Prácticos y ecológicos, los e-scooters ofrecen una gran flexibilidad. No es de extrañar que cada vez más personas utilicen este medio de transporte. Sin embargo, este aumento de popularidad ha ido acompañado de un aumento de accidentes que han resultado en lesiones graves.

El riesgo asociado con estos veloces runabouts se subestima ampliamente. En respuesta a esto, los investigadores de Fraunhofer estudiaron un escenario de accidente típico y las lesiones asociadas como parte del proyecto HUMAD. Los expertos también probaron nuevos materiales para cascos y equipos de protección. Estos podrían proporcionar una protección mucho mejor que los productos convencionales.

El futuro de la movilidad ya está aquí:toda una gama de nuevos tipos de vehículos, como bicicletas eléctricas, bicicletas de carga y scooters eléctricos (también conocidos como e-scooters) están zumbando por nuestras ciudades. Se abren nuevas oportunidades para una movilidad flexible y respetuosa con el medio ambiente, pero esto también presenta nuevos peligros y riesgos para la seguridad.

Los peligros asociados con los e-scooters, o "vehículos eléctricos ligeros personales", como se denominan oficialmente, son bastante claros. Las cifras de la Oficina Federal de Estadística de Alemania son una prueba concluyente de ello:en 2020, Alemania registró un total de 2.155 accidentes relacionados con e-scooters, de los cuales cinco personas murieron y 386 resultaron gravemente heridas.

En el 75 por ciento de los casos, el conductor del e-scooter fue responsable del accidente. Los accidentes en los que el conductor perdió el control de su vehículo fueron particularmente comunes. Las causas eran a menudo el exceso de velocidad o la conducción en la dirección equivocada. En muchos casos, el alcohol desempeñó un papel.

Pruebas de choque y simulaciones

Investigadores del Instituto Fraunhofer de Dinámica de Alta Velocidad, Ernst-Mach-Institut, EMI y el Instituto Fraunhofer de Mecánica de Materiales IWM, ambos ubicados en Friburgo, iniciaron un estudio sobre la seguridad en caso de colisión de e-scooter en el marco de la Proyecto de investigación HUMAD (Human Accident Dynamics).

El objetivo era investigar la evolución de los accidentes típicos, determinar el riesgo de lesión asociado y, al mismo tiempo, evaluar la idoneidad de los equipos de protección, como cascos y rodilleras. Fraunhofer EMI fue responsable de las pruebas de choque, mientras que el equipo de Fraunhofer IWM analizó el equipo de protección. Ambos institutos cuentan con una amplia experiencia en la investigación de accidentes.

El Dr. Matthias Boljen, jefe del grupo de investigación de Dinámica del cuerpo humano en Fraunhofer EMI, y su equipo utilizaron el ejemplo de una colisión con un bordillo para centrarse en un tipo muy común de accidente de e-scooter:colisión de un solo vehículo (un accidente no que involucre a otro usuario de la vía).

"Trabajamos con un maniquí de prueba de choque, al igual que en las pruebas de choque realizadas en la industria automotriz. El maniquí se colocó en el modelo réplica de e-scooter y se condujo contra un bordillo en ángulos de 60° y 90° y a velocidades de 10, 20 y 30 km/h", explica Boljen.

Durante las pruebas, cámaras de alta velocidad mostraron cómo el cuerpo es catapultado por los aires, sobrevolando el manubrio y lanzado varios metros, dependiendo de la velocidad del impacto, antes de estrellarse contra el suelo. Las pruebas de choque demostraron que pueden ocurrir lesiones graves, en particular lesiones en la cabeza, en todos los escenarios probados. "Fue doloroso ver los videos durante el análisis", dice Boljen. Las rodillas también corren el riesgo de lesionarse.

Diferentes variables:velocidad y ángulo de colisión

Paralelamente a las pruebas de choque, Boljen y su equipo también analizaron el escenario del accidente en simulaciones de elementos finitos. El e-scooter y el conductor se reprodujeron digitalmente y se definieron las leyes de conservación del impulso, la masa y la energía, así como las propiedades materiales del vehículo y el modelo humano. En el análisis, el software de simulación mostró qué aceleraciones actúan sobre la cabeza y las rodillas.

Luego, los expertos usaron estos valores para determinar la probabilidad de que ocurran ciertas lesiones en estas partes del cuerpo. "Las pruebas de choque con el maniquí y las simulaciones numéricas con el modelo humano llevaron a la misma conclusión", explica Boljen. Incluso a una velocidad aparentemente baja de solo 10 km/h, una colisión en un ángulo de 90° provoca enormes aceleraciones de 170 g en el cuerpo humano.

Por lo tanto, se recomienda encarecidamente usar casco y equipo de protección, ya que estos reducen la probabilidad de lesiones graves. “Sin embargo, ningún casco puede evitar las aceleraciones que actúan sobre la cabeza en caso de impacto directo; solo pueden reducir algunos componentes de estos hasta cierto punto. En rigor, el riesgo de lesión cerebral traumática existe si el conductor usa casco. o no", explica Boljen.

Necesidad de investigación sobre cascos y equipos de protección

Los investigadores también descubrieron que la velocidad de impacto en la cabeza medida en la simulación supera la velocidad de impacto máxima de 5,4 m/s estipulada en la norma de prueba DIN EN 1078 para la seguridad de los cascos de bicicleta. En otras palabras, los cascos de bicicleta convencionales y el equipo de protección reducen la severidad del impacto, pero no ofrecen una protección completa en colisiones con objetos duros.

Aquí es donde entra en juego la experiencia de los investigadores de Fraunhofer IWM. Durante más de 50 años, han estado analizando materiales y evaluando su idoneidad para determinadas aplicaciones. Para ello, también utilizan pruebas de choque y realizan otras pruebas para determinar los efectos mecánicos sobre los materiales. En HUMAD, investigaron la idoneidad y el efecto protector de nuevos materiales.

Conceptos de protección innovadores basados ​​en la biónica

El Dr. Jörg Lienhard, responsable de construcción ligera en la unidad de negocio de Seguridad de Componentes y Construcción Ligera, explica:"Los equipos de protección a menudo utilizan plásticos con una estructura de panal. Nuestras pruebas en el laboratorio mostraron que los materiales con una estructura TPMS (superficie mínima triplemente periódica) ofreció una protección mucho mejor contra los efectos cinéticos". La estructura TPMS se caracteriza por elementos repetidos que forman una estructura abierta "aireada".

Esta estructura es particularmente buena para distribuir la energía cinética de los golpes a través del área de la superficie, reduciendo así la presión en las áreas de impacto. El concepto se origina en la biónica, inspirándose en la naturaleza. Por ejemplo, los exoesqueletos de quitina de los insectos tienen este tipo de estructura.

Los cascos y el equipo de protección TPMS podrían imprimirse en 3D utilizando todo tipo de materiales. Según Lienhard, experto en Fraunhofer IWM, además del proceso FDM (modelado por deposición fundida) para termoplásticos y estereolitografía convencional, el método DLP (procesamiento de luz digital) es particularmente adecuado para la producción a gran escala de estructuras plásticas.

Es similar a la estereolitografía en que la pieza de trabajo se construye capa por capa. Sin embargo, en contraste, DLP usa luz ultravioleta generada por un proyector, lo que significa que toda la capa se puede curar a la vez. Varias capas superpuestas dan al material la forma y estructura deseadas. El material se cura mediante irradiación. En las áreas no expuestas, el material simplemente se drena, dejando cavidades que son características de los materiales TPMS.

Los procesos de impresión 3D son muy flexibles y permiten que los componentes relacionados con la seguridad o incluso las piezas del vehículo se produzcan individualmente para cada aplicación y su perfil de riesgo típico; con DLP, esto ahora es posible a mayor escala.

Conclusión del proyecto HUMAD:gracias a su pequeño espacio y flexibilidad, los e-scooters ofrecen una solución respetuosa con el medio ambiente para la movilidad en áreas urbanas. Sin embargo, es importante tratarlos como lo haría con un automóvil:conducir de manera segura y responsable. Siempre que sea posible, se debe usar un casco y equipo de protección.

Mirando hacia el futuro de la movilidad urbana, los investigadores de Fraunhofer tienen la esperanza de que estarán disponibles equipos de protección como cascos y protectores de rodilla, así como amortiguadores de choque ligeros especiales, que están diseñados específicamente para ciertos vehículos y escenarios de aplicación.

Los expertos de Fraunhofer ya están planificando la próxima fase de pruebas de choque y simulaciones. Estos también investigarán los movimientos reflejos del conductor durante un accidente y cómo estos afectan el riesgo de lesiones. + Explora más

El estudio de accidentes de scooter utiliza simulaciones para sugerir formas en que los ciclistas podrían reducir las lesiones cerebrales