Автокөлік апаттарында адам денесін модельдеуге арналған манекендер

Кіріспе

Көлік апатын тексеру кезінде адам денесін симуляциялайтын толық көлемді антропоморфты сынақ құрылғылары. Апат сынағы манекені, немесе жай ғана манекен – бұл жол-көлік оқиғасы кезінде адам денесінің өлшемдерін, салмақ пропорцияларын және буындарының қозғалысын симуляциялайтын толық көлемді антропоморфты сынақ құрылғысы (АТҚ). Манекендерді зерттеушілер, автомобиль және ұшақ өндірушілер адам апатта қандай жарақаттар алуы мүмкін екенін болжау үшін пайдаланады. Қазіргі заманғы манекендер әдетте соққы жылдамдығы, ұрып-соғу күші, дененің иілуі, бүгілуі немесе бұрылу күші, сондай-ақ апат кезіндегі баяулау деңгейі сияқты деректерді тіркеуге арналған. Апат сынағы манекендері ойлап табылмас бұрын автомобиль компаниялары адам денелерін, жануарларды және тірі еріктілерді сынақтар үшін пайдаланған. Адам денелері көліктің әртүрлі бөліктерін, мысалы қауіпсіздік белбеуін жақсарту үшін қолданылған, бірақ бұл этикалық мәселелерді тудырады.

Жаңа көлік құралдарының дизайны әрқашан өзгеше болғандықтан және технология өзгерген сайын, қауіпсіздік пен тиімділікті дәл тексеру үшін АТҚ-ларды жаңару қажеттігі туындайды.

Тарих

1869 жылғы 31 тамызда Мэри Уорд автомобиль апатының алғаш рет тіркелген құрбаны болды; сол көлік бумен жұмыс істеді (Карл Бенц 1886 жылға дейін бензинмен жұмыс істейтін автомобильді ойлап тапқан жоқ). Ирландияның Парсонстаун қаласынан Уорд көліктен лақтырылып, қаза тапты. Отыз жыл өткен соң, 1899 жылғы 13 қыркүйекте Генри Блис Нью-Йорк қаласындағы троллейбустан түсіп бара жатқанда соқтығысып, Солтүстік Америкадағы алғашқы автомобиль қазасына ұшырады. Автомобильдерді 1890 жылдардың соңында коммерциялық өндіріске енгізгеннен кейін, адамдар автомобиль апаттарының салдарына талдау жасау және оларды азайту қажеттігін сезінді, және 1930 жылдары автомобильдер күнделікті өмірдің ажырамас бөлігіне айналып, автомобиль апатынан қаза тапқандардың саны арта бастады. Өлім көрсеткіші 100 миллион көлік шақырымына 15,6 құрайтын деңгейге жетіп, одан әрі өсе берді. (Қазіргі уақытта, CDC деректері бойынша, әлемдегі жолдарда жыл сайын шамамен 1,35 миллион адам қаза табады.) 1930 жылдары автомобильдердің приборлық тақталары қатты металдан жасалған, руль бағаналары бүгілмейтін, ал сыртқа шығыңқы тұтқалар, түймелер мен рычагтар болды. Қауіпсіздік белдіктері болмағандықтан, алдыңғы соқтығыс кезінде жолаушылар автомобильдің ішкі бөлігіне немесе лобовой шыныға лақтырылуы мүмкін. Автомобильдің корпусы да қатты болғандықтан, соққы күштері тікелей көліктегі адамдарға жеткізілді. 1950 жылдарға дейін автомобиль өндірушілер апаттардан аман қалу мүмкін емес екенін жариялаған, себебі апат кезіндегі күштер тым зор болды.

Өлі денелерді тексеру

Детройт қаласындағы Уэйн университеті адам денесіне жоғары жылдамдықты соқтығыстардың әсерін зерттеу бойынша деректерді жинау жөніндегі жұмысты бастаған алғашқы оқу орны болды. 1930 жылдардың соңында автомобиль апаты кезінде адам денесіне кенеттен, күшті күштердің қалай әсер ететіні туралы сенімді деректер болған жоқ. Сонымен қатар, мұндай реакцияларды өлшеуге тиімді құралдар да жоқ еді. Биомеханика ғылымының дамуы әлі бастапқы сатысында еді. Сондықтан, бастапқы деректер жиынтығын жасау үшін екі түрлі сынау нысаны қолданылуы қажет болды. Бірінші сынау нысандары адам мәйіттері болды. Олар жоғары жылдамдықты апат кезінде адам денесінің сызаттандыру және жыртылу күштеріне төтеп беру қабілеті туралы негізгі ақпарат алу үшін пайдаланылды. Осы мақсатта бас сүйектерге болат шарлар тасталып, мәйіттер пайдаланылмаған лифт шахталарынан болат плиталарға түсірілді. Ашықтық өлшегіштері бар мәйіттер автомобильдерге бекітіліп, алға соқтығысу және көлік аударылу сынақтарына ұшыратылды. Альберт Кингтің 1995 жылғы «Травма» журналында жарияланған «Мәйіттерді зерттеудің жарақаттарды алдын алудағы гуманитарлық пайдасы» атты мақаласында мәйіттерді зерттеу нәтижесінде сақталған адам өмірінің құндылығы айқын көрсетілген. Кингтің есептеулеріне сәйкес, 1987 жылға дейін жүзеге асырылған жобалық өзгерістердің нәтижесінде мәйіттерді зерттеу жыл сайын 8500 адамның өмірін сақтап қалды. Ол әрбір пайдаланылған мәйітке байланысты жыл сайын 61 адам қауіпсіздік белбеуін тағу арқасында, 147 адам ауа қаптамасының арқасында және 68 адам алдыңғы әйнекке соқтығысқанда аман қалады. Дегенмен, мәйіттермен жұмыс істеу де көптеген мәселелерді тудырды. Өлгендермен жұмыс істеудің моральдық және этикалық мәселелері ғана емес, сонымен қатар зерттеуге қатысты да қиындықтар болды. Көптеген мәйіттер зорлық-зомбылықсыз қайтыс болған ересек еркектер еді; олар апат құрбандарының демографиялық құрамына сәйкес келмеді. Апаттан қайтыс болғандарды зерттеуге қолдануға болмады, өйткені мұндай сынау нысандарынан алынған кез келген дерек мәйіттің бұрынғы жарақаттарымен бұрмаланатын еді. Екі мәйіт те бірдей болмайтындықтан және мәйіттің кез келген бөлігі бір рет қана пайдаланыла алатындықтан, сенімді салыстыру деректерін алу өте қиын болды. Сонымен қатар, балалардың мәйіттерін табу қиын болды және заң мен қоғамдық пікір оларды тиімді пайдалануға мүмкіндік бермеді. Сонымен қатар, апаттық сынақтар жиі жүргізілген сайын, жарамды мәйіттердің саны азайып барады. Нәтижесінде биометриялық деректер шектеулі болды және ересек еркектерге қарай бұрмаланды. Семіздік және автомобиль апаты зерттеулеріне аз көңіл бөлінді, сонымен қатар эксперимент үшін семіз манекен табу қиын болды. Оның орнына адам мәйіттері пайдаланылды. Автомобиль апаты кезінде дене салмағы маңызды фактор болып табылады, ал семіз адамда дене массасы семіз емес адамға қарағанда әртүрлі бөлінеді. Ми мен бас сүйегінің соқтығысуын және бөлінуін зерттеу үшін мәйіттердің миына бейтарап тығыздық нысандары (NDT) орналастырылды. NDT деректерді егжей-тегжейлі бақылауға мүмкіндік берді және зерттеушілерге апаттан кейін мидың белгілі бір аймағын қарауға мүмкіндік берді. Бұл сонымен қатар бастапқыда үш жасар балалардың мойын жарақаттарын өлшеу үшін жасалған шекті элементтер моделін құруға және дамытуға көмектесті. Нақты баланың мойны FE моделіне енгізілді. Адам басының FE модельдері бас жарақаттарын зерттеуде маңыздырақ атанды.

Detroit's Wayne State University was the first to begin serious work on collecting data on the effects of high speed collisions on the human body. In the late 1930s there was no reliable data on how the human body responds to the sudden, violent forces acting on it in an automobile accident. Furthermore, no effective tools existed to measure such responses. Biomechanics was a field barely in its infancy. It was therefore necessary to employ two types of test subjects in order to develop initial data sets. The first test subjects were human cadavers. They were used to obtain fundamental information about the human body's ability to withstand the crushing and tearing forces typically experienced in a high speed accident. To such an end, steel ball bearings were dropped on skulls, and bodies were dumped down unused elevator shafts onto steel plates. Cadavers fitted with crude accelerometers were strapped into automobiles and subjected to head on collisions and vehicle rollovers. Albert King's 1995 Journal of Trauma article, "Humanitarian Benefits of Cadaver Research on Injury Prevention", clearly states the value in human lives saved as a result of cadaver research. King's calculations indicate that as a result of design changes implemented up to 1987, cadaver research since saved 8,500 lives annually. He notes that for every cadaver used, each year 61 people survive due to wearing seat belts, 147 live due to air bags, and 68 survive windshield impact. However, work with cadavers presented almost as many problems as it resolved. Not only were there the moral and ethical issues related to working with the dead, but there were also research concerns. The majority of cadavers available were older adults males who had died non violent deaths; they did not represent a demographic cross section of accident victims. Deceased accident victims could not be employed because any data that might be collected from such experimental subjects would be compromised by the cadaver's previous injuries. Since no two cadavers are the same, and since any specific part of a cadaver could only be used once, it was extremely difficult to achieve reliable comparison data. In addition, child cadavers were not only difficult to obtain, but both legal and public opinion made them effectively unusable. Moreover, as crash testing became more routine, suitable cadavers became increasingly scarce. As a result, biometric data were limited in extent and skewed toward the older males. Very little attention has been paid to obesity and car crash studies, and it is hard to obtain an obese dummy for the experiment. Instead, human cadavers were used. Body weight is a vital factor when it comes to automobile accidents, and body mass is distributed differently in an obese person versus a non obese person. The use of NDTs or Neutral Density Targets were implemented inside cadavers' brains to focus on the impact and separation of the brain and skull. NDTs provided detailed observations and allowed researchers to look at a specific area of the brain after the crash stimulation. It also helped to establish and develop the Finite Element model, initially developed to measure neck injuries for three year olds. A real child's neck was interpreted and incorporated into the FE model. FE models of the human head have become increasingly more important to the study of head injury.

Еріктілерді тексеру

Кейбір зерттеушілер өздері сынақ манекендерінің ролін қабылдады. 1954 жылы АҚШ Әуе күштерінің полковнигі Джон Пол Стапп зымыран шанасында сағатына 1000 км-ден астам жылдамдыққа ие болды және 1,4 секунд ішінде тоқтады. Сол кезде Уэйн мемлекеттік университетінің профессоры Лоуренс Патрик адам ағзасына күрт тежелудің әсерін зерттеу үшін зымыран шанасында 400-ге жуық рет сапар жасады. Ол және оның студенттері ауыр металл маятниктермен кеудеге соққыға түсуге, пневматикалық соққылы бұрғымен бетке соққыға түсуге және терезелердің сынуын имитациялау үшін сынық шынымен шашыратуға рұқсат берді. Патрик бұл оны "біршама шаршатқанын" мойындаса да, ол және оның студенттері жүргізген зерттеулер математикалық модельдерді жасауға үлкен үлес қосты, олармен кейінгі зерттеулер салыстырылатын болды. Тірі организмдердегі сынақтардың мәліметтері құнды болғанымен, адамдар белгілі бір деңгейден асып кеткен дене жарақатын көтере алмады. Жарақаттар мен қаза болдырмаудың себептерін және жолдарын анықтау үшін басқаша сынау нысаны қажет болды.

Жануарлармен зерттеу

1950 жылдардың ортасына қарай мәйіттерді зерттеу арқылы алынған ақпараттың көп бөлігі жиналды. Сонымен қатар, апаттан аман қалу туралы мәліметтерді жинау қажет болды, бірақ зерттеулер үшін мәйіттер жеткіліксіз еді. Осы қажеттілік, сондай-ақ мәйіттердің тапшылығы зерттеушілерді басқа модельдерді іздеуге итермеледі. Мэри Роучтың сегізінші Стапп автокөлік қақтығысы және далалық демонстрация конференциясы туралы сипаттамасы зерттеулердің қай бағытта дамып келе жатқанын көрсетеді. "Біз зымыран шанасында жүретін шимпанзелерді, соққыға ұшыраған аюды көрдік. Біз анестезияға ұшыраған шошқаны, оны арқанмен байлап, 10 миль/сағат жылдамдықпен терең табақшаға орналасқан рульге соқтырдық." Мәйіттердің де, тірі адамдардың да көмегімен қол жеткізе алмайтын маңызды зерттеу мақсаты – руль бағанасына ілігіп қалудан болатын жарақаттарды азайту болатын. 1964 жылға қарай рульдің соққысынан миллионнан астам адам қаза тапқан, бұл барлық қаза болғандардың елеулі үлесін құрады; General Motors компаниясы 1960 жылдардың басында құлайтын руль бағанасын енгізу арқылы рульден қаза табу қаупін елу пайызға төмендетті. Шошқалар рульге соққы жасау және кабинадағы басқа да қақтығыстар кезінде қолданылды, өйткені олардың ішкі құрылымы адамға ұқсас және көлікте тік отырып дұрыс орналастыру оңай болды. Жануарлардың сынақтарынан алынған мәліметтерді мәйіттерден алуға қарағанда оңай болғанымен, жануарлар мен адамдар арасындағы анатомиялық айырмашылықтар және қажетті ішкі құралдарды қолданудың қиындығы олардың тиімділігін шектеді. Ірі автомобиль өндірушілердің ешқайсысы жануарларды сынаққа тартпайды; General Motors 1993 жылы тікелей сынақтарды тоқтатты, ал басқа өндірушілер де көп ұзамай соған ілесті. 1980 жылы аюлар мен шошқалар сияқты жануарлар автокөлік апатын модельдеу кезінде сынақтан өтті. Бұл моральдық дилеммаларға әкелді, бірақ жануарлардың автокөлік апатына алғаш рет қолданылған жоқ. 1978 жылы Мичиган университетінің Жол қауіпсіздігі зерттеу институты автомобиль апаты кезінде адамдардың орнына бавиандарды пайдаланды. Жануарларға қатыгездік көрсетілгеніне қарсылықтар болғанымен, олардың адамдарға қаншалықты ұқсас екендігі және біз үшін жеткілікті сынақ ретінде қолданылуы мүмкіндігі туралы даулар туды. General Motors жануарларды сынаққа тартты және оларды анестезияға салып, сынақ аяқталғаннан кейін өлтіретінін ұсынды. Мичиган университетінің Жол қауіпсіздігі зерттеу институтының беделі нашарласа да, бавиандарды пайдалануды тоқтатудың себебі осы емес деп айтылды. Мичиган университетінің миссиясы – адамдар үшін қауіпсіз көліктер жасау. Осы мақсатқа жету үшін зерттеулер мен сынақтар қажет. Жануарларды сынаққа тартудың қатыгездігі мен моральдық дилеммалары зерттеушілерді оларды сынау субъектілері ретінде пайдаланудан тоқтатуға мәжбүр етпеді. Олар биомеханикалық мәліметтердің осындай эксперимент үшін қажет екенін, бұл қауіпсіз көліктерге әкелетінін еске салды.

By the mid 1950s, the bulk of the information cadaver testing could provide had been collected. It was also necessary to collect data on accident survivability, research for which cadavers were woefully inadequate. In concert with the shortage of cadavers, this need forced researchers to seek other models. A description by Mary Roach of the Eighth Stapp Car Crash and Field Demonstration Conference shows the direction in which research had begun to move. "We saw chimpanzees riding rocket sleds, a bear on an impact swing We observed a pig, anesthetized and placed in a sitting position on the swing in the harness, crashed into a deep dish steering wheel at about 10 mph." One important research objective that could not be achieved with either cadavers or live humans was a means of reducing the injuries caused by impalement on the steering column. By 1964, over a million fatalities resulting from steering wheel impact had been recorded, a significant percentage of all fatalities; the introduction by General Motors in the early 1960s of the collapsible steering column reduced the risk of steering wheel death by fifty percent. Pigs were used for steering wheel impacts and other cabin collisions because they have an internal structure similar to humans, and can be easily placed correctly via sitting upright in the vehicle. Although animal test data were still more easily obtained than cadaver data, the anatomical differences between animals and people and the difficulty of employing adequate internal instrumentation limited their usefulness. Animal testing is no longer practiced by any of the major automobile makers; General Motors discontinued live testing in 1993 and other manufacturers followed suit shortly thereafter. In 1980, animals such as bears and pigs were tested in car crash simulations. This led to moral dilemmas and was not the first time that animals were used in car crashes. In 1978, The University of Michigan Highway Safety Research Institute used baboons as a substitute for human test subjects in car crashes. Although there was the objection of animal cruelty that arose, there was also the controversy of how they are similar to humans and can be used as a sufficient testing substitution for us. General Motors used animals for testing, and also suggested that they put the animals under anesthesia and then would kill the animals after completing the testing. Although the University of Michigan Highway Safety Research Institute did get bad publicity, it was suggested that this is not the reason why they stopped using baboons. The University of Michigan's mission was to create safer cars for human use. In order to reach this goal, research and testing is inevitable. The cruelty and the moral dilemmas of animal testing did not trump researchers still using them as subjects. They reasoned that biomechanics data are needed for an experiment like this, which will lead to safer cars.

Дүмбілік эволюция

Арнайы манекендердің саны артып келеді, олар әйелдер, балалар, қарттар, семіз адамдар, қабырға және омыртқаға тиетін соққылардың салдарынан болатын қауіпсіздікті жақсарту үшін деректер жинауға қолданылады. THOR өте жетілген манекен, себебі ол сенсорларды пайдаланады және адам сияқты омыртқа, жамбасқа ие, сондай-ақ 6DOF (алты еркіндік дәрежесі) қозғалысында мойынның қозғалысын тіркей алады. Гибрид III деп аталатын манекендердің арнайы түрлері алдыңғы соққылардың әсерін зерттеу үшін жасалған, ал олар бүйірлік соққылар, артқы соққылар немесе аударылыс сияқты басқа да соққылардың әсерін бағалауда тиімділігі төмен. Гибрид III манекендері нақты жасқа сәйкес жасалады, мысалы, әдеттегі он жасар, алты жасар, үш жасар бала және ересек ер адам. Бұл манекендерді Samuel W. Alderson Alderson Research Labs (ARL) және Sierra Engineering Co. компаниялары ұшақтан шығу орындықтарын, авиациялық шлемдерді және ұшқыштарды бекіту құрылғыларын сынау үшін жасады. Бұл сынақтарда 1000 км/сағ (600 миль/сағ) жылдамдыққа дейін жеделдейтін зымыран шаналары қолданылды, бұл жылдамдыққа адамдардың төзе алу мүмкіндігінен асып түседі. 1950 жылдардың басында Альдерсон мен Грумман автомобильдер мен ұшақтардағы соқтығысу сынақтарын жүргізу үшін қолданылатын манекенді жасады. Алғашқы "Sierra Sam" 95-ші пайыздық еркек манекені болды (адам еркектерінің 95% -ынан ауыр және биік). Альдерсон General Motors және Ford компаниялары үшін арнайы жасалған, бірақ сондай-ақ Ұлттық Стандарттар Бюросы қолданған VIP 50 сериясын жасауға көшті. Sierra компаниясы бұған жауап ретінде "Sierra Stan" деп аталатын бәсекелес манекенді ұсынды.

I және II гибридтер

General Motors, сенімді және берік манекенді әзірлеуде бастама көтерген компания, Sierra модельдерінің ешқайсысының өзінің қажеттіліктерін қанағаттандырмағанын анықтады. GM инженерлері VIP сериясының және Sierra Stan-нің ең жақсы қасиеттерін біріктіруге шешім қабылдады, осылайша 1971 жылы Hybrid I пайда болды. Hybrid I, «50-ші пайыздық еркек» манекені деп белгіленді. Яғни, ол орташа еңбектің бойы, салмағы және пропорциялары бойынша модельделген. Автомобиль инженерлері қоғамымен (SAE) бірлесіп, GM бұл үлгіні өзінің бәсекелестерімен бөлісті. Осыдан кейін манекендерді одан әрі күрделендіру үшін көп жұмыс жасалды. 1972 жылы Hybrid II ұсынылды, оның иығы, омыртқасы және тізелері жақсартылды, сондай-ақ құжаттамасы да күшейтілді. Hybrid II автомобильдердің белдік және иық белдіктерін сынау үшін Американың Федералды автокөлік қауіпсіздігі стандартына (FMVSS) сәйкес келетін алғашқы манекен атанды. 1973 жылы 50-ші пайыздық еркек манекені жарыққа шықты, ал Ұлттық автомобиль жолдары қозғалысы қауіпсіздігі басқармасы (NHTSA) General Motors компаниясымен бірнеше нақты салаларда Hybrid II-нің көрсеткіштерін басып өтетін модель жасау туралы келісімге келді. Стандартталған сынақтар үшін өлекселерге қарағанда үлкен жетістік болғанымен, Hybrid I және Hybrid II әлі де жетілмегендікке толы болды, олардың қолданылуы қауіпсіздік белдіктерінің жобаларын әзірлеу және сынаумен шектелді. Жарақаттарды азайту стратегияларын зерттеуге мүмкіндік беретін манекен қажет болды. Осы қажеттілік GM зерттеушілерін қазіргі Hybrid желісін, Hybrid III отбасысының соққы сынақтарына арналған манекендерін жасауға итермеледі.

Гибрид III отбасы

Гибрид III, 1976 жылы алғаш пайда болған 50-ші пайыздық еркек манекені, бұл таныс соқтығысу сынағының манекені, және қазір ол отбасылық адам. Егер тік тұрса, оның бойы 175 см (5'9") және салмағы 77 кг (170 фунт) болар еді. Ол Барлық Сақтандыру Институтының (IIHS) 65 км/сағ (40 миль/сағ) жылдамдықтағы майысқан алдыңғы соқтығысу сынақтарында жүргізуші орнында отырады. Оған "үлкен ағасы" – 95-ші пайыздық Гибрид III қосылады, оның бойы 188 см (6 фут 2 дюйм) және салмағы 100 кг (223 фунт). Гибрид III әйел манекенінің бойы 152 см (5 фут) және салмағы 50 кг (110 фунт). Үш Гибрид III бала манекені – он жастағы, 21 кг (47 фунт) салмақты, алты жастағы және 15 кг (33 фунт) салмақты үш жастағы балаларды бейнелейді. Балалар модельдері – соқтығысу сынағы манекендері отбасына соңғы қосылған мүшелер; балаларға апаттың әсері туралы деректер өте аз болғандықтан және мұндай деректерді алу қиын болғандықтан, бұл модельдер көбінесе бағалаулар мен жуықтауларға негізделген. Гибрид III-тің басты артықшылығы – мойынның алға қарай иілу және бас айналу реакциясының жақсаруы, ол адамның реакциясын жақсырақ имитациялайды. Үш, алты және он жастағы балаларға арналған Гибрид III манекенінің шектеулері бар, ол адамның алдыңғы соқтығысу кезінде сезетін физикалық әсерді толыққанды қамтамасыз етпейді. Үш жастағы Гибрид III манекенін сынау кезінде, алдыңғы соқтығыстар мойын омыртқасының жарақаттануына әкелуі мүмкін екені анықталды. Шын мәніндегі деректерді пайдаланғанда, нәтижелер Гибрид III имитациялаған жарақаттармен сәйкес келмеді. Осы мәселені шешу үшін THUMS (Total Human Model of Safety) құрылды. Оның орнына FE моделі осы критерийлерге сәйкес тиімді пайдаланылуы мүмкін. Дамыту 1990 жылдары басталған, ал Ұлттық автомобиль жолдары қозғалысы қауіпсіздігі басқармасының (NHTSA) Humanetics компаниясымен жасасқан келісімі бойынша соңғы жаңарту 2013 жылы жасалды. Одан бері Еуропаның жаңа автомобильдерді бағалау бағдарламасы THOR-ды сынау протоколына енгізген алғашқы мекеме болды, бұл жүргізуші орнындағы орташа өлшемді Гибрид III еркек манекенін алмастырды.

Hybrid III, the 50th percentile male dummy which made its first appearance in 1976, is the familiar crash test dummy, and he is now a family man. If he could stand upright, he would be 175 cm (5'9") tall and would have a mass of 77 kg (170 lb). He occupies the driver's seat in all the Insurance Institute for Highway Safety (IIHS) 65 km/h (40 mph) offset frontal crash tests. He is joined by a "big brother", the 95th percentile Hybrid III, at 188 cm (6 ft 2 in) and 100 kg (223 lb). Ms. Hybrid III is a 5th percentile female dummy, at a diminutive 152 cm (5 ft) tall and 50 kg (110 lb). The three Hybrid III child dummies represent a ten year old, 21 kg (47 lb) six year old, and a 15 kg (33 lb) three year old. The child models are very recent additions to the crash test dummy family; because so little hard data are available on the effects of accidents on children and such data are very difficult to obtain, these models are based in large part on estimates and approximations. The primary benefit provided by the Hybrid III is improved neck response in forward flexion and head rotation that better simulates the human. The Hybrid III dummy for three , six and ten year olds has its limitations, and does not provide the same physical outcome a human would encounter with a frontal crash. It was found that when testing the three year old Hybrid III dummy, it showed that frontal crashes would most likely cause cervical spine injuries. When using data from the real world, the results did not match up to the Hybrid III stimulation injuries. To get around this, THUMS was created which stands for Total Human Model of Safety. Instead, the FE model can be appropriately implemented for these criteria. Although development started in the 1990s, with the latest design update by the National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) in contract with Humanetics, the first new prototypes were delivered in 2013. Since then, Europe's New Car Assessment Program became the first agency to adopt THOR into testing protocols, replacing the Hybrid III mid sized male in the driver's seat.

THOR-5F шағын әйел

THOR-дың кіші әйел нұсқасы еркек нұсқасының технологиясына негізделген, бірақ фронталды соқтығысу сынақтарында әйелдерді бейнелеу үшін әйел дене бітіміне сәйкес антропометриялық ерекшеліктері көбірек. Вирджиния университетінің қолданбалы биомеханика орталығы 2019 жылы жариялаған мақаласында әйелдердің автомобильде жарақат алу қаупі жоғары екені айтылды, бұл әйелдерге қатысты соқтығысу сынақтары мен қорғау шараларын қайта қарауға түрткіс болды. THOR манекендерінің денесінде 150-ден астам деректерді жинау каналдары орналасқан.

Жауынгерлік жарақаттарды бағалау манекені (WIAMan)

WIAMan – әскерилердің денесінің астынан жарылысқа (UBB) ұшырағанда скелетке тиетін зақымды бағалауға арналған сынақ манекені. АҚШ Армиясы мен Diversified Technical Systems (DTS) бірлесіп жасаған жобада антропоморфты сынақ құрылғысы, манекендегі деректерді жинау және сенсорлық шешімдер қарастырылған. 2015 жылдың ақпан айында басталган жобадан бері WIAMan прототипінің екі буыны зертханалық сынақтардан және дала жағдайындағы жарылыстардан өтті. 2018 жылы прототиптің жеткізілуімен WIAMan көлік құралдарына қатысты дене астындағы жарылыстардың әсерін бағалайды және жердегі көлік жүйелеріндегі әскерилерге қауіпті бағалайды. WIAMan жобасының мақсаты – әскери көліктер мен жеке қорғаныс құралдарын жетілдіру үшін қажетті деректерді жинау. WIAMan және IED жарылысын модельдеуге арналған платформа үздіксіз сынақтан өтуде. Армия алдында тұрған міндет – адам денесі сияқты қозғалатын, дәл нәтиже беруге қабілетті сынақ манекенін жасау. Армия манекенді «биофидельді» етуге жұмыс істеп жатыр, яғни оның қозғалысы адам қозғалысына ұқсас болуын қамтамасыз етуде. 175 см бойы және 84 кг салмағы бар WIAMan орташа әскердің дене бітімі мен қозғалысына негізделген. DEVCOM талдау орталығы (DAC) WIAMan деректерін Manikin Data Analysis, немесе AMANDA деп аталатын бағдарламалық талдау құралы арқылы өңдейді. 2022 жылдың 2 ақпанында AMANDA АҚШ Армиясының сынақ және бағалау басқармасынан тікелей атыс сынағы мен бағалауда пайдалану үшін аккредиттелді.

Аялдар сынақ манекендері

Соқтығысу сынағы манекендері көбінесе ерлерге негізделген, тіпті АҚШ-та сатылатын жаңа автомобильдердің 62% әйелдерге тиесілі. Бұл осы демографиялық топ үшін автомобиль қауіпсіздігі мен эргономика саласындағы кемшіліктерге әкеліп соқтырады. 2003 жылы Ұлттық автомобиль жолдары қауіпсіздігі басқармасы (NHTSA) соқтығысу сынағына әйел Hybrid III манекенін енгізді. Бұл манекен 1970 жылдардың ортасындағы стандарттар бойынша әйелдердің 5-ші процентилін бейнелейтін, еркек манекенінің кішірейтілген нұсқасы болды. 2002 жылы Volvo жүкті әйелді бейнелейтін виртуалды соқтығысу сынағы манекенін жасады. Чалмерс технология университетімен бірлесіп, олар орташа есімді әйелдің компьютерлік моделін жасап, мойынның шалқаюына қарсы қорғау жүйесін жетілдірді. Басқа автомобиль компаниялары да қауіпсіздік сынақтарында апаттарды модельдеу үшін компьютерлік модельдерді пайдаланады. 2023 жылдың мамыр айында Швецияның Линчепинг қаласындағы Швецияның Ұлттық жол және көлік зерттеу институтында әлемдегі алғашқы әйелдер соқтығысу сынағы манекені қолданылды. Доктор Астрид Линдер зерттеушілер тобын басқарып, әйелдердің бойы мен салмағын 50-ші және 25-ші процентильде бейнелейтін әйелдер соқтығысу сынағы манекенін жасады. Модель әйелдердің денесінің ерлерге қарағанда мойынның шалқаюы сияқты басқа жарақаттарға көбірек бейім екенін көрсеткен апат статистикасы негізінде құрылды. Әйелдер манекенін жасауға Еуроодақ жобасы көмектесті.

Сынау тәртібі

Әрбір Hybrid III апаттық сынақтан бұрын калибровкаланады. Басы алынып, бас жабдықтарын калибровкалау үшін төмен түсіріледі. Содан кейін бас және мойын қайтадан бекітіліп, қозғалысқа келтіріліп, мойынның дұрыс иілуін тексеру үшін күрт тоқтатылады. Гибридтер шамыз терісімен жабылады; тізелердің дұрыс тесілуін тексеру үшін металл зондпен соққыға ұшыратылады. Соңында бас пен мойын денеге бекітіледі, ол сынақ платформасына орнатылады және қабырғалардың қалыпты иілуін қамтамасыз ету үшін ауыр маятникпен кеудеге күшті соққы беріледі. Манекен сынаққа дайын деп табылғаннан кейін, зерттеушілерге баяу жылдамдықтағы бейнежазбаларды қарау кезінде көмектесу үшін калибровкалық белгілер басқа бекітіледі. Содан кейін манекен сынақ көлігіне орналастырылып, отыру позына келтіріліп, бас және тізелеріне белгілер қойылады. Hybrid III-тің барлық бөліктерінде орналасқан 58-ге дейінгі деректер арналары, бастан аяққа дейін, әдеттегі 100-150 миллисекундық апат кезінде 30 000 мен 35 000 аралығындағы деректерді жазады. Бұл деректер манекеннің кеудесіндегі уақытша сақтағышта сақталады, содан кейін сынақ аяқталғаннан кейін компьютерге жүктеледі. Гибрид – стандартталған деректерді жинау құрылғысы болғандықтан, нақты Hybrid түрінің кез келген бөлігі басқасымен алмастырылуы мүмкін. Бір манекенді бірнеше рет сынауға болады, егер бөліктерінің бірі бұзылса, оны жаңасына ауыстыруға болады. Толық жабдықталған манекеннің құны шамамен 150 000 евроға жетеді.

Орындық және тұрақтандыру

Үш жастағы балалардың өлімі жиірек болады, өйткені осы жаста дұрыс отыру өте маңызды. Кейбір елдерде балалар осы жаста көліктің артқы жағына қарап отырудан алдыңғы жағына қарап отыруға көшеді. Үш жасар балаларды бекіту және олардың орналасуы бойынша зерттеу жүргізілді. Нәтижесінде, алдыңғы орындықта бекітілген балалардың өлім-жітім көрсеткіші, артқы орындықта бекітілмеген балаларға қарағанда төмен екені анықталды. BioRID – артқы соққының әсерін бағалауға арналған манекен. Оның басты мақсаты – мойынның жарақаттануын зерттеу және конструкторларға тиімді бас және мойын тіректерін жасауға көмектесу. BioRID, Hybrid-ке қарағанда омыртқа құрылысы жағынан күрделірек; 24 омыртқа симуляторы BioRID-ке әлдеқайда табиғи отыру позын қабылдауға және артқы соқтығыстарда байқалатын мойынның қозғалысын және конфигурациясын көрсетуге мүмкіндік береді. CRABI – балаларға арналған манекен, ол қауіпсіздік белдіктері мен қауіпсіздік жастықшаларын қоса алғанда, балаларды бекіту құрылғыларының тиімділігін бағалау үшін қолданылады. CRABI-нің үш моделі бар: 18 айлық, 12 айлық және 6 айлық балаларды бейнелейді. FGOA – бірінші буынның семіз адамның антропометриялық сынақ құрылғысы, оны семіз жолаушылар үшін автомобиль қауіпсіздігінің мәселелерін зерттеу үшін пайдалануға болады, олардың автомобиль апатында қаза болу қаупі семіз емес жолаушыларға қарағанда жоғары деп есептеледі. THOR – қазіргі уақытта нарықтағы ең жетілген манекен. Линда жүктіліктің 36-шы аптасында жасалған, жоғары жылдамдықтың жатырға, плацентаға және ұрыққа тигізетін әсерін талдау үшін қолданылады. Жануарлар моделі құлап қалу жағдайында итке арналған қауіпсіздік баулары мен тасымалдау жәшіктерінің қауіпсіздігін тексеру үшін пайдаланылды.

Реттеу

АҚШ ережелері мен жаһандық техникалық ережелерді сақтау және қауіпсіздік пен орындық дизайнында түсінікті болу үшін манекендерде H нүктесі сияқты арнайы белгіленген анықтамалық нүктелер болады; олар, мысалы, автомобиль дизайнында да пайдаланылады.

Танымал мәдениет

1986 жылы АҚШ Көлік министрлігінің бөлімшесі – Ұлттық автомобиль жолдары қозғалысы қауіпсіздігі басқармасы (NHTSA) журналдарда және теледидарда екі сөйлейтін апат манекенін – Винсті (дауыстаған Джек Бернс, ойнаған Тони Рейтано) және Ларриді (дауыстаған Лоренцо Музыка, ойнаған Том Харрисон, кейін Уитни Райдбекпен ауыстырылды) таныстырған қоғамдық қызмет туралы хабарламалар жариялады. Олар өздерінің комедиялық әрекеттері арқылы қауіпсіздік белбеулерін пайдаланудың маңыздылығын көрсетті, ал слогандары – «Манекеннен көп нәрсе білуге болады». 1999 жылы науқан аяқталған кезде қауіпсіздік белбеулерін пайдалану 21%-дан 67%-ға дейін өсті. Содан бері апат манекені кейіпкерлері қауіпсіздік белбеулерін пайдалану науқандарында, әсіресе балаларға бағытталған науқандарда қолданылып келеді. 1990 жылдардың басында Tyco Toys компаниясы NHTSA теледидар жарнамаларындағы кейіпкерлерге негізделген «The Incredible Crash Dummies» атты әрекеттік фигуралар желісін жасады. Олар ішіндегі түймешікті басып тұрғанда бір-бірінен ажыратылатын болды. Сонымен қатар, қабырғаға соқтығысып, сындырылатын көліктер де шығарылды. Манекендер мен көліктерді қайта құрастыру оңай болды. Олар «Қайратты апат манекендерінің оқиғалары» атты жарты сағаттық телеарнайы бағдарламасын тудырды. Өз заманы үшін бірегей болған бұл мультфильм толығымен 3D компьютерлік анимация әдістерін қолдана отырып түсірілді. Комикстер сериясы және Nintendo Entertainment System, Super Nintendo Entertainment System, Game Boy және басқа ойын консольдары үшін бейне ойын шығарылды. 2004 жылы FOX телеарнасы үшін «Crash Dummies» атты анимациялық қысқа фильмдер сериясы тапсырылды. Mattel Hot Wheels брендінің ұқсас ойыншықтары шығарылды. MythBusters телесериалы қауіпті эксперименттер үшін «Бустер» атты Hybrid II модельді сынақ манекенін пайдаланды. Сонымен қатар, егер тәжірибе жеткілікті қауіпсіз болса, шоуда үй иелерінің өздерін сынақ субъектілері ретінде пайдаланумен қатар, бірқатар симуляторлар да қолданылды. Discovery Kids балалар білім беру сериясы «Crash Test Danny»-де басты кейіпкер – тірі сынақ манекені, оны Бен Лэнгли ойнады, ол ғылымның атынан талқандалады, жарылады және бөлшектеледі. 2014 жылы Secret Exit Ltd. компаниясы «Turbo Dismount» атты ойын шығарды, онда ойыншы апат манекенін әртүрлі көліктерге отырғызып, оларды апатқа жібереді. 2020 жылы актер Амир Хан Үндістанның CEAT Tyres компаниясының жарнамаларында сынақ манекені рөлін ойнады.

In 1986, the National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA), a division of the United States Department of Transportation, launched a series of public service announcements in magazines and on television featuring two talking crash dummies named Vince (voiced by Jack Burns) (played by Tony Reitano) and Larry (voiced by Lorenzo Music) (played by Tom Harrison, later replaced by Whitney Rydbeck) who modelled seat belt safety practices through their slapstick antics, with the slogan "You Could Learn a Lot from a Dummy". By the time the campaign was retired in 1999, seat belt usage had risen from 21% to 67%. Since then crash dummy characters have continued to be used in seat belt safety campaigns, especially those aimed at children. In the early 1990s, Tyco Toys created a line of action figures called The Incredible Crash Dummies based on the characters from the NHTSA television advertisements. They were intended to fall apart at the touch of a button on their abdomens. Vehicles that could be crashed into walls and broken were also produced. Dummies and vehicles were easily reassembled. They prompted a half hour television special, The Adventures of the Incredible Crash Dummies. Unique for its time, the cartoon was produced entirely using 3D computer animation techniques. A comic book series and a video game for the Nintendo Entertainment System, Super Nintendo Entertainment System, Game Boy and other gaming consoles were produced. In 2004, a series of "Crash Dummies" animated shorts were commissioned for the FOX network. Related toys from Mattel's Hot Wheels brand were produced. The television series MythBusters employed a Hybrid II model crash test dummy, "Buster", for dangerous experiments. Additionally, the show utilized a number of simulaids in addition to using the hosts themselves as the test subjects if the experiment was safe enough. In Discovery Kids children's educational series Crash Test Danny, the title character is a living crash test dummy, played by Ben Langley, who gets crushed, blown up, and pulled apart in the name of science. In 2014, Secret Exit Ltd. released Turbo Dismount, a game where the player puts a crash test dummy in different vehicles to send them off into crashes. In 2020, actor Aamir Khan played a crash test dummy in a series of advertisements for Indian tire manufacturer CEAT Tyres.