Na velikosti záleží: Jak drobný čip přispěje ke zvýšení bezpečnosti a záchraně životů

Jeho velikost dosahuje 3 mm, je tedy menší než hlavička od zápalek, přesto je krásnou ukázkou vyspělé technologie, která může napomoci k záchraně lidských životů. V podstatě se jedná o o akcelerometr, jaký můžete nalézt v chytrých mobilních telefonech, které zaznamenávají pohyb či zrychlení.

Tento kousek však byl speciálně navržen pro použití ve sportu. FIA spolupracovala se společností STMicroelectronics, která dosahuje obratu ve výši 170 miliard Kč, a nyní jej přijala pro využívání závodními piloty.

Senzor bude zabudován do sluchátka, které si jezdec vloží přímo do svého zvukovodu. Měří zrychlení ve třech směrech a průběžně zaznamenává data o silách působících na hlavu jezdce, což je obzvlášť důležité při nehodách. Data předává v reálném čase, ta jsou poté velmi důležitá pro doktory na dráze, stejně jako pro výzkumníky pracující na vylepšení bezpečnosti.

Konzultant pro výzkum Institutu FIA Andy Mellor, jenž vede tento projekt, věří, že může představovat průlom ve výzkumu bezpečnosti. "Je toho tolik, co se při nehodě můžeme naučit, pokud máme k dispozici ty správné informace. V minulých několika letech jsme spoléhali na záznamníky dat při nehodě (Accident Data Recorder), které nám po nehodě poskytly obrovské množství informací.

Řeknou vám však pouze to, jaké síly na vůz působí. Možnost vystopovat pohyby jezdce samotného tedy představuje velký průlom. Informace z akcelerometru mohou poskytnout přesnou kinematiku hlavy a načasování jejich pohybů při nehodě," popisuje pro Auto.

V současné době jsou jedinou možností výzkumníků bezpečnosti studium sil působících na hlavu jezdce sáně v plné velikosti v testovací laboratoři. Výsledky jsou užitečné, ale jsou časově náročné a extrémně drahé. Tento drobný senzor přispěje k obrovskému urychlení tohoto procesu.

Na velikosti záleží (foto: FIA)

Mellor k tomu říká: "Při velkém přetížení při nárazech, jako například při nehodě Sergia Péreze v Monaku 2011, můžete mít informace k dispozici ihned. Doktoři je mohou využít k potenciálnímu vyhodnocení, jaký druh zásahu by mohli použít. Výzkumníci bezpečnosti mohou ihned vědět, zda mají věnovat více práce věcem jako je opěrka hlavy či umístění sedačky. Přispěje to k rozšíření naší databáze znalostí."

Tato nová informace může mít velký dopad na špičkovou úroveň motosportu: od návrhu vozu po výrobu vybavení. "Už jen tohle poznání nás posune do světa, kde jsme před tím opravdu nebyli. V konečném důsledku nám pomůže navrhovat lepší vozy; vyrábět lepší bezpečnostní vybavení, jako jsou například pás a přilby, zlepšit pozici pilota ve voze díky lepším sedačkám, tomu, co jej obklopuje, a boční podpoře," pokračuje Mellor

Tento projekt představil již téměř před 10 lety - potřebná technologie je však k dispozici až nyní. Na projektu začal poprvé spolupracovat v roce 2004, kdy v Indy Racing League využívali akcelerometru umístěného na vnější straně pilotova ucha. FIA Institute pak provedl detailní studii a přišel na to, i když by výsledky mohly být užitečné, značně pokulhává vazba mezi pohybem hlavy a daty ze zařízení.

Mellor se snažil nalézt tak malé zařízení, aby mohlo být kvůli přesnějším výsledkům zasunuto hlouběji do zvukovodu. Po několika nezdařených pokusech na počátku ho kolegové před 2 roky představili společnosti STMicroelectronics. Tehdy projekt nabral na obrátkách.

"Hned měli přesně tu technologii, kterou jsme potřebovali, i když v té době nevyráběli části, které jsme chtěli. Od okamžiku, kdy jsme si s nimi sedli, bylo zřejmé, že mají přesně tu technologickou platformu, kterou potřebujeme." Výsledkem byl senzor založený na platformě, která je součástí té, jíž ST hromadně vyrábí pro chytré telefony. Tento trh vlastně popohnal potřebnou technologii vpřed. Krom velikosti spočívá hlavní rozdíl v tom, jak je přetížení měřeno.

Marco Farraresi, manažer rozvoje obchodu společnosti ST Motion MEMS pro oblast automobilových a zakázkových průmyslových aplikací, vysvětluje: "Specifikace Institutu FIA požadovaly velmi malý akcelerometr, aby se vlezl do zvukovodu. My s takovým druhem miniaturizace přijít dokázali.

Začali jsme se senzory, které jsme měli na skladě pro předběžné pokusy. Po několika letech se nám podařilo vyvinout senzor s tou správnou specifikací - nejen v oblasti velikosti, ale také schopné měřit vysoká přetížení, kterým je vystaven jezdec při nárazu v průběhu závodu."

Drobný čip měři vysoká přetížení ve třech směrech (foto: FIA)

Úkol to nebyl snadný. Tyto senzory se normálně využívají pro měření nízkých přetížení, například pro měření toho, jestli je mobilní zařízení ve správné poloze pro aplikace a hry. Pro taková využití byly vstupní informace omezeny pouze na 10 G. Při nárazech hlavy v F1 však přetížení dosahuje až 400 G ve třech osách - což jsou vstupní informace, která jsou při přetížení blíže měření nehod aut a vedou k rozvoji airbagů.

Nový čip je speciálně navržen pro to, aby se s takovými silami vypořádal. Mellor vysvětluje: "Jde o mikro-elektro mechanický systém, takže když se na něj podíváte elektronovým mikroskopem, nevidíte drátky, vidíte něco jako drobné struktury. Když si představíte dětské hřiště, máte tři drobné jezdce na pružinách, které reagují na pohyb.

U normálního návrhu drobné potlačení dítě rozhoupe. Pokud bychom však pružinu vyměnili za tužší, bylo by zapotřebí mnohem silnějšího zatlačení. Tito tři jezdci na pružinách jsou upevněni v odlišných směrech, aby reagovali na pohyb ve třech směrech: zepředu - dozadu, zleva - doprava a shora - dolů."

Mellor nyní věří, že je nový senzor připravený pro další fázi testování: vyzkoušení přímo piloty F1. Ti již používají sluchátka, která jsou standardní platformou pro komunikace jezdce s týmem. Čip bude zapouzdřen dohromady s reproduktorem, který se vkládá do ucha, nebude tedy docházet k žádnému dělení na elitní piloty s tímto čipem a bez něj. Informace, které bude poskytovat, by mohly být opravdu velmi užitečné.

"Chceme se spojit s týmy přes Technickou pracovní skupinu a ověřit si ji letos pro F1. Provedeme také finální validaci systému z mechanického hlediska. Do léta budeme vědět, jak jej integrovat a jakou hodnotu mají data. V ST máme skvělého partnera. Je to něco, čemu skutečně věříme. Doufáme, že s tím příští rok budeme v F1 jezdit," dodává Mellor.