Historia de los crash test dummies y su biofidelidad
Desde hace un tiempo leemos y vemos en la red críticas a la normativa ECE R129, a su ensayo de impacto lateral y a la biofidelidad de los dummies de la familia Q. Es evidente que todo en la vida puede mejorar, al menos es evidente para nosotros que se pueden mejorar los dummies, los tipos de ensayo y los propios requerimientos normativos.
- Es evidente que la norma ECE R129 exige mucho más a las sillas de coche que la anterior ECE R44/04.
- Es evidente que la familia de dummies Q tiene una mayor biofidelidad que la anterior familia de dummies P.
- Es evidente que un ensayo de impacto lateral reglado exige mucho más a las sillas de coche que la ausencia de ensayo de impacto lateral.
El origen de los dummies para crash test
Vamos a centrarnos en esta ocasión en los dummies. Antes de existir los maniquíes especiales para pruebas, más conocidos como dummies, antes incluso de existir las simulaciones realizadas por ordenador y antes de tener laboratorios equipados con cámaras de alta velocidad, los ‘crash tests’ o ensayos que simulan impactos a bordo de vehículos se realizaban con cadáveres, con animales o incluso con la participación voluntaria de personas que se ofrecían a las pruebas para así recabar datos sobre las consecuencias que ocasionaría a una persona sufrir un accidente de tráfico.
Se cree que fue en 1949 cuando se creó el primer maniquí de simulación en Estados Unidos, considerado el primer dummy ‘moderno’. Este primer dummy fue denominado ‘Sierra Sam’. La idea surgió de la petición realizada por un físico que trabajaba para las fuerzas aéreas de los Estados Unidos y que se encontraba estudiando las ‘fisiologías sufridas por desaceleraciones rápidas’ y necesitaba conocer los efectos causados en humanos a bordo de su trineo cohete de ensayos.
‘Sierra Sam’ fue creado por la compañía Sierra Engineering y se trataba de un dummy muy primitivo, hecho de acero y caucho e instrumentado únicamente en cabeza y tórax. Pronto resultó obvio dentro de la comunidad científica que esta reciente, aunque muy limitada, creación, podría tener numerosas aplicaciones en el sector de la automoción.
Fue en 1965 cuando el ingeniero Samuel Alderson construyó el primer dummy diseñado específicamente para realizar pruebas dedicadas a la industria automovilística. Hasta ese momento, los fabricantes y centros de investigación usaban cadáveres para realizar los crash tests.
A partir de ese momento el avance realizado en el campo de los dummies ha sido considerable y el nivel actual de información que son capaces de suministrarnos ha aumentado sustancialmente, aunque para llegar a desarrollar sustitutos 100 % fieles y poder simular las consecuencias de un accidente real, se debe avanzar mucho más y por ello seguimos trabajando y desarrollando la materia.
Aún así y con todos los avances realizados, hoy en día se siguen realizando pruebas y ensayos sobre cadáveres. Lo cual a priori sigue desconcertando a muchos, ya que actualmente sí que se disponen de dummies capaces de ejercer como válidos sustitutos y ya no existe la necesidad de recuperar esta anticuada metodología de ensayo, luego ¿por qué se hace?
Pese a disponer de dummies verdaderamente modernos, en los ensayos comparativos entre un dummy y un cadáver quedan patentes las diferentes respuestas obtenidas en la dinámica de impacto de uno y otro y éstas todavía son muy remarcables. Por lo tanto, si queremos validar de manera aún más exacta los resultados obtenidos en los crash tests, finalmente tenemos que recurrir a lo más parecido que existe bioanatómicamente a un ser humano vivo: uno muerto. Todo esto presenta obviamente ciertos problemas de carácter sociológico, ético, sanitario e incluso legal, que pueden llegar a dificultar la exposición o publicación de artículos a la hora de detallar la procedencia de todos los resultados obtenidos.
Pero, ¿por qué todavía en la actualidad se siguen utilizando en algunas ocasiones cadáveres en los crash test? Esto tiene una sencilla respuesta: la biofidelidad.
Biofidelidad de los dummies
En el campo de los crash tests, entendemos la biofidelidad como la similitud entre el propio dummy y aquello a lo que pretende representar, en su caso, un cuerpo humano real. Dicho de otra manera, la biofidelidad es el grado en el que estos sustitutos son capaces de representar el comportamiento real de los seres humanos.
Los dummies permiten medir las deformaciones, aceleraciones y fuerzas que un ocupante sufriría en caso de impacto, y en función del análisis y estudio de estas, predecir el riesgo que tiene el ocupante de sufrir determinadas lesiones. Sin embargo, para que estas predicciones sean fiables, los dummies necesitan ser precisamente, biofieles. Es por eso que para la continua mejora de la biofidelidad de los dummies, los ensayos realizados con cadáveres humanos son imprescindibles.
La biofidelidad puede evaluarse a través de la comparación de las respuestas cinemáticas y de la metodología de ensayo. Se puede hacer, por tanto, una comparación cuando los especímenes sometidos a la prueba tienen los mismos (o similares) valores antropométricos y están sujetos a las mismas condiciones de impacto, por ejemplo dirección y severidad de impacto, sistema de retención utilizado o incluso la posición y geometría del cinturón.
Todo esto, por supuesto, es demostrable. Si analizamos la imagen que encontramos a continuación, entenderemos rápidamente las notables diferencias que existen entre realizar ensayos con dummies y con cadáveres.
La imagen superior es una gráfica comparativa perteneciente a un estudio realizado por la Universidad de Heidelberg. Muestra las diferencias entre la respuesta obtenida por un cadáver y las obtenidas por un dummy modelo Hybrid lll durante un ensayo realizado para medir la fuerza que ejerce en el hombro el cinturón de seguridad.
La fuerza de 7,3 kN obtenida ensayando con un cadáver representaría una mayor aproximación al valor que se obtendría en un accidente real y mientras que los dummies se “acercan” como máximo con un valor de 9,6 kN, se trata de una diferencia de 2,3 kN respecto a los 7,3 kN, casi un tercio de su valor real. Vemos entonces la representación y justificación de la biofidelidad.
Esta diferencia, ¿qué representa realmente?, ¿no valen los estudios realizados con dummies?, ¿tienen razón aquellos que afirman que los dummies P son mejores que los dummies Q?
Entre el 0 y el 100 % de biofidelidad hay muchos valores y en lo que todos estarán de acuerdo es que cuanto más nos aproximemos a la realidad mejor será, incluso quedando a un 20 % de la biofidelidad perfecta será mejor y más significativos que quedarnos a un 80 % de la realidad.
Puntuación de biofidelidad en los dummies
Como es esperable, existe también una lista de puntuaciones que valora de más a menos el nivel de biofidelidad que presenta un determinado modelo de dummy. Es decir, podemos ordenar a los modelos de dummies según representan mejor o peor a una persona humana.
Esta representación, perteneciente a la NHTSA (Administración Nacional de Seguridad del Tráfico en las Carreteras, agencia dependiente del gobierno de Estados Unidos), aparece mostrada a continuación.
Cabe destacar que no es la única, ya que la norma ISO (9790:1999) establece las normas para la creación de un ranking de puntuación de biofidelidad, en el cual otorga la mayor puntuación al modelo de dummy que más fielmente representa la realidad. La siguiente imagen detalla el sistema utilizado por la norma ISO.
Según un estudio publicado en diciembre de 2002, destinado a desarrollar el modelo estadounidense (NHTSA) de puntuación de biofidelidad, se compararon las puntuaciones obtenidas de biofidelidad tanto por cadáveres como por dummies.
Mientras que 6 cadáveres obtuvieron puntuaciones entre 1 y 1,7, correspondientes a valoraciones excelentes y buenas, modelos de dummies como los SID-Hlll, ES-2 y WorldSID obtuvieron puntuaciones de cómo máximo 2,1, llegando a obtener hasta 3,8 en ocasiones, las cuales corresponderían a una biofidelidad pobre.
Como podemos comprobar, todavía queda mucha labor de investigación y desarrollo que realizar para mejorar estos valores y así hacer de los dummies herramientas más efectivas a la hora de reconocer lesiones de accidentes y recabar información sobre los mismos.
Los dummies más modernos que existen
En este último apartado se hace mención a la que probablemente sea la última y más reciente actualización respecto a dummies y sus mejoras con relación a la biofidelidad, ya que investigadores pertenecientes a la empresa estadounidense Humanetics, dedicada a la fabricación de dummies, han creado nuevos modelos que también representan a conductores ancianos y obesos.
Estos nuevos modelos consisten por una parte en la representación de una mujer de 70 años con un IMC (Índice de Masa Corporal) correspondiente a 29 puntos (sobrepeso) y un modelo adulto masculino de IMC igual a 35 puntos (sobrepeso severo u obesidad tipo 2).
Estos modelos fueron creados gracias a la sugerencia realizada por el Profesor Stewart Wang, el cual afirma que estos dos grupos de conductores están creciendo de manera alarmantemente rápida, presentándose como un sector de la población que no está contemplado dentro de los estándares de fabricación de dummies.
De forma paralela, los científicos de Humanetics están desarrollando prototipos de órganos y costillas para poder representar de manera más fiel las condiciones de una persona real en un accidente.
Mediante la impresión en 3D se están desarrollando costillas que se comporten como elementos reales, pero que no se rompan o fracturen con facilidad. Esto se ha conseguido mediante el empleo de fibra de carbono. Los resultados son desde luego prometedores, estos modelos de costillas han aguantado más de 150 impactos sin llegar a romperse.
En adición a las nuevas costillas de fibra de carbono, Humanetics se encuentra colaborando con las universidades de Michigan y Ohio para desarrollar órganos que se implementen a los actuales modelos, para así poder estudiar el comportamiento del organismo de un ser humano.
Se espera que con la aparición de nuevos materiales desarrollados que puedan ser utilizados en la impresión 3D se consiga algún día comportamientos muy próximos a los esperados en un accidente real. Y no sólo eso, si no que afirman que, en base a la rapidez con la que actualmente está avanzando la tecnología, un día se conseguirá incluso sustituir a los dummies y los ensayos físicos de impactos por ensayos virtuales.
¿Los dummies que veremos en las próximas décadas tendrán una biofidelidad excelente?
Si bien este último apartado da claros índices de avance y modernidad, se ha comprobado que la evolución de los dummies no sigue un ritmo precisamente elevado, de nada sirve correr para fabricar nuevos dummies especiales que representen sectores específicos de la población si los modelos estándares no han sido todavía optimizados.
Por ejemplo, en lo que a medidas antropométricas se refiere, valores fundamentales a la hora de desarrollar los dummies, todavía hoy siguen saliendo estudios o bases de datos oficiales que han servido para fabricar los modelos usados hoy en día y que se basan en estadísticas de estudios de 30 años atrás. ¿Hemos cambiado en 30 años como para que esas medidas ya no sean buenas?
El camino a seguir es todavía muy largo y queda mucho por desarrollar e investigar. También existen multitud de estudios sobre las lesiones en la espina cervical que demandan más investigación y más recursos para poder representar de manera fiel a personas y aún más a niños.
Queda todavía mucho trabajo y multitud de labores de investigación por realizar, pero no caigamos en la tentación de creer se trata de una tarea fácil, al fin y al cabo estamos creando modelos a nuestra imagen y semejanza.
¿Quién debe investigar para mejorar los dummies?, ¿quién debe preocuparse de mejorar la biofidelidad de los dummies?
En RiveKids tenemos clara la respuesta: Todos, administraciones, entidades y empresas privadas tienen el deber moral de dejar a las generaciones venideras un mundo mejor y más seguro. Este mundo mejor y más seguro no se consigue hablando, se consigue haciendo. ¡Hagamos!
Escucha un poco más de los dummies en nuestro canal de podcast Seguridad Vial y Educación Vial con RiveKids.
