La nuova ricerca in biomeccanica misura l’impatto delle immersioni con la testa, mani e piedi, e la probabilità di lesioni a diverse altezze di immersione, fornendo raccomandazioni basate sui dati per immersioni sicure e un modello in forme differenti per misurarne l’impatto con il tuffo in acqua.
I ricercatori per quanto riguarda persone non addestrate, in caso di immersione con la testa, hanno scoperto che le lesioni alla colonna vertebrale e al collo sono probabili con tuffi al di sopra degli otto metri; in caso di immersione con le mani le lesioni alla clavicola sono probabili con tuffi al di sopra dei 12 metri; in caso di immersione con i piedi, le lesioni al ginocchio sono probabili con tuffi al di sopra dei 15 metri.
Sunghwan Jung, professore di ingegneria biologica e ambientale presso il College of Agriculture and Life Sciences, tra gli autori dello studio “Slamming Dynamics of Diving and its Implications for Diving-Related Injuries” pubblicato il 27 luglio 2022 nella rivista Science Advances, ha detto:
“L’acqua è 1.000 volte più densa dell’aria, quindi con un impatto enorme si passa da un elemento molto diluito a un elemento molto denso. Gli esseri umani possono scegliere come immergersi, per questo abbiamo voluto esaminare l’effetto della posizione in cui si immergono. Volevamo anche elaborare una teoria più universale o generale su come gli oggetti o la parte anteriore del capo di forma differente si immergono nell’acqua, quindi abbiamo esaminato l’impatto d’immersione sia degli esseri umani in diverse posture, sia degli animali e abbiamo misurato le forze di impatto delle diverse forme”.
I ricercatori hanno utilizzato modelli stampati in 3D di una testa e di un busto umani a grandezza naturale, un busto e testa con braccia distese e piedi, nonché modelli di una testa di Focena del porto, di un becco di Sula settentrionale e un piede di Lucertola basilisco per esaminare l’impatto sulla superficie dell’acqua rispettivamente di forme curve, appuntite e piatte. Hanno immerso gli oggetti in acqua e misurato le forze che agiscono su di essi e la loro distribuzione nel tempo, sono stati in grado di sviluppare un modello teorico che descrive l’aumento della forza sulle varie forme e come queste forze aumentino con l’altezza dell’immersione. Hanno poi messo in relazione l’altezza e l’impatto con la forza che i muscoli, i legamenti e le ossa umani possono sopportare e hanno trovato la probabilità di differenti lesioni – alla clavicola, alla colonna vertebrale e al ginocchio – a diverse altezze e in diverse posizioni di immersione.
Anupam Pandey, ricercatore nel laboratorio di Sunghwan Jung, ha detto:
«Nella biomeccanica umana esiste un’enorme letteratura sulle lesioni da caduta, soprattutto negli anziani, e sulle lesioni sportive, come le commozioni cerebrali, ma non conosco altri lavori sulle lesioni da immersione».
La ricerca potrebbe aiutare a orientare le persone verso scelte di immersione più sicure – un’immersione a piedi uniti, per esempio, è più sicura da postazioni più alte – e mette anche in evidenza quanto gli animali che si tuffano siano ben adattati a mitigare gli impatti delle immersioni. Le Sule settentrionali, per esempio, hanno angoli del becco meno profondi, consentono loro di immergersi in acqua fino a 24 metri il secondo. Gli autori riportano che i delfini hanno vertebre cervicali più corte e fuse in modo da conferire una grande forza al collo, impedendogli di flettersi e quindi costituire un ostacolo per il nuoto.
Comprendere in che modo gli animali o gli oggetti si interfacciano è uno degli obiettivi del più ampio programma di ricerca di Sunghwan Jung. Il suo laboratorio ha studiato la meccanica subacquea degli animali e come gli animali saltano fuori dall’acqua; un progetto in corso si concentra su come una volpe si tuffa nella neve.
Sunghwan Jung in conclusione ha detto:
«Come ingegneri, siamo molto bravi a far volare l’aereo in aria. Siamo bravi a far muovere un sottomarino in acqua, ma attraversare l’interfaccia, come si vede nel mondo animale, non è un compito facile, ed è qualcosa che interessa agli ingegneri, per esempio, avere un drone che passa dall’acqua all’aria o dall’aria all’acqua. Così forse questo studio può far luce sulla nuova progettazione ingegneristica, in futuro permetterebbe ai sistemi di fare questo. È fondamentale per noi capire la meccanica».
