Tým výzkumného centra Nové technologie (NTC) novinku vyvinul ve spolupráci s firmou MECAS ESI s.r.o. Model Virthuman má podle Hynčíka implementovaná data z naší populace, to znamená, že je škálovatelný.
Co vás přivedlo na myšlenku vývoje takových modelů?
Byl to můj studijní pobyt, kdy jsem se v rámci své diplomové práce zabýval vývojem modelu člověka. Tuto problematiku jsem potom dále rozvíjel na Západočeské univerzitě. Dnes je to jedna z kompetencí našeho výzkumného centra. V současnosti je tato problematika řešena s využitím mechanických figurín, takzvaných crash test dummies, my jsme se ale rozhodli jít dál a popsat reálné lidské tělo jako biomechanický systém. Využíváme matematických rovnic pro popis chování lidského těla, počínaje naprosto základním virtuálním modelem, jednodušším než figurína, až po opravdu detailní, jejichž součástí jsou i vnitřní orgány. Pokud použijete při testování bezpečnosti detailní model, dokážete zjistit, která tkáň bude poškozena nebo která kost se zlomí.
S vaším nejnovějším modelem tedy mohu říct, co se stane, když například do auta jedoucího rychlostí 50 kilometrů v hodině, v němž sedí třicetiletá šedesátikilová žena, narazí jiné auto jedoucí stejně rychle?
Model s vnitřními orgány je už opravdu velmi složitý. Vyhodnotit nehodový děj u něj může trvat i hodiny, což není například pro optimalizaci bezpečnostních prvků úplně ideální. Nejnovější model je proto vhodným kompromisem. Základní struktura je jednoduchá, přidané jsou k němu ještě některé detailní části. Výpočet je tedy ještě pořád poměrně rychlý, a navíc jsme schopni na základě vypočtených veličin určit pravděpodobnost poranění. Představte si klasické bezpečnostní klipy s figurínami, s naším modelem zjistíte obdobně, co se bude dít s tělem. Navíc se dopočítají ještě další fyzikální veličiny v různých částech těla a na jejich základě jsme schopni usoudit, co by se člověku ve vozidle mohlo stát.
Je možné s virtuálními modely testovat ještě něco navíc oproti klasickým figurínám?
Nevýhodou figurín je, že jsou nastaveny na jeden směr nárazu. Náš model je vyvinut tak, že funguje na nárazy ze všech stran - z boku, zepředu, zezadu. Navíc jsme schopni zahrnout široké spektrum populace. Je také možné použít více objektů zároveň, například si namodelovat nehodu autobusu. Nebo naopak havárii motorkáře.
Jak je to s finančními náklady?
Nerad bych to konkrétně vyčísloval. Nicméně se asi dá říct, že vývoj testovacího „standu“ s figurínou a virtuálního modelu může být na srovnatelné úrovni. Pokud už se přistoupí k experimentům, ty s virtuálními modely jsou samozřejmě výrazně levnější, software je předem nastavený, do sedačky člověka usadí automatický algoritmus. U fyzických testů je třeba pravidelný servis a přenastavování figuríny, senzory se nárazy rozhodí. Od určité fáze bude ta úspora tedy výrazná, vyčíslit si to ale netroufnu.
Proč se tedy dosud nepřistoupilo k výrazně vyššímu využití virtuálních modelů? Výhody podle mě jednoznačně převažují.
Zatím nemáme jejich využití ukotvené legislativně. Zatím se daří alespoň spojovat s průmyslovými partnery. Náš poslední model vznikl ve spolupráci s MECAS ESI, společností, která vyvíjí a distribuuje softwarové systémy pro virtuální prototyping, např. do automobilek. Náš model může zákazník získat v celém balíčku. Snažíme se uplatňovat i v dalších projektech, momentálně jsme zapojeni do jednoho vypsaného Technologickou agenturou ČR, jehož se kromě nás a firmy MECAS účastní i Centrum dopravního výzkumu a firmy Brano, VCA a Idiada. Cílem je uplatnit tenhle model člověka pro optimalizaci zámku aktivní kapoty.
Můžete osvětlit princip aktivní kapoty?
Vezmu to zeširoka. Existuje aktivní a pasivní bezpečnost. Prvky té pasivní nás chrání v případě nehody, jsou to například bezpečnostní pásy nebo airbagy, aktivní se snaží riziku předcházet, mohou to být tedy třeba brzdy. Aktivní kapota se dokáže při střetu chodce s automobilem trochu „povystřelit“. Člověk pak nedopadne na rovnou kapotu, ale na nakloněnou plochu, čímž se dopad zmírní. A navíc se zvětšuje tím „povystřelením“ prostor mezi motorem a kapotou. Je to problematika, na niž nejde připravit normovanou metodiku testů, je to tedy jedna z prvních vlaštovek oblastí využívajících virtuální modely. Virtuální modely se daří využívat také při projektech zaměřených na zvýšení bezpečnosti motorkářů.
Centrum Nové technologieSamofinancovaný výzkumný ústav ZČU, klíčová je pro něj spolupráce s průmyslovými partnery. Založen byl v roce 2000 v rámci projektu financovaného ministerstvem školství. Dnes má zhruba 120 zaměstnanců, kteří se zabývají například materiálovým výzkumem, laserovými technologiemi, dynamickými procesy nebo prouděním tekutin. |
Nicméně zatím asi není reálné, že by vaše modely nahradily klasické figuríny?
Dnes hrají virtuální simulace a virtuální prototyping jako celek obrovskou roli v průmyslu. Pokud vyvíjí vozidlo automobilka, před konstrukcí prototypu si samozřejmě vše nejdřív propočítají. V další fázi už se provádějí i nárazové testy, právě s využitím figurín. Pro virtuální modely tu zatím místo úplně není, nicméně například u testů aktivních kapot, které jsem zmínil, ano. Věřím, že virtuální modely postupně budou získávat větší podporu a že daleko větší část testování by se v budoucnu mohla provádět virtuálně.
Dají se vaše modely využít i v jiném odvětví než v tom automobilovém?
My máme těch modelů několik druhů, z pohledu matematiky jsou uvnitř naprosto odlišné. V portfoliu máme jeden, s nímž se snažíme rozvíjet i aktivity v jiných odvětvích. Jednou z těch oblastí je rehabilitace. Jsme schopni díky modelu popsat, jaké je napětí ve svalech při různém pohybu. Spolu s lékaři se snažíme rozvíjet rehabilitaci na míru. Třeba pro pacienta po totální endoprotéze kolene, který se učí znovu chodit, je naším cílem připravit personalizovaný cvičební program. Další oblastí je porodnictví. Při porodech dochází k různým poraněním, která často ovlivňuje jen natočení hlavičky dítěte v děloze. To může změnit často jen jednoduchý manévr porodníka. Díky modelům, opět úplně jiným, jsme schopni nasimulovat, co se stane při porodu, pokud víme, jak je dítě velké a v jaké poloze je jeho hlavička. Tato oblast je pro nás zajímavá i kvůli spolupráci s klinickou praxí, pracujeme na tom s plzeňskou lékařskou fakultou a pražským Ústavem péče o matku a dítě.
Kolik modelů jste už vlastně vyvinuli?
Ty hlavní jsou tři, k tomu několik menších. Nicméně se nikdy nedá říct, že model je hotový, neustále se na něm pracuje a dále se vyvíjí.
Máte nějaký cíl, kterého byste chtěl v oblasti virtuálních modelů dosáhnout?
Chtěli bychom rozšířit portfolio partnerů, kteří budou naše modely využívat, ať už je to v průmyslu nebo klinické praxi.
