Svaka industrija, pa tako i motosport, sve se više oslanja na simulacije i matematičko modeliranje. Zahvaljujući takvim alatima moguće je predvidjeti ponašanje vozila i ozljede u ekstremnim uvjetima te unaprijed testirati različita sigurnosna rješenja. Umjesto oslanjanja na fizičke testove, modeli omogućuju brže i jeftinije analize potencijalnih rizika. Ovaj članak prikazuje kako simulacije i matematičko modeliranje pomažu u razvoju sigurnosne opreme koja štiti vozače.

Predviđanje ozljede glave

Najosjetljiviji dio vozačeva (a i ljudskog) tijela jest glava, koja služi kao polazna točka pri dizajniranju sigurnosne opreme. Zbog nedostatka podataka u ranim godinama Formule 1 i motosporta općenito, potres mozga i traumatske ozljede mozga ostali su nepoznanica sve do pojave matematičkih modela koji predviđaju takve događaje. Veliku pažnju istraživači su pridavali isključivo intenzitetu udarnog impulsa, zanemarujući karakteristiku krivulje impulsa i pokrete glave pri trzaju.
Na sljedećem grafu mogu se uočiti dva pojednostavljena udarna impulsa:

Crveni udarni impuls doseže veću vrijednost (80 g) od plavog impulsa (40 g). Međutim, crveni impuls (~30 ms) traje dvostruko kraće od plavog impulsa (60 ms). Iznos udarne energije za oba impulsa (površina ispod krivulje) je jednak – stoga u ovom slučaju nije mjerilo sigurnosti. Postavlja se sljedeće pitanje: koji je slučaj opasniji?

Današnje mjerilo za opasnost od traume glave jest model Head Injury Criterion (HIC), kojim se na temelju krivulje impulsa može predvidjeti vjerojatnost traume glave. HIC model pouzdan je za kratke impulse, trajanja 15 do 36 milisekundi. Za impulse duže od 36 milisekundi HIC model gubi pouzdanost u predviđanju traume. Duži impulsi mogu uzrokovati već ranije spomenutu traumu, iako imaju manju maksimalnu vrijednost akceleracije od kraćeg impulsa iste energije. Isto tako, HIC model svoju pouzdanost temelji na pravocrtnim akceleracijama, pri kojima mozak doživljava kompresijsko naprezanje. Mnogo opasniji slučajevi uključuju rotacijsko gibanje glave, kada tkivo mozga doživljava posmično naprezanje (primjer: boksački nokaut udarci najčešće su plasirani u bradu, jer oni uzrokuju rotacijsko gibanje glave). Vodeći instituti u istraživanju uzroka traume glave su Indiana University School of Medicine i Boston University, koji posjeduju i naprednije matematičke modele za predviđanje traume.

Većina udarnih impulsa u F1 i ostatku motosporta traje od 15 do 30 milisekundi, stoga je HIC model uzet kao polazišna točka pri dizajniranju opreme za disipaciju energije.

Matematički HIC model:

Prema HIC modelu, odnos trajanja i prosječnog intenziteta udarnog impulsa ima sljedeću karakteristiku:

Vjerojatnosti traume glave su procijenjene na sljedeće vrijednosti:

Kategorije se tumače na sljedeći način:

• Umjerena ozljeda glave: lakši potres mozga, bez dugoročnih posljedica

• Ozbiljna ozljeda glave: potencijalno životno ugrožavajuća ozljeda mozga ako nije pružena hitna medicinska intervencija; pod ozbiljnu ozljedu glave spadaju značajno unutarnje krvarenje i prijelom lubanje
• Teška ozljeda glave: kritična ozljeda mozga s opsežnim oštećenjima i dugoročnim posljedicama – ponekad fatalna

Koliko su sigurne F1 kacige prema HIC kriteriju?

Kacige koje koriste vozači u Formuli 1 odobrene su od strane FIA-e, odnosno homologirane prema standardu 8860-2018 Advanced Helmet. Na homologacijskim testiranjima kacige se podvrgavaju rigoroznim ispitivanjima kako bi dokazale svoju disipacijsku moć udarnog impulsa. Za različite veličine kaciga postavljeni su pojedinačni limiti maksimalnog dozvoljenog iznosa HIC-a:

Ukratko: ako imate veću glavu, vaša kaciga ima manju disipacijsku moć.

Vjerojatno se pitate zašto se na testiranjima inicira ovako visoko ubrzanje. Pri ovakvim vrijednostima ubrzanja šanse za preživljavanje ravne su nuli. Razlog leži u cijeni testiranja. Uz disipacijsku moć ocjenjuje se i konstrukcijska čvrstoća kacige, pa se koristi princip „dvije muhe jednim udarcem”.

Svejedno, HIC ocjena od 4000 pri akceleraciji od 275 g prilično je impresivna vrijednost i pruža značajnu zaštitu vozačima od ozljeda.

Max Verstappen je 2021. u Silverstoneu udario u barijere na izlazu iz Copse zavoja. Bolid je u barijere udario brzinom od 290 km/h, pri čemu je udarni impuls dosegao vrhunac od 51 G. Nakon sezone Max je izjavio kako je imao problema s vidom, što ukazuje da je doživio umjerenu ozljedu glave i potres mozga (HIC 500–1000).

Budućnost HIC modela

Matematički modeli podložni su promjenama i unaprjeđenjima. S obzirom na to da HIC model ima svoje nedostatke (nemogućnost modeliranja rotacijskih ubrzanja glave), vjerojatno će u budućnosti biti proširen. Unaprjeđenje ovog modela uvjetovano je velikim brojem skupih testiranja. Za sada ipak ostaje najpouzdaniji matematički model za predviđanje traume.

10 godina F1pulsa Čitaš nas redovito? Ne želiš više gledati reklame? Podrži Puls portal s 3 eura mjesečno na ovom linku