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Un mannequin de test de collision plus intelligent
Une personne meurt dans un accident de la route toutes les 25 secondes, selon les estimations de l'Organisation mondiale de la santé. Les mannequins de crash test avec accéléromètres, capteurs de force et jauges de contrainte ont aidé les constructeurs automobiles à empêcher le nombre de morts d'augmenter.
Des chercheurs de l'Université de Wake Forest pensent cependant que les mannequins ont peut-être atteint les limites de leur utilité. Au cours des cinq dernières années, les chercheurs ont exécuté des milliers de simulations de crash virtuelles, chacune utilisant des données tirées d'exemples réels, via un superordinateur. En simulant des accidents réels, nous pouvons étudier l'effet des paramètres de conception des véhicules, des caractéristiques de sécurité et des facteurs des occupants et proposer des solutions qui préviendraient et atténueraient les blessures des occupants, explique Ashley Weaver, professeure adjointe de génie biomédical à l'université et membre clé. de l'équipe de recherche.
Ce n'est pas une idée nouvelle : dans les années 1930, des chercheurs ont lancé des tests similaires sur des cadavres humains. Plus tard, des bénévoles comme Jean-Paul Stapp proposés pour être des sujets vivants dans des tests d'impact modestes, tandis que les équipes de recherche utilisaient régulièrement des porcs vivants pour tester les effets de collisions plus graves.
Les appareils de test anthropomorphes, comme ces mannequins malheureux sont mieux connus dans l'industrie, fournissent des données sur une vingtaine de points du corps. Les simulations numériques telles que celle conçue par l'équipe de Wake Forest, en revanche, permettent aux chercheurs d'examiner les effets d'un accident à un degré beaucoup plus élevé, en testant une variété de formes et de tailles de corps et différentes positions du corps au moment de l'impact. Le modèle Wake Forest peut quantifier le risque de fractures osseuses et de dommages aux tissus mous et aux organes, des blessures non prises en compte par les mannequins de crash test.
Les données se révèlent inestimables pour les constructeurs automobiles. Les mannequins de collision numériques [nous permettent] de déterminer les meilleures méthodes pour modifier le châssis, l'intérieur, les sièges, les appuie-tête, les ceintures de sécurité, les tableaux de bord et les systèmes de sécurité active, tels que les airbags, afin d'améliorer la sécurité très tôt dans le processus de conception du véhicule, déclare Bill Veenhuis, ingénieur chez Nvidia, qui fournit du matériel commercial pour les simulations de crash à plus d'une douzaine de constructeurs automobiles.
Le travail peut sauver de l'argent ainsi que des vies. Déterminer les améliorations de sécurité avant la fabrication de la tôle et d'autres pièces réduit les coûts plus tard dans la phase de conception. Les tests avec des mannequins de collision réels deviennent alors une méthode pour valider les tests de simulation de collision numériques, au lieu de découvrir les énergies et les déformations très tard dans le processus d'ingénierie du véhicule, explique Veenhuis. Les véhicules américains doivent répondre aux normes fédérales sur 35 tests différents pour assurer une protection suffisante en cas de collision frontale ou latérale. Plus la simulation est précise, plus le constructeur automobile a de chances de réussir les coûteux tests de collision en direct du premier coup.
La recherche de Weaver, qui a été parrainée par Toyota, diffère des applications commerciales actuelles en ce que ses données sont basées sur des données détaillées sur le véhicule, la scène et les données médicales tirées d'une base de données de recherche sur les blessures. À l'aide d'un modèle numérique avancé qui contient pas moins de 1,8 million d'éléments qui se combinent pour reproduire avec précision la forme humaine, de la résistance précise des os à la structure des organes, et qui est capable de prédire les blessures aux tissus mous et osseux, l'équipe a effectué des simulations jusqu'à ce que le modèle imite avec précision les effets de différents accidents sur les victimes d'accidents du monde réel. Un travail aussi complexe n'est possible que grâce aux développements récents de la puissance et de l'efficacité du matériel informatique. Il y a deux décennies, une analyse d'accident de véhicule impliquant un mannequin d'accident numérique prenait deux semaines à résoudre, explique Veenhuis. Aujourd'hui, nous pouvons mener une étude typique d'impact frontal du jour au lendemain.
Néanmoins, comme pour tout modèle, le travail a nécessité plusieurs simplifications et hypothèses, explique Weaver. Par exemple, l'équipe a dû utiliser un véhicule générique à taille unique dans les simulations, car il n'existe pas suffisamment de données dans le domaine public des différents véhicules. Et bien que le modèle soit capable de simuler les effets d'un accident sur différentes tailles de corps humain et jusqu'à 140 positions différentes, il est actuellement incapable d'adapter les résultats en fonction de l'âge ou de la santé d'un passager.
Néanmoins, Weaver est convaincu que la recherche sauvera finalement des vies et réduira la gravité des blessures aux os et aux organes. J'espère que la recherche fournira une solution rentable pour évaluer les caractéristiques de sécurité automobile nouvelles et existantes, dit-elle.