По данным Центров по контролю и профилактике заболеваний, более 33000 американцев ежегодно умирают в автокатастрофах. Современные удерживающие системы спасают жизни, но некоторые смертельные случаи и травмы остаются, а сами удерживающие устройства могут вызвать некоторые травмы.
"Манекены для краш-тестов" помогают инженерам проектировать более безопасные автомобили, но предоставляют лишь ограниченную информацию о силах, которые испытывает тело во время удара. С другой стороны, компьютерные модели автомобильных аварий предоставляют более подробную информацию о том, как улучшить удерживающие устройства и другие системы безопасности. Эти модели также помогают исследователям моделировать эффекты тысяч переменных, которые будут слишком медленными для тестирования в физических краш-тестах.
"На манекене для краш-тестов действительно мало информации – всего около 20 точек данных," говорит Эшли А. Уивер, доцент Центра биомеханики травм Университета Тех-Уэйк Форест в Вирджинии и бывший научный сотрудник Национального научного фонда (NSF). "Модель человеческого тела дает нам гораздо больше, предсказывая повреждения органов, которых нет в манекене, например ушибы легких."
Исследовательская и инженерная сеть по травмам, связанным с авариями (CIREN), создала базу данных о реальных авариях транспортных средств, которую исследователи могут протестировать с помощью компьютерных моделей. Работая с Джоэлем Штицелем, аспирантами и сотрудниками Центра биомеханики травм, Уивер использовал поддерживаемый NSF суперкомпьютер Blacklight в Питтсбургском суперкомпьютерном центре и кластер DEAC в университете Уэйк-Форест, чтобы запустить тысячи симуляций на основе сотен случаев. При моделировании использовались виртуальные версии Toyota Camry и Chevrolet Cobalt.
Уивер работал с членами команды расширенной службы совместной поддержки Extreme Science and Engineering Discovery Environment (XSEDE) – сотрудниками, обладающими опытом во многих областях передовых вычислений, – которые помогли настроить киберинфраструктуру и рабочие процессы, необходимые для запуска моделирования.
XSEDE, поддерживаемый пятилетним грантом NSF на сумму 121 миллион долларов, предоставляет набор интегрированных цифровых ресурсов, которые ученые могут использовать для доступа к передовым вычислительным ресурсам, данным и опыту.
Используя общую модель безопасности человека, разработанную Центральной научно-исследовательской лабораторией Toyota, Уивер и ее команда показали, что моделирование может воспроизводить реальные модели травм и предсказывать детали, которые манекены для краш-тестов не могут предоставить.
Попутно они продемонстрировали, как вызывающий травмы стресс перемещается от ступни к голени, когда голова водителя попадает в фронтальную подушку безопасности, и что более откинутое положение сидя может привести к более высокому риску травм головы и груди.
Уивер и ее коллеги опубликовали свои выводы в журнале Traffic Injury Prevention в октябре 2015 года.
Моделирование позволило исследователям количественно оценить чувствительность и неопределенность прогнозов риска травм на основе положения пассажира, которое трудно определить в реальных дорожно-транспортных происшествиях.
"Изучая различные позиции потенциальных жильцов," команда пришла к выводу, "мы можем понять важные факторы, которые приводят к более серьезным травмам, и потенциально смягчить эти травмы с помощью передовых систем безопасности для защиты людей, находящихся в более опасных положениях."