.
Os testes em animais
Em meados da década de 1950, a maior parte dos testes de cadáver informação poderia fornecer tinha sido colhida. Também foi necessário para coletar dados sobre a capacidade de sobrevivência acidente, a investigação para a qual cadáveres estavam totalmente inadequada. Em conjunto com a escassez de cadáveres, esta necessidade forçado pesquisadores a procurar outros modelos. Uma descrição por Mary Roach da Conferência Demonstração Oitava Stapp Car Bater and Field mostra a direção em que a pesquisa começou a se mover. "Vimos os chimpanzés equitação trenós de foguetes, um urso em um balanço do impacto ... Observamos um porco , anestesiados e colocados na posição sentada no balanço no chicote, colidiu com um volante deep-dish em cerca de 10 mph. "
Um objetivo importante da investigação que não poderia ser alcançado com tanto cadáveres ou seres humanos vivos foi um meio de reduzir os ferimentos causados por empalamento na coluna de direção. Em 1964, mais de um milhão de mortes resultantes de impacto volante tinha sido gravado, uma percentagem significativa de todas as mortes; a introdução por General Motors no início da década de 1960 da coluna de direcção retráctil reduzir o risco de morte do volante em cinquenta por cento. Os indivíduos animais mais comumente usados em estudos cabine-colisão eram porcos, principalmente porque sua estrutura interna é semelhante a um ser humano. Os porcos também pode ser colocado num veículo em uma boa aproximação de um ser humano sentado.
A capacidade de sentar-se ereto era um requisito importante para animais de teste, a fim de que outra lesão fatal comum entre vítimas humanas, decapitação, poderia ser estudada. Assim, era importante para os investigadores de ser capaz de determinar em que medida cabine projeto precisava ser modificado para garantir condições óptimas de sobrevivência. Por exemplo, uma painel de instrumentos com muito pouco preenchimento ou preenchimento que foi muito dura ou muito mole não reduziria significativamente lesão na cabeça durante um traço sem preenchimento em tudo. Enquanto botões, alavancas e botões são essenciais para o funcionamento de um veículo, que modificações no projeto seria melhor garantir que esses elementos não rasgar ou vítimas de punção em um acidente. Impacto espelho retrovisor é uma ocorrência significativa em uma colisão frontal; como um espelho deve ser construída de modo que é tanto rígida o suficiente para cumprir a sua missão e ainda de baixo risco de lesão se tivesse sido atingido.
Embora o trabalho com cadáveres havia despertado alguma oposição, principalmente de instituições religiosas, foi a contragosto aceita porque os mortos, mortos, não sentiu nenhuma dor, ea indignidade de suas situações estava diretamente relacionada ao aliviar a dor dos vivos. A pesquisa com animais, por outro lado, despertou muito maior paixão. Grupos de direitos dos animais, tais como a ASPCA foram veemente em seu protesto, e enquanto pesquisadores como Patrick apoiado testes em animais por causa de sua capacidade de produzir dados fiáveis, aplicáveis, houve, no entanto, uma forte inquietação ética sobre este processo.
Embora os dados do teste com animais foram ainda mais facilmente obtida do que os dados de cadáveres, o facto de que os animais não foram pessoas e a dificuldade de empregar instrumentação interna adequada limitado a sua utilidade. Os testes em animais não é praticada por qualquer um dos principais fabricantes de automóveis; General Motors descontinuado testes ao vivo em 1993 e de outros fabricantes seguiram pouco depois.
Evolução do manequim
A informação recolhida a partir de estudos de investigação e de cadáveres de animais já tinham sido objecto de algum uso na construção do ser humano simulacros tão cedo quanto 1949, quando "Sierra Sam" foi criada por Samuel W. Alderson em sua Research Labs Alderson (ARL) e Sierra Engineering Co. para testar aviões assentos ejetáveis e arreios de retenção piloto. Este teste envolveu o uso de aceleração elevada de 1000 km / h (600 mph) trenós de foguetes, além da capacidade de voluntários humanos a tolerar. No início de 1950, Alderson e Grumman produziu um manequim, que foi utilizado para realizar testes de colisão em ambos os veículos automóveis e aviões.
Alderson passou a produzir o que chamou de-50 VIP série, construído especificamente para General Motors e Ford , mas que também foi aprovado pelo National Bureau of Standards. Serra seguiu com um manequim concorrente, um modelo que chamou de "Sierra Stan", mas a GM, que havia assumido o ímpeto no desenvolvimento de um manequim confiável e durável, não encontrou nem modelo satisfeitas as suas necessidades. Os engenheiros da GM decidiu combinar as melhores características da série VIP e Serra Stan, e assim, em 1971, híbrido em que nasci. Híbrido eu era o que é conhecido como um "50 percentil masculino "dummy. Ou seja, é modelado um macho média de altura, massa e proporção. O original" Sierra Sam "foi um manequim do sexo masculino do percentil 95 (mais pesado e mais alto do que 95% dos machos humanos). Em cooperação com o Society of Automotive Engineers (SAE), GM compartilhado este projeto, e uma subsequente 5 manequim feminino percentil, com os seus concorrentes.
Desde então, um trabalho considerável foi canalizado para a criação de mais e mais sofisticados manequins. Híbrido II foi introduzido em 1972, com a melhoria dos ombros, coluna, e as respostas do joelho, ea documentação mais rigorosa. Híbrido II se tornou o primeiro manequim para cumprir o Federal Motor Vehicle Safety padrão americano (FMVSS) para testes de colo e ombro correias automotivas. Em 1973, um manequim do sexo masculino do percentil 50 foi lançado, ea Administração Nacional de Segurança Rodoviária Transporte (NHTSA) NHTSA comprometeu-se a um acordo com General Motors para produzir um modelo superior de desempenho híbrido II de em um número de áreas específicas.
Embora uma grande melhoria sobre cadáveres para fins de teste padronizado, híbrido I e II híbrido ainda eram muito bruto, e seu uso foi limitado ao desenvolvimento e teste projetos cinto de segurança. Era necessário um manequim que permitiria que os investigadores para explorar estratégias de redução de danos. Foi essa necessidade que levou os pesquisadores da GM para desenvolver a linha híbrido atual, o Hybrid III família de bonecos de teste.
Híbrido família III
Hybrid III, o manequim do sexo masculino do percentil 50, que fez sua primeira aparição em 1976, é o crash test dummy familiar, e agora ele é um homem de família. Se ele pudesse ficar de pé, ele seria 168 cm (5 '6 ") De altura e teria uma massa de 77 kg (170 lb). Ele ocupa o assento do motorista em todo o Insurance Institute for Highway Safety (IIHS) 65 km / h (40 mph) compensada testes de colisão frontal. Ele é acompanhado por um "big brother", o 95º percentil Hybrid III, em 188 cm (6 ft 2 in) e 100 kg (223 libras). Ms. Hybrid III é um manequim feminino percentil 5, em um diminutivo 152 centímetros (5 pés) de altura e 50 kg (110 libras). Os três Hybrid III manequins criança representam um 10 anos de idade, 21 kg (£ 47) seis anos de idade, e de 15 kg (£ 33) três anos de idade. Os modelos da criança são muito recentes adições à família acidente manequim; porque tão poucos dados estão disponíveis sobre os efeitos de acidentes em crianças, e esses dados são muito difíceis de obter, esses modelos são baseados em grande parte, estimativas e aproximações. O principal benefício proporcionado pelo Hybrid III é uma melhor resposta em flexão do pescoço para a frente e rotação da cabeça que melhor simula o humano.
Processo de teste
Cada Hybrid III sofre de calibragem antes de um teste de colisão. Sua cabeça é removido e é deixada cair de 40 centímetros para testar calibrar a instrumentação cabeça. Em seguida, a cabeça eo pescoço são recolocado, posto em movimento, e parou abruptamente para verificar se há flexão do pescoço adequada. Hybrids desgaste pele com pele de camurça; os joelhos são golpeados com uma sonda de metal para verificar se há punção adequada. Finalmente, a cabeça e do pescoço estão ligados ao corpo, que está ligado a uma plataforma de ensaio e atingiu violentamente no peito por um pêndulo pesado para assegurar que o costelas dobrar e flex como deveriam.
Quando o manequim foi determinada para estar pronto para o ensaio, ele é vestido inteiramente em amarelo, tinta de marcação é aplicada à cabeça e joelhos, e marcas de calibração são presos ao lado da cabeça para auxiliar investigadores quando câmera lenta filmes são revistos mais tarde. O manequim é então colocado dentro do veículo de teste. Quarenta e quatro canais de dados localizados em todas as partes do Hybrid III, desde a cabeça até o tornozelo, ficha entre 30 000 e 35 000 itens de dados em um típico 100-150 acidente milissegundo. Gravado em um repositório de dados temporária no manequim de peito, estes dados são baixados para computador uma vez que o teste está completo.
Porque o Hybrid é um dispositivo de recolha de dados padronizado, qualquer parte de um tipo híbrido particular é intercambiável com qualquer outra. Não só pode ser um manequim testado várias vezes, mas se uma parte deve falhar, pode ser substituída por uma peça nova. Um manequim totalmente instrumentada vale cerca de € 150 000.
Os sucessores de híbridos
IIIs híbridos são projetados para pesquisar os efeitos de impactos frontais, e são menos valioso para a avaliação dos efeitos de outros tipos de impactos, tais como impactos laterais, impactos traseiros, ou capotamentos. Depois de colisões frontais, o acidente grave lesão mais comum é o de impacto lateral.
O SID (Side Impact manequim) família de bonecos de teste foi projetado para medir costela, espinha, e efeitos em órgãos internos em colisões laterais. Ele também avalia coluna vertebral e costelas desaceleração e compressão da cavidade torácica. SID é o governo dos EUA padrão de teste, EUROSID é usado na Europa para garantir o cumprimento das normas de segurança, e SID II (s) representa um quinto percentil feminino. BioSID é uma versão mais sofisticada de SID e EUROSID, mas não é usado em uma capacidade reguladora. O WorldSID é um projeto para desenvolver uma nova geração de manequim sob a International Organization for Standardization.
BioRID é um boneco desenhado para avaliar os efeitos de uma colisão traseira. Seu objetivo principal é a pesquisa Whiplash, e para ajudar os designers no desenvolvimento de apoios de cabeça e pescoço eficazes. BioRID é mais sofisticado em sua construção espinhal do que híbrido; 24 simuladores vértebra permitir BioRID para assumir uma postura de estar muito mais natural, e para demonstrar o movimento do pescoço e configuração visto em colisões traseiras.
CRABI é um manequim criança utilizado para avaliar a eficácia dos dispositivos de retenção para crianças, incluindo cintos de segurança e air bags. Existem três modelos de a CRABI, representando de 18 meses, 12 meses e 6 meses de idade as crianças.
THOR é um percentil 50 manequim masculino avançado. O sucessor do Hybrid III, THOR tem uma espinha mais humanóide e pélvis, e do seu rosto contém um número de sensores que permitem a análise de impactos faciais com uma precisão actualmente não obtenível com outros manequins. Gama de sensores de Thor também é maior em quantidade e sensibilidade do que os do Hybrid III.
Maior desenvolvimento é necessária em manequins que pode abordar a preocupação de que, apesar de menos vidas são perdidas, ainda há uma centena de passageiros gravemente feridos para cada morte e lesões incapacitantes para as pernas e os pés representam um grande percentual de deficiências físicas resultantes.
Um setor importante do público que viaja ainda tem de ser representado em testes de colisão mainstream - mulheres grávidas. O primeiro protótipo acidente grávida manequim foi construída pela engenharia pesquisadores da Loughborough University Reino Unido com o objectivo de melhorar o design de cinto de segurança. Tem um cheio recipiente de fluido acima da pélvis para replicar o feto e útero. Cintos pode ser desconfortável para as mulheres grávidas de modo algum optar por não usá-los, reduzindo a sua segurança em um momento em que deveria ser aumentada. Um segundo grávida crash test dummy foi concebido por um estudante na Universidade de Idaho.
Futuro do manequim
Manequins do teste Bater forneceram dados inestimáveis sobre como os corpos humanos reagem em acidentes e têm contribuído grandemente para a melhoria da concepção dos veículos. Apesar de terem salvou milhões de vidas, como cadáveres e animais, eles chegaram a um ponto de retorno reduzida de dados.
O maior problema com a aquisição de dados de cadáveres, que não a sua disponibilidade, que foi um elemento essencial de testes padronizados, repetibilidade, era impossível. Não importa como muitos elementos de um teste anterior poderia ser reutilizado, o cadáver tinha que ser diferente de cada vez. Enquanto manequins modernos têm superar este problema, os testadores ainda enfrentam essencialmente o mesmo problema quando se trata de testar o veículo. Um veículo pode ser deixado de funcionar apenas uma vez; não importa quão cuidadosamente o teste é feito, não pode ser repetido exatamente.
Um segundo problema com bonecos é que eles são e serão sempre apenas ser aproximadamente humano. Quarenta e quatro canais de dados em um Hybrid III não é ainda uma representação remoto do número de canais de dados em uma pessoa viva. A imitação de órgãos internos é bruto na melhor das hipóteses, um fato que significa que, apesar de cadáveres e animais já não são as principais fontes de dados sobre acidentes, devem ainda ser empregada no estudo de lesões dos tecidos moles.
O futuro dos testes de colisão começou no mesmo lugar tudo começou: Wayne State University. Rei H. Yang é um dos pesquisadores da Wayne State envolvido na criação detalhada modelos computacionais de sistemas humanos. Atualmente, os pesquisadores da Wayne State não têm computadores rápido o suficiente nem qualificados programador de criar simulações de corpo inteiro, mas análise do prejuízo dos sistemas individuais do corpo está começando a produzir resultados confiáveis e encorajadores.
A vantagem do computador é que ele é ligado por lei física. A veículo virtual caiu uma vez pode ser uncrashed e depois caiu novamente de uma maneira um pouco diferente. A virtual de volta quebrado pode ser ininterrupta, a configuração do cinto de segurança mudou, ea parte traseira re-quebrado. Quando todas as variáveis é controlável e cada evento é repetível, a necessidade de experimentação física é bastante reduzido.
No início do século 21, a certificação legal de novos modelos de automóveis ainda é obrigado a ser feito usando manequins físicos em veículos físicos. A próxima geração de bonecos de teste pode executar suas tarefas inteiramente na tela do computador.
