Pratici ed ecologici, i monopattini elettrici offrono una grande flessibilità, non sorprende che sempre più persone utilizzino questo mezzo di trasporto. Tuttavia, la crescente popolarità è stata accompagnata da un aumento degli incidenti che hanno provocato decessi e gravi lesioni.
Il rischio associato a questi mezzi di locomozione è ampiamente sottovalutato, in risposta a ciò, nell’ambito del progetto Humad, i ricercatori della Fraunhofer-Gesellschaft con sede in Germania, hanno studiato un tipico scenario di incidente e le lesioni associate. Gli esperti hanno anche testato nuovi materiali per caschi e dispositivi di protezione, questi potrebbero fornire una migliore protezione rispetto ai prodotti convenzionali.
Il futuro della mobilità è già qui: tutta una serie di nuovi tipi di veicoli come e-bike, cargo bike e monopattini elettrici (noti anche come e-scooter) stanno sfrecciando per le nostre città. Si stanno aprendo nuove opportunità per una flessibile mobilità rispettosa dell’ambiente, ma ciò presenta anche nuovi pericoli e rischi per la sicurezza.
I pericoli associati ai monopattini elettrici, o “veicoli elettrici leggeri personali”, come vengono ufficialmente chiamati, sono abbastanza chiari. I dati dell’Ufficio federale di statistica tedesco ne danno una prova conclusiva: nel 2020, la Germania ha registrato un totale di 2.155 incidenti che ha coinvolto i monopattini elettrici, con cinque persone che sono decedute e 386 rimaste gravemente ferite. Il conducente del monopattino elettrico, nel 75% dei casi, è stato responsabile dell’incidente. Particolarmente frequenti sono stati gli incidenti in cui il conducente ha perso il controllo del proprio veicolo. Le cause erano spesso l’eccesso di velocità o la guida nella direzione sbagliata. In molti casi, l’alcol ha avuto un ruolo significativo.
Crash test e simulazioni
Ricercatori del Fraunhofer Institute for High-Speed Dynamics, Ernst-Mach-Institut, EMI e del Fraunhofer Institute for Mechanics of Materials IWM, entrambi con sede a Friburgo, nell’ambito del Progetto di ricerca Humad (Human Accident Dynamics), hanno avviato uno studio sulla sicurezza in caso di incidente con monopattino elettrico. L’obiettivo era indagare sul decorso degli incidenti tipici, determinare il rischio associato di lesioni e, allo stesso tempo, valutare l’idoneità di dispositivi di protezione come caschi e protezioni per le ginocchia.
Il team di ricercatori Fraunhofer EMI è stato responsabile dei crash test, mentre il team di Fraunhofer IWM ha analizzato i dispositivi di protezione. Entrambi gli istituti hanno una vasta esperienza nella ricerca sugli incidenti.
Matthias Boljen, capo del gruppo di ricerca Human Body Dynamics presso Fraunhofer EMI, e il suo team hanno utilizzato l’esempio di una collisione con un marciapiede per concentrarsi su un tipo molto comune di incidente con il monopattino elettrico: la collisione di un solo veicolo (un incidente senza coinvolgimento di un altro utente della strada).
Matthias Boljen ha affermato:
«Abbiamo lavorato con un manichino per crash test, proprio come nei crash test condotti nell’industria automobilistica. Il manichino è stato posizionato sul modello di monopattino elettrico e guidato contro un marciapiede con impatto ad angoli di 60° e 90° e a velocità di 10, 20 e 30 km/h».
Le telecamere ad alta velocità durante i test hanno mostrato come il corpo viene catapultato in aria, volando sopra il manubrio, lanciato per diversi metri, a seconda della velocità dell’impatto, prima di schiantarsi al suolo. I crash test hanno dimostrato in tutti gli scenari testati che possono verificarsi lesioni gravi, in particolare lesioni alla testa.
Matthias Boljen ha detto: «È stato doloroso guardare i video durante l’analisi, anche le ginocchia sono a rischio di infortunio».
Diverse variabili: velocità e angolo di collisione
Matthias Boljen e il suo team, parallelamente ai crash test, hanno anche analizzato lo scenario dell’incidente in simulazioni agli elementi finiti. Il monopattino elettrico e il conducente sono stati riprodotti digitalmente, sono state definite le leggi di conservazione della quantità di moto, massa ed energia, nonché le proprietà dei materiali del veicolo e del modello umano. Il software di simulazione nell’analisi ha mostrato quali accelerazioni agiscono sulla testa e sulle ginocchia. Gli esperti hanno quindi utilizzato questi valori per determinare la probabilità che alcune lesioni si verificassero a queste parti del corpo.
Matthias Boljen ha detto:
«I crash test con il manichino e le simulazioni numeriche con il modello umano hanno portato entrambi alla stessa conclusione, anche a una velocità apparentemente bassa di soli 10 km/h, una collisione con un angolo di 90° provoca enormi accelerazioni di 170 g sul corpo umano. È quindi altamente raccomandato indossare un casco e indumenti protettivi, poiché riducono la probabilità di gravi lesioni. Nessun casco, però, può impedire le accelerazioni che agiscono sulla testa in caso di urto diretto, il rischio di lesioni cerebrali traumatiche, a rigor di termini, esiste indipendentemente dal fatto che il conducente indossi il casco o meno».
Necessità di ricerca su caschi e dispositivi di protezione
I ricercatori hanno anche scoperto che la velocità di impatto della testa misurata nella simulazione supera la velocità massima di impatto di 5,4 m/s stabilita nella norma di prova DIN EN 1078 per la sicurezza del casco da bicicletta. I tradizionali caschi da bicicletta e gli indumenti protettivi in altre parole riducono la gravità dell’impatto, ma non offrono una protezione completa in caso di collisione con oggetti duri.
È qui che entra in gioco l’esperienza dei ricercatori del Fraunhofer Institute for Mechanics of Materials IWM, da oltre 50 anni analizzano i materiali e ne valutano l’idoneità per determinate applicazioni. Utilizzano a tale scopo anche crash test ed eseguono altri test per determinare gli effetti meccanici sui materiali. Hanno studiato l’idoneità e l’effetto protettivo dei nuovi materiali per il Progetto di ricerca Humad (Human Accident Dynamics).
Concetti di protezione innovativi basati sulla bionica
Jörg Lienhard, responsabile per la Sicurezza dei componenti e costruzioni leggere, ha detto:
«Gli indumenti protettivi utilizzano spesso materie plastiche con una struttura a nido d’ape. I nostri test in laboratorio hanno dimostrato che i materiali con una struttura TPMS (triply periodic minimal surface) offriva una protezione migliore contro gli effetti cinetici».
La struttura TPMS è caratterizzata da elementi ripetuti che formano una struttura aperta “ariosa”, questa struttura è particolarmente efficace nel distribuire l’energia cinetica degli urti su tutta la superficie, riducendo così la pressione sulle aree di impatto. Il concetto ha origine dalla bionica, prendendo ispirazione dalla natura, ad esempio, gli esoscheletri di chitina degli insetti hanno questo tipo di struttura.
Jörg Lienhard ha detto:
«I caschi e gli indumenti protettivi TPMS potrebbero essere stampati in 3D utilizzando tutti i tipi di materiali, oltre al processo FDM (fused deposition modeling) per termoplastici e stereolitografia convenzionale, il metodo DLP (elaborazione digitale della luce) è particolarmente adatto per la produzione su larga scala di strutture in plastica».
La lavorazione è simile alla stereolitografia in quanto l’elemento viene costruito strato dopo strato, al contrario, il metodo DLP (elaborazione digitale della luce), utilizza la luce UV generata da un proiettore, significa che l’intero strato può essere polimerizzato in una volta. Diversi strati uno sopra l’altro conferiscono al materiale la forma e la struttura desiderate. Il materiale viene polimerizzato mediante irraggiamento. Nelle aree non esposte, il materiale drena semplicemente, lasciando dietro di sé cavità caratteristiche dei materiali TPMS.
I processi di stampa 3D sono molto flessibili, individualmente consentono di produrre componenti legati alla sicurezza, o persino parti di veicoli per ciascuna applicazione e il suo tipico profilo di rischio: con il metodo DLP (elaborazione digitale della luce), questo è ora possibile su più ampia scala.
Il Progetto di ricerca Humad (Human Accident Dynamics) sottolinea che grazie al loro ridotto ingombro e flessibilità, i monopattini elettrici offrono una soluzione ecologica per la mobilità nelle aree urbane. Tuttavia, è importante trattarli come se fossero automobili, guidando in modo sicuro e responsabile. Ove possibile, indossare sempre un casco e indumenti protettivi.
I ricercatori della Fraunhofer-Gesellschaft guardando al futuro della mobilità urbana, sperano che saranno resi disponibili dispositivi di protezione come caschi e protezioni per le ginocchia, nonché speciali ammortizzatori leggeri, progettati specificamente per determinati veicoli, stanno già pianificando la prossima fase di crash test e simulazioni, esamineranno anche i movimenti riflessi del conducente durante un incidente e come questi influiscano sul rischio di lesioni.
