RICERCA ITALIANA     

Modellazione dell'interazione biomeccanica uomo-macchina nei veicoli

Politecnico di Milano

Abstract

Questo progetto si propone di investigare alcuni aspetti dell'interazione passiva e semi-attiva tra occupanti e veicolo, inteso nel senso più ampio. L'attenzione si concentra in particolare sul pilota, e sugli effetti che questa interazione può avere sulla condotta del veicolo stesso. Questo tema assume una particolare importanza per le sue implicazioni da un lato sulla dinamica del veicolo, e dall'altro sulla salute e sul comfort del pilota e degli occupanti.
L'obbiettivo consiste nell'avanzamento della capacità di predizione di fenomeni complessi legati alla dinamica dei veicoli in interazione stretta con il pilota, e nella sintesi di criteri di progettazione dell'abitacolo in grado di ridurre le possibili conseguenze negative di tale interazione.

Il gruppo di lavoro è costituito da ricercatori di diversa estrazione, legati ad aspetti del problema da una parte aeronautici e dall'altra veicolistici e biomeccanici, accomunati sia da aspetti metodologici, ad esempio l'approccio multicorpo alla modellazione dei problemi, che dall'analoga rilevanza dei temi di questo progetto nei rispettivi campi di applicazione.

Lo studio si compone principalmente di attività di sviluppo di modelli numerici, supportate dall'esecuzione di prove sperimentali mirate alla determinazione di parametri essenziali all'analisi, per i quali non siano reperibili informazioni adeguate in letteratura. <<<

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Pierangelo Masarati Politecnico di MILANO

Obiettivo del Programma di Ricerca

Il progetto si propone di giungere ad un insieme coerente di obbiettivi attraverso l'esecuzione di attività in sinergia, a volte stretta, sia all'interno delle singole Unità di Ricerca che tra le diverse Unità.

Dal punto di vista dell'analisi biomeccanica, si intende mettere a punto un sistema a basso costo per la misurazione sul campo delle accelerazioni a cui è soggetto il corpo degli occupanti di veicoli, al fine di consentire in modo pratico la valutazione di specifici indici di vibrazione. Mediante l'esecuzione di test dedicati, si intende mettere a punto una base dati di modelli biomeccanici in grado di consentire la simulazione dell'interazione tra pilota e veicolo, sotto forma di comandi applicati non intenzionalmente a seguito di sollecitazioni vibratorie del posto di guida, specializzata all'impiego in ambito elicotteristico.

Dal punto di vista prettamente veicolistico ed interazionale, si intende sviluppare un modello completo di elicottero, basato su tecniche di simulazione multicorpo, per analisi sia aeroservoelastiche che di interazione con il terreno. Tale modello verrà utilizzato nel corso del progetto per valutare l'effetto dell'interazione tra macchina e pilota sulla dinamica del volo di tale categoria di velivoli, e per valutare le conseguenze di interazioni con il terreno, in termini di potenziali lesioni per gli occupanti. I risultati dei due tipi di analisi dinamica verranno utilizzati per definire criteri di progetto del posto di pilotaggio mirati all'aumento della sicurezza passiva degli occupanti, e alla riduzione degli effetti avversi delle interazioni sulla condotta del velivolo. <<<

Risultati parziali attesi

Si ritiene che l'attività proposta presenti un notevole interesse per la novità, anche a livello internazionale, degli argomenti proposti, e per la loro importanza da una parte ai fini di un accrescimento della posizione di rilevanza dell'industria e della ricerca nazionale in campo elicotteristico, e dall'altra per le potenziali ricadute sia scientifiche che in particolare economiche, legate alla disponibilità di strumenti a basso costo di misura delle vibrazioni, per impiego diffuso in vari ambienti di lavoro ai fini della salvaguardia della salute dei lavoratori esposti a vibrazioni.

Non è da sottovalutare, inoltre, l'aspettativa di un ulteriore avanzamento delle capacità di simulazione e predizione delle caratteristiche dinamiche di sistemi complessi quali gli elicotteri, campo nei quali le Unità di Ricerca di estrazione aerospaziale già vantano un ruolo rilevante a livello nazionale ed internazionale, applicate ad un ambito relativamente nuovo e altrettanto complesso quale la loro interazione dinamica con gli occupanti.

Il tutto mediante l'utilizzo di tecniche di analisi considerate di avanguardia: l'analisi multicorpo, che rappresenta l'elemento unificante delle Unità di Ricerca partecipanti. In particolare, questa tecnologia sta progressivamente sostituendo i cosiddetti "comprehensive rotorcraft codes", codici onnicomprensivi per la simulazione di elicotteri, dedicati all'analisi di configurazioni convenzionali. Dato il ridotto mercato, questa nicchia vede una scarsa appetibilità da parte dei produttori di software commerciale, mentre l'industria del settore da parte sua ha difficoltà nel supportare lo sviluppo al suo interno di software di calcolo dedicato. Quindi questo ruolo, anche in campo internazionale, ricade sempre più sull'Università e sui centri di ricerca.

Gli strumenti proposti, lungi dal limitarsi all'impiego specifico elicotteristico, stanno diventando lo standard sia scientifico che industriale per problemi legati alla modellazione di sistemi meccanici complessi, inclusi i sistemi biomeccanici, grazie alla loro flessibilita' e generalita' di impiego.

La migliorata capacità di modellare ed analizzare l'interazione dell'elicottero con il pilota promette di porre la ricerca nazionale in condizione di supportare lo sviluppo, da parte dell'industria nazionale, ad oggi leader del mercato degli elicotteri medi ad alte prestazioni, di nuovi velivoli, intrinsecamente più sicuri, confortevoli e semplici da pilotare perché con ridotte interazioni avverse tra pilota e macchina. <<<

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

Lo studio dell'interazione uomo-macchina nei veicoli riveste una notevole importanza, per le notevoli ripercussioni che può avere sia sul comportamento del veicolo che per gli effetti, ancora più importanti, che può avere da una parte sulla capacità di governarla e dall'altra sulla salute stessa degli occupanti.

Lo stato dell'arte e le esigenze nei diversi settori ai quali fa riferimento la presente proposta sono bene illustrati nelle presentazioni svolte dalle varie Unità di Ricerca. In questo paragrafo si vuole presentare una vista d'insieme delle tematiche toccate dal progetto, che mostri come le diverse attività proposte, tra loro coordinate, siano legate da un forte elemento comune, ovvero l'attenzione verso l'aspetto umano dell'analisi del comportamento dei veicoli.

La presenza del pilota e degli occupanti a bordo dei veicoli può avere importanti ripercussioni sul loro disegno e sulla loro operatività, dal momento che tra i compiti del veicolo è fondamentale la protezione degli occupanti da tutti i fenomeni che ne possono minare la salute, oltre che ridurre il comfort.
Inoltre, in determinate situazioni, il comportamento del veicolo può indurre comportamenti involontari nel pilota, i quali, attraverso i meccanismi di comando del veicolo stesso, possono indurre un'alterazione del suo comportamento.

Lo stato dell'arte nell'ambito della misura del livello vibratorio a cui sono sottoposti gli occupanti dei veicoli è ben illustrato nel documento preparato dall'Unità di Ricerca TOR VERGATA, responsabile della parte di sviluppo e messa a punto degli strumenti di misura accelerometrica a basso costo.

Gli aspetti più prettamente aeronautici della trasmissione di vibrazioni dal veicolo agli occupanti, e gli aspetti inerenti la dinamica strutturale e l'aeroelasticità degli elicotteri, sono ben descritti nel documento redatto dall'Unità di Ricerca LA SAPIENZA.

Infine, per quanto riguarda gli aspetti più puramente interazionali tra il pilota e l'aeroservoelasticità dell'elicottero, i documenti redatti dalle Unità di Ricerca ROMA TRE e POLIMI presentano un inquadramento del problema e delle motivazioni che hanno indirizzato questa proposta verso l'approfondimento dei problemi legati alla modellazione del comportamento passivo del pilota, finora spesso trascurato, soprattutto in campo elicotteristico, a favore del comportamento attivo.

Da un certo punto di vista, l'ambito in cui si collocano gli argomenti affrontati dal progetto è stato a lungo sviscerato negli aspetti più diversi. Si ritiene tuttavia che il tema specifico, negli aspetti che si intende approfondire, presenti un notevole livello di novità e di interesse, sia in campo nazionale che internazionale, anche alla luce delle ricadute applicative attese nell'ambito del monitoraggio del livello vibratorio e della sicurezza passiva dei velivoli. <<<