Boneka Uji Tabrakan: Replika Manusia Canggih yang Selamatkan Nyawa
Latar Belakang
Seperti boneka fashion, dummy terlihat seperti manusia, tetapi keindahannya yang lebih dari sekadar kulit terdiri dari instrumen canggih dan fisik terdepan. Dan seperti versi tukang sulap, boneka uji tabrakan tidak bisa berbicara kecuali dalam serangkaian iklan televisi yang sangat efektif untuk keselamatan sabuk pengikat.
Biro keselamatan jalan raya di seluruh dunia mengandalkan tes layak tabrakan di mana mobil ditempa ke dinding batu untuk mengamati kerusakan dan menghasilkan data tentang performa mobil. Penumpang kendaraan uji adalah boneka uji tabrakan (disebut dengan benar “Anthropomorphic Test Devices”) yang dibuat untuk menyerupai dan merespons seperti tubuh manusia dan dimuat dengan instrumen canggih. Instrumen mencatat informasi tentang percepatan, kecepatan, penurunan kecepatan saat tabrakan, gaya tabrakan, dan berbagai gerakan dan deformasi torsi dan anggota badan setiap dummy. Data ini dipelajari oleh insinyur keselamatan dan dikaitkan dengan perilaku penumpang manusia dan potensi cedera mereka.
Metode tes tabrakan memiliki kekurangan besar meskipun diterima secara universal. Mobil (atau kendaraan lain) sebagian atau sepenuhnya rusak, tergantung pada tujuan tes. Dummy dapat di-retrofit dan digunakan berkali-kali, tetapi kemampuan mereka untuk merespons dengan semua kompleksitas tubuh manusia selalu diperbaiki.
Sejarah
Sebelum akhir 1940-an, mobil diuji menggunakan mayat. Cedera dapat diamati pada tubuh nyata, tetapi mayat tidak merespons seperti makhluk yang bernapas dan fleksibel. Boneka uji tabrakan dikembangkan pada tahun 1949 berdasarkan kontrak dari Angkatan Udara AS untuk menguji kursi peluncuran pesawat yang dipasang pada geser dorong roket di rel. “Sierra Sam” adalah dummy pertama. Industri otomotif kemudian menggunakan jenis dummy yang sama untuk mengembangkan sabuk pinggang dan sabuk bahu. Sierra Sam menyerupai pria dewasa rata-rata dengan berat yang benar secara statistik dan anggota badan berartikulasi; namun, tulang punggung dan leher Sam kaku. Percepatan kepalanya saat mengikuti jalur peluncuran dapat diukur, namun ini masih kurang untuk mengevaluasi cedera kepala yang potensial.
Pada tahun 1952, Mark 1 diproduksi dari cetakan gips dari pria hidup, dan dummy ini menandai peningkatan besar dalam state of the art. Tengkoraknya menempatkan sensor untuk mengukur percepatan dan gaya tabrakan, dan dicetak dari dua potong aluminium. Tulang punggung Mark 1 terdiri dari serangkaian sendi bola dan sokong dengan spasi untuk mensimulasikan rentang gerakan tulang punggung sebenarnya. Dummy juga memiliki serangkaian rusuk pipa baja, kulit vinyl, dan daging busa, tetapi anggota badan kaku. Dummy lain yang dikembangkan hingga 1956 dimodifikasi dan diinstrumen untuk mengukur rentang gerakan yang dipilih. Dummy dengan ukuran dan bobot selain rata-rata dibuat untuk pertama kalinya, dan dummy pasca-Mark 1 ini digunakan untuk menguji keselamatan traktor, wetsuit frogmen untuk pelarian bawah air, dan aspek penerbangan serta keselamatan penelitian luar angkasa untuk National Aeronautics and Space Administration (NASA).
Program luar angkasa mendorong kemajuan berikutnya dalam desain dummy. Untuk mengevaluasi efek dorong roket pada astronot yang terikat di kursi kapsul luar angkasa, program luar angkasa Amerika dan Eropa membiayai pembuatan Grumman-Alderson Research Dummy (GARD). Astronot yang duduk harus selaras sempurna dengan arah dorong roket, atau baik pria maupun kursi akan terbelok. GARD adalah langkah teknologi penting karena proses menentukan pusat gravitasi dan mengevaluasi momen inersia (cenderung berputar dengan percepatan) diinstrumen dengan baik dalam dummy yang tahan lama ini. GARD masih digunakan untuk menguji kursi peluncuran karena kursi membatasi rentang gerakan pada mannequin ini, menjadikannya cukup sederhana bagi insinyur untuk mengukur rotasi, riwayat percepatan, dan stres antara pria dan kursi.
Hingga 1966, industri penerbangan, aeronautika militer, dan program luar angkasa memimpin pengembangan dummy tes. Industri otomotif menjadi kekuatan pendorong dalam mengembangkan boneka uji tabrakan tahun itu karena korban jiwa mobil menekankan kebutuhan akan perbaikan pada rusak rusak, tulang punggung, pinggang, dan rongga perut dummy untuk mengevaluasi sistem pengikat. Model matematis dan eksperimen dengan rentang terpisah dari tubuh menunjukkan gerakan dapat disimulasikan dengan koneksi spring. Spring bergerak saat tabrakan, dan mereka juga kembali sehingga efek seperti whiplash dapat dipelajari. Tes sabuk pengikat pinggang berkonsentrasi pada cedera pinggang, tetapi pengembangan sabuk bahu memerlukan dummy untuk memiliki tulang dada (sternum), klavikula, dan pundak bahu. Dummy yang diikat dilengkapi dengan kantong visera yang diinstrumen yang meniru gerakan organ internal. Instrumen juga dipasang di rongga di paha, dada, dan kepala sehingga gerakan yang lebih rumit dan defleksi gaya dapat dipelajari.
Pada tahun 1970, terlihat jelas bahwa dummy dewasa, pria ukuran normal tidak mewakili proporsi yang lebih kecil dari anak-anak dan wanita. Bahkan beberapa cedera pada fisik yang lebih kecil disebabkan oleh sabuk dan sabuk yang terbukti aman oleh dummy rata-rata. Model pria yang lebih besar dan dummy wanita pertama diproduksi pada tahun 1970 dan dinamai Sierra Stan dan Sierra Susie. Tahun yang sama, mereka menambahkan ke keluarga mereka dengan Sierra Sammy (seorang anak laki-laki berusia enam tahun) dan Sierra Toddler (seorang anak berusia tiga tahun). Tidak ada anak yang benar dalam distribusi bobot, tetapi setidaknya mereka diwakili dan dipelajari untuk pertama kalinya.
Masalah mengevaluasi cedera pada anak-anak disulitkan oleh fakta bahwa banyak anak cedera dalam kecelakaan mobil karena mereka berdiri atau tidak duduk secara konvensional selama kecelakaan tersebut. Rentang gerakan dan dampak potensial, oleh karena itu, jauh lebih bervariasi untuk anak yang tidak terikat. Perancangan ulang dummy anak segera diikuti, dan modifikasi pada dummy anak terus menjadi area yang paling intensif diteliti dalam desain tes tabrakan dari tahun 1970-an hingga 1990-an. Pada tahun 1970-an, data yang ditingkatkan memberikan anak-anak tulang yang lebih fleksibel dan sendi anggota badan yang lebih lentur daripada dewasa, membuatnya dapat disesuaikan dengan berbagai posisi di mobil, dan meningkatkan instrumen sehingga rentang variabel yang lebih luas dapat diukur atau ditafsirkan. Pengembangan dan pengujian kursi keselamatan anak, kursi peningkatan, dan airbag memerlukan perhatian khusus terhadap dummy bayi, anak kecil, dan anak muda.
Peningkatan dalam analisis komputer juga merevolusi tes tabrakan pada pertengahan tahun 1970-an. Metode komputer memungkinkan pengukuran hampir empat puluh parameter berbeda dalam perilaku dummy tes. Bahan konstruksi juga ditingkatkan untuk membuat dummy yang realistis dan berartikulasi penuh memungkinkan. Untuk mereplikasi perilaku tulang manusia, tulang dummy dibuat dari fiberglass dengan daya tahan pecah yang lebih besar sehingga dummy dapat digunakan lagi. Banyak adaptasi ini mengarah pada dummy yang semakin spesialisasi, sehingga model seperti Supermorphic Dummy dibuat khusus untuk tes tabrakan mobil—mereka terlalu rapuh untuk tes peluncuran.
Spesialisasi dalam dummy tes pesawat termasuk Limb Restraint Evaluator (LRE) Anthropomorphic Manikin, yang dibuat khusus untuk menguji alat pengikat untuk mencegah cedera karena melayang saat peluncuran dari pesawat tempur militer. Dummy spesial lainnya menguji payung eksperimental, tabrakan helikopter, dan mobil balap. Misalnya, tes tabrakan yang melibatkan mobil balap (jenis yang dibalap di Indianapolis 500-Mile Race atau di laluan Championship Auto Racing Team [CART]) menunjukkan bahwa helm balap yang berat yang dikenakan pengemudi melindungi kepala mereka dari kerusakan tabrakan, tetapi bobot helm meningkatkan risiko cedera leher 
Boneka uji tabrakan pertama yang diproduksi selama tahun 1950 dan 1960 tidak mengatasi perbedaan antara jenis tubuh. Dummy pertama itu pria dewasa yang benar secara statistik, dan sebagai such, mereka sedikit mewakili jenis tubuh bayi, anak, dan wanita yang umum. Pada tahun 1970, kekurangan dummy terlihat jelas dan berbagai jenis tubuh diproduksi. karena itu memaksa leher untuk melebar. Tabrakan mobil Indy ke dinding beton mengurangi kecepatan mobil 40 mi (64 km) per jam dalam 70 milidetik, dan pengemudi merasakan tabrakan 60 kali gaya gravitasi. Sensor “black box” dalam dummy mengevaluasi semua gaya yang bekerja 2.000 kali per detik saat tabrakan berlangsung.
Teknologi dummy tes mempercepat perkembangan lagi dengan desain dan pengujian airbag. Keluarga dummy lebih bervariasi lagi untuk mencakup lebih banyak jenis tubuh. Korban jiwa dari desplomen airbag paling sering terjadi pada orang di luar dimensi statistik. “Small occupants out of position” atau OOP occupants ini merangsang lebih banyak perubahan evolusi pada mannequin. Desplomen airbag mengakibatkan dummy tertawakkan gaya yang melebihi kapasitas desain mereka. Peningkatan signifikan pada keluarga dummy telah terjadi pada tahun 1997 berkat pengujian airbag dan pengembangan airbag tabrakan samping.
Bahan Baku
Tubuh boneka uji tabrakan terbuat dari bagian logam yang terdiri dari aluminium, perunggu, atau baja (tergantung desain, tujuan, dan bagian tubuh) serta bahan pelapisan logam. Berbagai macam plastik juga digunakan dalam sebagian besar desain, dan plastik meliputi Delrin (sejenis resin asetat tahan lama), busa urethane dan polyurethane, dan vinyl. Sebagian besar dummy dipakaikan untuk mensimulasikan kenyataan, dan vendor tertentu menyediakan pakaian, cat, dan lem untuk menandai target kritis atau titik pengukuran pada dummy. Faktanya, tidak hanya supplier luar yang digunakan untuk banyak konstituen dummy, tetapi agensi pengujian federal yang menyetujui desain dummy menentukan vendor tertentu yang harus digunakan untuk beberapa bahan.
Produsen dummy menyediakan sedikit atau tidak ada instrumen. Desain menyediakan ruang untuk instrumen yang diamankan, tetapi instrumen sangat spesifik terhadap kondisi pengujian sebenarnya sehingga pelanggan pembangun dummy memasang instrumen mereka sendiri. Beberapa potentiometer kecil terkadang dibangun dalam garis produsen, tetapi instrumen yang lebih canggih seperti accelerometer dan sensor pengukur beban dipilih oleh pelanggan dari paket instrumen mereka sendiri atau vendor spesialis.
Desain
Desain boneka uji tabrakan adalah proses yang rumit dan terisolasi yang terbatas pada agensi pemerintah, produsen dummy, dan pelanggan seperti produsen mobil. Produsen dummy tidak bertanggung jawab untuk menciptakan desain mereka sendiri. Sebaliknya, mereka menerima paket gambar, spesifikasi konstruksi, dan spesifikasi untuk tes yang diperlukan dari National Traffic Safety Administration (NTSA). Agensi Eropa menyediakan serangkaian dokumen yang sama kepada produsen dummy. Berdasarkan pengalaman mereka dalam membangun dummy, memperbaiki atau meretrofitnya, dan mengamati trauma pasca-kekacauan mereka, produsen dummy, serta pengguna, memiliki masukan ke dalam perubahan desain. NTSA mendasarkan desainnya pada banyak data termasuk laporan kecelakaan, lokasi dalam kendaraan, variasi fisik dan perkembangan fisik, autopsy, dan simulasi. Ahli biomekanika menganalisis semua data yang tersedia dan menciptakan spesifikasi yang dikirim ke produsen.
Proses Manufaktur
Pembuatan boneka uji tabrakan sangat proprietary karena kompleksitas desain dan jumlah kecil produsen yang berkelayakan di dunia. Semua desain dan konstruksi memenuhi standar yang sangat tinggi tidak ada dummy “B-grade”.
- Saat paket gambar dan spesifikasi untuk dummy uji tabrakan baru diterima, produsen memulai dengan menentukan bagian dan bahan mana yang harus dibeli dari vendor tertentu, mana yang harus diperoleh dari rentang vendor yang disetujui, dan mana yang akan diproduksi dalam rumah. Sebagai contoh, pakaian untuk dummy disediakan oleh vendor tertentu; namun, untuk busa yang digunakan untuk mendukung kulit vinyl, penyebutan vendor tertentu dihindari, dan produsen hanya harus memenuhi beberapa ekuivalen.
- Pola dan cetakan untuk bagian logam yang akan dipotong atau dicetak dibuat dari gambar desain, dan tooling yang diperlukan dilakukan untuk mempersiapkan pembuatan bagian logam. Mereka dicetak, dipotong, dirawat panas sebanyak tiga kali, dilapisi, dan dimesin untuk memotong, meratakan, dan menyempurnakan bagian yang selesai. Akhirnya, bagian logam dirakit menggunakan pengikat yang juga ditentukan.
- Plastik juga dirancang, di-tool, dan dicetak dengan injeksi atau metode lain yang sesuai untuk bagian dan bahan. Plastik juga dimesin dan dirakit atau dipasang pada bagian logam.
- Setelah badan logam dan plastik dummy telah dirakit, kulit dipasang pada dummy. Beberapa kulit terdiri dari vinyl yang dicetak pada dummy dengan busa diuntikan di bawah vinyl untuk memberikan kekencangan dan lenturan pada kulit yang mirip dengan yang sebenarnya. Kulit lain terdiri dari potongan vinyl yang didasarkan pada lapisan busa. Potongan-potongan ini dapat dikenakan dan dilepaskan seperti pakaian. Kulit yang meliputi kepala adalah satu bagian yang memasuki tengkorak aluminium. Warna juga sangat penting untuk kulit dummy. Banyak pelanggan ingin warna kulit, tetapi kulit dengan warna merah atau kadang-kadang disukai saat dummy akan digunakan dalam pengujian yang direkam. Warna merah dan kuning memudahkan pengukuran gerakan yang tepat pada film.
- Dummy dirancang dengan pembukaan untuk instrumen dan kabel. Ini ada di bagian-bagian tubuh yang lebih besar termasuk tengkorak, dada, rongga perut, dan paha. Pakaian terkadang dipasang pada dummy di pabrik atau diberikan kepada pelanggan sehingga dummy dapat dikenakan setelah instrumen dimasukkan.
Kontrol Kualitas
Kontrol kualitas ditetapkan secara ketat oleh NTSA (atau agensi lain) sebelum manufaktur bahkan dipertimbangkan. Pemrakarsa dummy sadar bahwa “keluarga” mereka akan dikorbankan untuk keselamatan ribuan anggota masyarakat, jadi mereka merasakan tanggung jawab intens terhadap masalah kualitas. Saat bagian tubuh selesai dan saat seluruh tubuh dan kepala dirakit, dummy melalui serangkaian tes yang ketat di laboratorium kalibrasi, di mana tes yang diperlukan dilakukan dan pengukuran dibuat untuk memastikan produk sesuai dengan setiap detail gambar desain dan spesifikasi. Tes termasuk tes jatuh kepala, tes tabrakan dada (thorax), dan kalibrasi tengkorak, leher, lutut, sendi utama lainnya, dan terkadang bagian anggota badan lainnya tergantung pada penggunaan dummy. Tergantung pada jenis fisik yang diwakili dummy, hasil tes akan bervariasi. Misalnya, massa kepala anak jauh lebih kecil daripada orang dewasa, oleh karena itu tes jatuh kepala akan sangat berbeda. Serangkaian sertifikasi—sebuah jenis akta kelahiran—menyertai dummy selama masa pakainya untuk membuktikan pengujian kalibrasinya dan untuk digunakan dalam pembangunan ulang, retrofit, dan kalibrasi ulang.
Produk Samping/Limbah
Tidak ada produk samping dari pembuatan dummy. Limbah terbatas pada logam dan plastik yang dapat didaur ulang.
Masa Depan
Teknologi komputer telah membuat boneka uji tabrakan dapat menyesuaikan dengan ekstrim aktivitas manusia melalui perbaikan desain, metode pengujian, miniaturisasi instrumen, dan analisis data. Akhirnya, bagaimanapun, komputer mungkin terbukti mematikan untuk keluarga dummy. Simulasi komputer menjadi begitu canggih sehingga mereka dapat mewakili tabrakan mobil, kerusakan pada kendaraan itu sendiri, dan cedera pada penumpang. Simulasi menarik bagi produsen mobil karena mereka menghilangkan beberapa, jika tidak semua, destruktif testing, yang biayanya sekitar $750.000 per tes. Penumpang kendaraan dapat diperiksa setelah tabrakan simulasi, dan detail cedera pada kepala dan tulang punggung terutama dapat dianalisis. Hingga tiga bulan waktu desain dapat dihapus dari jadwal desain-produksi untuk model mobil baru, dan desain baru mungkin lebih aman untuk berbagai ukuran pengemudi dan penumpang yang berbeda.
Produsen dummy, di sisi lain, berpendirian bahwa keluarga mereka akan tetap ada. Modifikasi dan kompleksitas lebih banyak serta aplikasi teknologi telah membuat boneka uji tabrakan barometir yang andal untuk performa kendaraan. Agensi pemerintah mengakui hal ini dan meminta produsen untuk memproduksi dummy dan sensor yang berfokus pada cedera yang sangat spesifik. Pada tahun 1995, fokus ini beralih ke kaki bawah, gerakan kaki, dan kerusakan tendon Achilles yang disebabkan oleh tabrakan depan. Sensor baru membuat kaki Hybrid 350 (disertifikasi pada tahun 1997) menyerupai kaki seorang manusia bionik. Pada tahun 1999, penekanan beralih ke tabrakan dari belakang dan pengembangan tulang punggung terdepan melalui penelitian kooperatif antara agensi, universitas, dan produsen. Minat juga tumbuh pada simulasi kulit yang akan berwarna dan terikats selama kecelakaan; data dari perkembangan ini juga akan membantu dokter dalam meningkatkan perawatan cedera kulit. Seperti sepadan manusia, boneka uji tabrakan terus berevolusi untuk tujuan menyelamatkan nyawa dan anggota badan kita.
