13.2.1.1 Protezione del torso

Oggi la resistenza balistica dei body armor è valutata con diversi tipi di manichino. Quando un proiettile di pistola colpisce un’armatura, viene catturato da una “rete” di fibre molto forti. Queste fibre assorbono e disperdono l’energia d’impatto che viene trasmessa al giubbotto dal proiettile, causando la deformazione del proiettile, o “fungo”. L’energia supplementare è assorbita da ogni strato successivo di materiale nel giubbotto, fino a quando il proiettile è stato fermato. Poiché le fibre lavorano insieme sia nello strato individuale che con altri strati di materiale nel gilet, una vasta area dell’indumento viene coinvolta nel prevenire la penetrazione del proiettile. Questo aiuta anche a dissipare le forze che possono causare lesioni non penetranti agli organi interni.

Fino a poco tempo fa, i maggiori sviluppi nell’equipaggiamento di protezione personale per il torso del soldato si sono concentrati sulla protezione contro le minacce balistiche e di frammentazione. Tuttavia, i recenti sviluppi e la proliferazione delle armi a scoppio, il cui principale meccanismo di lesione è la sovrapressione dell’esplosione, sono stati riconosciuti come una minaccia significativa per i soldati. Gli organi vulnerabili agli effetti della sovrapressione dell’esplosione sono principalmente quelli che contengono aria, come i polmoni, il sistema uditivo e il tratto gastrointestinale. Il Defense Research and Development Canada (DRDC) MABIL è stato sviluppato per assistere lo sviluppo di efficienti sistemi di protezione personale contro il carico da esplosione. Il surrogato MABIL è una rappresentazione del torso umano ed è usato per misurare le lesioni primarie da esplosione. Il nuovo sistema di protezione pelvica protegge l’area pelvica del soldato riducendo le penetrazioni dello sporco e dei detriti fini, e dalla frammentazione delle munizioni e dei detriti più grandi.

Il manichino di prova incorpora anche la ricerca medica che fornisce misure più vere per prevedere le lesioni scheletriche dell’occupante durante eventi di esplosione sotto il corpo. In una situazione di esplosione, in particolare un’esplosione sotto il veicolo, la forza produce un’onda di pressione, e i soldati nel percorso di questa energia sono a rischio di lesioni alla testa, alla schiena, alla zona lombare e pelvica. L’esercito degli Stati Uniti ha rivelato il suo primo manichino per il blast test. Il manichino aiuterà a progettare nuovi veicoli abbastanza resistenti da sopravvivere all’esplosione. Il manichino contiene decine di sensori hi-tech e sarà usato per creare carri armati e altri veicoli che possono sopravvivere alle bombe.

Un’esplosione dà un’onda di sovrappressione che viaggia nell’aria a velocità supersonica e di solito creata da una detonazione esplosiva. Le onde di esplosione sono caratterizzate dal loro picco di sovrappressione e dalla durata della fase positiva che induce lesioni agli organi contenenti aria come il polmone, il sistema uditivo e il sistema gastrointestinale. Attualmente ci sono diverse tecniche per valutare le prestazioni qualitative e quantitative dei nuovi dispositivi di protezione contro le armi a scoppio. Per valutare le lesioni al torso e alla testa sottoposte a carico dell’esplosione, viene usato MABIL (Bouamoul, Williams, & Levesque, 2007) che è una rappresentazione del torso umano ed è stato sviluppato da DRDC Valcartier (Anctil et al., 2004). Una descrizione completa del surrogato MABIL è data da Anctil et al. (2004), e la Fig. 13.1 mostra il prototipo completo del manichino DRDC MABIL che è sostenuto al collo e alle anche.

Figura 13.1. DRDC MABIL surrogato (Bouamoul et al., 2007).

Fonte: Anctil, B., Keown, M., Williams, K., Manseau, J., Dionne, J. P., Jetté, F. X., Makris, A. (2004). Sviluppo di un manichino per la valutazione dell’incapacità e letalità da esplosione. In Personal armour systems symposium, The Netherlands (pp. 332-344). Copyright Her Majesty the Queen in Right of Canada, as represented by the Minister of National Defence 2005.

Questo surrogato del torso MABIL è fatto di poliuretano viscoelastico Shore A 70 (PU70) (Cooper, 1996). Lo studio ha sviluppato e convalidato un modello semplificato agli elementi finiti (FE) di MABIL per indagare e prevedere la risposta alla sovrapressione dell’esplosione. Il modello numerico consisteva in una fetta tridimensionale semplificata del manichino MABIL, presa a livello dello sterno medio, e soggetta a diverse esplosioni. In generale, l’accelerazione e la velocità numerica della parete toracica erano superiori a quelle sperimentali. Tuttavia, il rapporto tra la velocità numerica e quella sperimentale della parete toracica era lo stesso per tutta la gamma di carichi di esplosione studiati. Lo studio ha anche convalidato la risposta meccanica del modello FE di MABIL usando i risultati sperimentali della membrana DRDC MABIL. Anche se i risultati numerici erano diversi da quelli sperimentali, il rapporto tra i risultati sperimentali e quelli numerici per i diversi scenari di esplosione era costante, suggerendo che il modello costitutivo utilizzato sotto-predica la rigidità del poliuretano utilizzato per costruire il surrogato. La risposta del DRDC MABIL FE sotto esplosione è stata anche confrontata con il modello FE del torso umano e in tutti i casi, la risposta del modello MABIL FE è stata superiore al modello FE del torso umano.

La minaccia degli attentatori suicidi è in aumento negli Stati Uniti e quindi è necessario ricavare una distanza di approccio sicuro tra l’attentatore suicida e i primi soccorritori. In uno studio di Dempsey (2010), le misure letali o di lesioni come la sovrapressione dell’esplosione, la penetrazione dei frammenti, l’accelerazione del corpo intero, il trauma contundente da carico a pressione, e lo scudo che viene spinto contro il personale delle forze dell’ordine sono state effettuate a diverse distanze dalle cariche esplosive. Queste misurazioni sono state tutte effettuate da manichini autonomi di letalità da esplosione chiamati Ironman.

I dati di Ironman sono stati poi analizzati per determinare le probabilità di letalità/catalità per il personale delle forze dell’ordine a diverse distanze da cariche esplosive di diverse dimensioni. Queste analisi sono state condensate per studiare i criteri preliminari di distanza di sicurezza. Al fine di definire la distanza minima di sicurezza tra il personale delle forze dell’ordine e gli attentatori suicidi, sono stati misurati vari insulti letali su simulazioni di personale delle forze dell’ordine durante la detonazione di una carica esplosiva (con e senza shrapnel) indossata da un attentatore. I manichini Ironman sono stati posizionati dove gli agenti che rispondevano avrebbero affrontato la più grande minaccia da un’esplosione di un dispositivo esplosivo improvvisato portato da una persona (PBIED). Dodici test e un test di calibrazione sono stati condotti per questa indagine iniziale. Un Ironman ha sperimentato l’ambiente dell’esplosione tenendo uno scudo balistico Minuteman III-A, mentre altri Ironman hanno sperimentato lo stesso senza uno scudo. Lo scudo è uno scudo balistico pieghevole, prodotto da Patriot 3 solo per la protezione delle pistole. L’Ironman ha fornito dati di letalità/lesioni per definire la distanza di sicurezza con e senza lo scudo. Durante i test entrambi i sistemi Ironman sono stati posizionati alla stessa distanza dalla carica esplosiva e sempre a 12 pollici di distanza (spalla a spalla). Il risultato della serie di test iniziali suggerisce che con la variabile testata, una distanza “sicura” non è stata stabilita. A 60 piedi, tutte le lesioni misurate erano basse, tranne la penetrazione delle schegge. Nel loro limitato sforzo di test, l’attrezzatura balistica di tipo III testata sembrava fermare la maggior parte delle schegge del PBIED a questa distanza. Tuttavia, va sottolineato che le velocità delle schegge sono ancora alte a 60 piedi e la probabilità di lesioni elevate se viene colpita un’area non protetta.

In una linea guida per la tuta EOD 9 la tuta è stata valutata contro i dispositivi esplosivi con l’aiuto di manichini di crash test automobilistici modello HYBRID II (EOD 9 Bomb suit, 2010). Prima del test i manichini sono stati collocati su un dispositivo di posizionamento appositamente progettato e sostenuti in posizione per mezzo di un tubo d’acciaio ancorato di piccolo diametro infilato sotto ogni ascella. Questi manichini possono cadere all’indietro quando la forza esplosiva li colpisce, proprio come la risposta naturale. I manichini sono stati dotati di un trasduttore di pressione per misurare la sovrapressione dell’esplosione trasmessa sotto la tuta EOD 9 situata al loro sterno. Sono state utilizzate due condizioni di esplosione. La prima prevedeva che il manichino si inginocchiasse per affrontare una carica sferica di 0,567 kg di C4 a 0,70 m di altezza con 0,60 m di distanza, mentre la seconda prevedeva una carica di 10 kg di C4 imballata in una forma cilindrica quadrata situata a 1 m di altezza con 3 m di distanza orizzontale. I risultati mostrano che le tute EOD 9 danno il 96% di riduzione della sovrapressione toracica di picco quando si affronta la carica piccola a distanza ravvicinata, mentre la riduzione media della sovrapressione toracica era almeno dell’87% quando si affronta la carica più grande a 3 m di distanza.

Humphrey, See e Faulkner (2008) hanno sviluppato una metodologia per valutare la letalità e i danni collaterali per il programma FLM (focused-lethality munition) che è una nuova arma di precisione a guida non frammentaria con meccanismi di danno che differiscono dai principali effetti di frammentazione delle armi tradizionali. La documentazione medica e militare è stata esaminata per derivare criteri di letalità per quattro meccanismi di effetti di danno FLM e stabilire linee guida per affrontare gli effetti combinati. I criteri sono stati applicati con successo per valutare l’utilità militare delle FLM ed è stata condotta una convalida preliminare delle procedure. Il programma FLM è stato condotto per valutare l’utilità militare di un’arma a guida di precisione a letalità focalizzata. L’arma FLM è stata progettata specificamente per affrontare il perseguimento dell’obiettivo di alto valore, mentre riduce al minimo i danni collaterali al di fuori dell’area di messa a fuoco. L’arma FLM combina due tecnologie per offrire un meccanismo di uccisione più localizzato rispetto all’attuale testata in acciaio, che ha un effetto di frammentazione di 2000 piedi o più. In primo luogo, la tecnologia esplosiva multifase utilizza il tungsteno per aumentare il peso dell’esplosivo e migliorare l’esplosione vicino al campo, rispetto ai convenzionali riempimenti ad alto esplosivo. In secondo luogo, la cassa che circonda la carica di tungsteno è composta da fibra di carbonio, che richiede meno energia per rompersi rispetto a una cassa di acciaio comparabile. Alla detonazione il composito si rompe in piccole fibre non metalliche, minimizzando così gli effetti di frammentazione della testata.

I giubbotti balistici sono costituiti da materiali come il Kevlar o la ceramica sono pesanti e rigidi che impediscono le prestazioni di lavoro del soldato. Per migliorare il comfort e le prestazioni di lavoro dei giubbotti balistici, la distribuzione della pressione deve essere ampliata e le aree del corpo con un carico di pressione elevato devono essere alleggerite. Wettenschwiler, Annaheim, Stampfli e Rossi (2012) hanno usato un modello anatomico (manichino) dotato di sensori di pressione per studiare il carico dei giubbotti balistici ad alta pressione su parti del corpo. Poiché il manichino è in grado di compiere movimenti verticali e frequenze che corrispondono a velocità di marcia fino a 6 km/h, il modello consente misure statiche (in piedi) e dinamiche (in marcia). Il carico è stato misurato su spalla, anca e petto durante gli esperimenti statici e dinamici (marciando a 4,5 km/h su un tapis roulant) e si è scoperto che il carico dei giubbotti balistici era leggermente aumentato durante il test dinamico rispetto a quello statico. Le differenze tra le diverse parti del corpo non sono state osservate.