Validazione di un modello multibody ATB antropomorfo mediante dati sperimentali su cadaveri: impatto auto-pedone = Validation of an anthropomorphic ATB multibody model using experimental cadaver data: vehicle-pedestrian impact

Lo strumento principale per studiare numericamente la risposta del corpo umano sono i modelli biomeccanici del corpo umano. Tra questi, quelli che vengono comunemente utilizzati per ricostruire la storia temporale dei parametri cinematici e dinamici globali sono i modelli multibody basati su corpi rigidi, denominati modelli ATB (Articulated Total Body). Negli ultimi decenni sono stati sviluppati modelli numerici del corpo umano con una varietà di approcci di modellazione multibody (MADYMO o GEBOD). Tali modelli però portano con sé delle limitazioni, quali l’inadeguatezza per scopi di analisi specifica del soggetto (ad esempio, analisi per la ricostruzione di incidenti). Al fine di superare i limiti dei modelli generici e permettere una modellazione specifica della morfologia e delle caratteristiche inerziali del soggetto, è stato implementato un modello ATB antropomorfo per analisi multibody. Tale modello ATB, sviluppato di recente è basato sulla creazione di geometrie antropomorfe 3D tramite l’applicazione di un modello statistico di forma, le quali vengono poi segmentate per ottenere le geometrie dei segmenti corporei; la modellazione delle articolazioni e delle corrispondenti proprietà di resistenza passiva insieme alla definizione delle proprietà inerziali dei segmenti consentono di mettere a punto il modello ATB. Il presente lavoro di tesi è finalizzato alla validazione del modello ATB in oggetto: data la sua natura passiva, al fine di valutare la capacità di replicare l’effettiva risposta del corpo umano in termini di cinematica globale e locale, è stato necessario individuare delle condizioni sperimentali in cui l’attivazione muscolare potesse essere trascurata. Dunque, è stato preso in considerazione un recente studio condotto su cadaveri, nel quale sono state replicate collisioni tra pedoni e veicoli. Nella prima parte del lavoro sono state considerate diverse metriche per il confronto quantitativo tra i dati numerici e sperimentali, scegliendo di utilizzare la metrica EARTH (Error Assessment of Response Time Histories), per confrontare i dati cinematici (spostamenti e velocità) della testa, per i quali si avevano a disposizione dati sperimentali estesi. Si sono condotte cinque simulazioni numeriche, una per ogni prova sperimentale, in cui il modello è stato sottoposto ad impatto auto-pedone; per ciascun modello si sono esaminati gli errori di fase, di magnitudo e di pendenza: più è alto il valore del parametro d’errore, più i valori numerici si discostano da quelli sperimentali; tra i valori più significativi di errore troviamo 3, 0.017 e 0.07 (rispettivamente errore di fase, magnitudo e pendenza) relativi alla componente orizzontale dello spostamento della testa del test 3. È stata poi condotta un’analisi di sensitività sulle configurazioni iniziali dei modelli e sui parametri di contatto con l’auto e il suolo (rigidezza e smorzamento); si è dimostrato che la configurazione iniziale del modello ATB gioca un ruolo importante sull’intera cinematica dell’impatto e che le variazioni dei parametri influenzano maggiormente il picco di accelerazione nell’istante dell’impatto auto-testa rispetto al picco nell’istante dell’impatto testa-suolo. Dunque, in base ai risultati ottenuti dal confronto con i test sui cadaveri, il modello ATB antropomorfo si è dimostrato in grado di catturare la cinematica globale e locale dei soggetti con una buona precisione.