Многие из наиболее многообещающих приложений для этих самолетов, включая доставку пакетов, общественную безопасность и управление движением, предполагают полеты над людьми и повышают вероятность, хотя и маловероятную, столкновения между самолетом и человеком.Поэтому, прежде чем беспилотные авиационные системы, также известные как БПЛА или дроны, могут быть эффективно использованы многими отраслями промышленности, которые хотят их использовать, директивным органам необходимо понять, какие травмы потенциально могут причинить эти летательные аппараты и какие конструктивные особенности, эксплуатационные ограничения и правила могут помочь предотвратить их.Без надежных экспериментальных данных по этим темам правила Федерального авиационного управления (FAA) в настоящее время запрещают полеты БПЛА над людьми. (Операторы могут подать заявку на отказ, но FAA предоставило только три, и все они чрезвычайно ограничены по объему.)
Группа биомеханики травм Virginia Tech и ее утвержденный FAA испытательный полигон UAS объединились, чтобы заполнить этот пробел, и только что опубликовали первое рецензируемое академическое исследование, в котором представлены количественные данные о риске травм, связанных с потенциальными столкновениями дронов и людей.В исследовании, опубликованном в Annals of Biomedical Engineering, оценивается риск травм головы и шеи от трех небольших коммерчески доступных самолетов при различных сценариях столкновения. Это важный шаг на пути к разработке стандартов безопасности БПЛА, которые могут минимизировать риск катастрофических или смертельных травм в результате операций над людьми.
Группу специалистов по биомеханике травм возглавляют Стивен Роусон, доцент кафедры биомедицинской инженерии и механики Инженерного колледжа, и Стефан Дума, профессор инженерии Гарри Вятта и временный директор Института критических технологий и прикладных наук.Обширный опыт группы в области оценки риска травм включает обширную работу в автомобильной и спортивной отраслях — в обеих областях, где научно обоснованные стандарты безопасности оказались эффективными для снижения катастрофических и смертельных травм.Партнерство Virginia Tech Mid-Atlantic Aviation Partnership, которое управляет испытательным полигоном БПЛА, помогло разработать и провести эксперименты.Группа использовала три имеющихся в продаже самолета массой от 1,2 до 11 кг; самолет столкнулся с испытательным манекеном, на голове и шее которого были датчики для измерения ускорения и силы.
В одной серии испытаний самолет влетел в манекен на полной скорости; в другом случае самолет был сброшен прямо на голову манекена в разных направлениях.Силы, создаваемые этими ударами, оценивались относительно стандартных критериев сил, которые могут вызвать потенциально серьезные или опасные для жизни травмы — например, переломы черепа.В целом риск травм возрастает с увеличением массы самолета.
Например, при испытаниях на падение с самым маленьким дроном риск серьезной травмы шеи составлял менее 10 процентов; для самого большого самолета средний риск вырос до 70 процентов.Эти результаты предполагают, что подмножество небольших дронов уже может быть безопасно для управления людьми.
Однако другие воздушные суда представляют значительный риск травм, даже если они находятся в пределах допустимой массы и скорости, изложенной в рекомендациях Федерального управления гражданской авиации (Часть 107) для коммерческих полетов малыми БПЛА.Данные также показывают, что, несмотря на более высокие скорости удара в реальных летных испытаниях, испытания на падение, которые способствовали более прямому контакту между центром масс самолета и головой манекена, как правило, приводили к более серьезным ударам. Это отражает общую нить в цифрах: характер удара оказал значительное влияние на вероятность получения травмы.«Существует широкий спектр рисков», — сказал Роусон. «В некоторых случаях он был низким, а в некоторых случаях — высоким, и есть уроки, которые мы можем извлечь из этого, чтобы сознательно снизить риск травм с помощью дизайна продукта».
Во время столкновений, когда самолет отклонялся от тела — например, из-за выступающей стойки винта — сила и связанный с этим риск травмы уменьшались. Особенности самолета, специально разработанные для изменения его центра масс в случае столкновения, могут снизить вероятность серьезных травм.
Данные показали, что риск травм также снижается, когда самолет деформируется при ударе или отламывается. Эти деформации и трещины поглощают часть энергии аварии и предлагают другой путь снижения риска.
«Если вы уменьшите энергию, которая может быть передана в голову, вы уменьшите риск травм», — сказал Имон Камполеттано, докторант из Хиксвилла, Нью-Йорк, и первый автор статьи. «Главной целью производителей должно быть ограничение передачи энергии».Тот факт, что некоторые из испытаний в исследовании дали значения риска, превышающие 50 процентов, подчеркивает возможность воздействия БПЛА на человека, которое может привести к серьезным травмам. Значительные различия в данных указывают на необходимость всестороннего тестирования, особенно с учетом диапазона форм, размеров и материалов на рынке коммерческих БПЛА.
«Что происходит, когда первой ударяет рука или центр масс?» — спросил Камполеттано. «В ходе этого исследования мы намеревались изучить некоторые из множества различных способов взаимодействия дронов и людей, а затем использовать эти исходные данные для выбора различных ориентаций воздействия для будущих исследований».Команда использует эти первоначальные результаты, чтобы направлять разработку более широкого набора контролируемых экспериментов в лабораторных условиях, которые станут необходимой основой для будущих нормативных актов по операциям БПЛА над людьми.«Существует огромная потребность в дополнительных исследованиях в этой области», — сказал Марк Бланкс, директор Virginia Tech Mid-Atlantic Aviation Partnership. «Первым шагом было определение базовой линии для проведения этих испытаний. Сейчас мы много работаем с отдельными компаниями, ища конкретные планеры и возможные меры».
«Большой вопрос сейчас в том, каков приемлемый уровень безопасности?» — сказал Бланкс, который также возглавляет подкомитет по отраслевым стандартам, разрабатывающий рекомендации по безопасным операциям с людьми. «Сколько доказательств нужно FAA, прежде чем они скажут:« Да, все в порядке »? Как только эти стандарты будут приняты, мы увидим огромный рост в отрасли».