Head protection for electric micromobility

Abstract

E-micromobility (EMM) has recently appeared as a practical solution for shortdistance commuters, and it is growing at upsetting rates thanks to the introduction of sharing services. In fact, urban mobility has drastically changed over the last decade, and electric mobility and micromobility changed the panorama in larger metropolises, given their accessibility, large availability, and the potential to be a time saver in short trips and a potentially sustainable alternative in particular scenarios. The downside of portable e-transportation is the rapid increase in injuries and fatalities. Focusing on standing e-scooters, head injuries are becoming one of the most common as shown by research conducted in different urban emergency departments, alongside bone fractures, skin abrasions, and lacerations. The evolution of safety measures and regulations did not keep pace with such a drastic change in mobility trends. This is evident considering how some countries are struggling with vehicle categories and regulations for helmet use and testing. In this work, the reasons behind the low rates of helmet use are explained and a design-based approach is taken towards the main problem associated with it: the lack of convenience. Besides the inadequacy of existing helmets for the sharing systems, there is also a problem with their sustainability since not only the components are difficult to separate but also some of them, such as the liner, are usually made of expanded polystyrene (EPS), a foam that is not recyclable. Literature has proven that cork, a natural cellular material, has a great potential to replace synthetic foams for applications that involve impact protection. Therefore, experimental campaigns involving dynamic impact tests have been conducted on cork and other new promising materials with energy absorption capabilities, such as shear thickening fluids, to evaluate the best combinations for replacing the standard materials used by the helmet industry. Afterwards, a validation of the drop tests has been done in Abaqus, which allowed for a numerical simulation of the EN 1078 standard’s impact attenuation test with a generic helmet on a headform in order to verify the optimal thickness of the liner. The final result is an innovative helmet that can be flattened to about the size of a laptop when not in use and be easily stored in a backpack. Furthermore, its carbon footprint is 42% lower than of a standard helmet, besides being able to be fully disassembled and recycled. It represents a big innovation for the helmet industry not only in aesthetical and functional aspects, but also regarding sustainability, having the concept met three of the seventeen goals established by the UN 2030 agenda for sustainable development.

A micromobilidade elétrica (EMM) apareceu recentemente como uma solução prática para passageiros de curta distância e vem crescendo a taxas muito elevadas graças à introdução de serviços de partilha. Na verdade, a mobilidade urbana mudou drasticamente na última década, e a mobilidade elétrica e a micromobilidade mudaram o panorama nas grandes metrópoles, dada sua acessibilidade, grande disponibilidade, potencial para economizar tempo em viagens curtas e também por ser uma alternativa com grande potencial sustentável em certos cenários. A desvantagem da micromobilidade elétrica tem sido o rápido aumento de lesões e fatalidades. Pesquisas realizadas em diferentes urgências hospitalares demonstram que os traumatismos cranianos estão a tornar-se um dos tipos de lesão mais comuns entre os acidentados com trotinetes elétricas, juntamente de fraturas ósseas, abrasões e lacerações. A evolução das medidas de segurança e das legislações não acompanhou uma mudança tão drástica nas tendências de mobilidade. Isso é evidente ao observar como alguns países estão a ter muitas dificuldades com a categorização dos veículos de micromobilidade e com regulamentos para uso e teste de capacete. Neste trabalho, as razões por trás das baixas taxas de uso de capacete são explicadas e uma abordagem do ponto de vista do design é feita para tentar solucionar o principal problema a ela associado: a falta de conveniência. Além da inadequação dos capacetes existentes para os sistemas de partilha, também há um problema com sua sustentabilidade, uma vez que não só os componentes são difíceis de separar, mas também alguns deles, como o forro, geralmente são feitos de poliestireno expandido (EPS), espuma a qual não é reciclável. A literatura tem demonstrado que a cortiça, um material celular natural, tem um grande potencial para substituir as espumas sintéticas em aplicações que envolvem proteção contra impactos. Assim, campanhas experimentais envolvendo testes de impacto dinâmico foram realizadas em cortiça e outros novos materiais promissores no campo da absorção de energia, como fluidos reoespessantes, para avaliar as melhores combinações com o intuito de substituir os materiais padrão usados pela indústria de capacetes. Posteriormente, uma validação dos testes de impacto foi feita no Abaqus, o que permitiu uma simulação numérica do teste de atenuação de impacto da norma EN 1078 com um capacete genérico numa “headform” a fim de verificar a espessura ideal do forro. O resultado final é um capacete inovador que pode ser planificado até o tamanho de um portátil quando não se está em uso e facilmente armazenado numa mochila. Além disso, sua pegada de carbono é 42% menor que a de um capacete padrão, além de poder ser totalmente desmontado e reciclado. Representa uma grande inovação para a indústria de capacetes não só nos aspetos estéticos e funcionais, mas também no que diz respeito à sustentabilidade, tendo o conceito atendido três das dezassete metas estabelecidas pela agenda da ONU 2030 para o desenvolvimento sustentável.